雙層排水瀝青路面在高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

段寶東，李明亮，李 俊，曹東偉，塵福濤

（1．江蘇寧宿徐高速公路有限公司，江蘇 宿遷 223800；2．交通運輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088）

0 引 言

中國高速公路已鋪筑的排水瀝青路面基本上采用單層結(jié)構(gòu)，為了進(jìn)一步提升排水瀝青路面的排水、降噪功能和防空隙堵塞能力，雙層排水瀝青路面應(yīng)運而生［1－3］。雙層排水瀝青路面由較薄的細(xì)粒式排水層（上排水層）和較厚的中粒式排水層（下排水層）組成。

目前，國內(nèi)外針對雙層排水瀝青路面已開展了相關(guān)研究，Tang G Q等總結(jié)了國內(nèi)外雙層排水瀝青路面的研究現(xiàn)狀，分析了混合料的設(shè)計方法以及施工工藝，并介紹了其典型結(jié)構(gòu)形式［4］；白曉瑾等根據(jù)“OGFC－10＋OGFC－13”雙層結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果，推薦了OGFC－10和OGFC－13適用的礦料級配范圍，并基于馬歇爾試驗進(jìn)行了混合料的目標(biāo)配合比設(shè)計，分析了上、下排水層瀝青混合料的路用性能［5］；林楠、邱麗鵬等結(jié)合國內(nèi)外雙層排水瀝青路面的施工經(jīng)驗，提出了施工時原路面的處理方式及需要考慮的環(huán)境和設(shè)備因素［6－7］；吳文彪、王宏暢、裴建中、Liu M、Sandberg U等分析了空隙率、結(jié)構(gòu)形式及厚度等因素對雙層排水降噪瀝青路面噪聲的影響，分析了其噪聲特性，研究了雙層排水降噪瀝青路面噪聲改善措施［8－12］；Hamzah M O 等研究了雙層排水瀝青路面的空隙堵塞規(guī)律，認(rèn)為雙層排水瀝青路面具有優(yōu)異的防止空隙堵塞性能［13－14］；Welker A L、蔣瑋等采用真空設(shè)備對雙層排水降噪瀝青路面進(jìn)行清孔，對清孔得到的雜物進(jìn)行成分分析，認(rèn)為雙層排水降噪瀝青路面除了能更好地減少路表徑流之外，還有優(yōu)異的凈水作用［15－16］；汪軍偉、李建寧等對基于半剛性基層的普通瀝青路面、單層排水降噪瀝青路面和雙層排水降噪瀝青路面結(jié)構(gòu)的彎沉、層底拉應(yīng)力進(jìn)行計算分析，并對不同路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，探討半剛性基層雙層排水降噪瀝青路面結(jié)構(gòu)的可行性［17－18］；曹興松、王毅等介紹了遂資高速公路“PAC－10＋PAC－16”雙層排水瀝青路面的施工工藝，并測試了其應(yīng)用效果［19－20］。綜上所述，目前國外針對雙層排水瀝青路面設(shè)計、排水降噪性能以及抗飛散、抗空隙堵塞等開展了較多的研究，工程應(yīng)用也較成熟，而國內(nèi)對雙層排水瀝青路面的研究則剛剛起步，已做的工作主要是概念性的宣貫，也有部分研究針對“OGFC－10＋OGFC－13”或“PAC－10＋PAC－16”的小粒徑雙層結(jié)構(gòu)的設(shè)計及路用性能。

本文依托江蘇寧宿徐高速公路2016年度瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程，在國內(nèi)首次采用“PAC－13＋PAC－20”的大粒徑雙層排水瀝青路面結(jié)構(gòu)對舊路進(jìn)行罩面養(yǎng)護(hù)，對雙層排水瀝青路面瀝青混合料的配合比進(jìn)行設(shè)計，推薦上、下排水層層間黏層油的適宜用量，并分析雙層排水瀝青路面結(jié)構(gòu)的排水、降噪性能。

1 工程概述

實體工程位于江蘇寧宿徐高速公路有限公司所轄路網(wǎng)中的淮徐高速公路（G2513）宿遷至徐州段，該段高速公路于2003年9月建成通車，瀝青路面的服務(wù)年限已接近其設(shè)計使用年限（15年）。在自然因素及交通荷載的反復(fù)作用下，路面品質(zhì)逐年劣化，雖然江蘇寧宿徐高速公路有限公司每年都會對技術(shù)狀況較差路段的路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，但路面的總體使用性能仍在衰退。為了提高路面結(jié)構(gòu)的耐久性、延長路面的使用壽命，同時進(jìn)一步提升寧宿徐高速公路的服務(wù)水平，在寧宿徐高速公路2016年度瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中，選取淮徐高速公路中路面結(jié)構(gòu)性能仍滿足要求但表面功能較差的路段，在對舊路病害進(jìn)行預(yù)處理后，采用“PAC－13＋PAC－20”的雙層結(jié)構(gòu)對舊路進(jìn)行罩面。罩面前后的路面面層結(jié)構(gòu)組合如表1所示。

表1 罩面前后路面面層結(jié)構(gòu)組合形式

2 雙層排水瀝青路面的使用性能

2．1 原材料及混合料配合比

2．1．1 原材料

本文采用的粗集料為5～10mm、10～15mm玄武巖（用于PAC－13上排水層）和5～10mm、10～20mm玄武巖（用于PAC－20下排水層），細(xì)集料為0～3mm石灰?guī)r，填料為石灰?guī)r質(zhì)礦粉，以上材料均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的相關(guān)技術(shù)要求。排水瀝青混合料作為一種典型的骨架－空隙結(jié)構(gòu)瀝青混合料，不使用3～5mm的粗集料［21］。

排水瀝青混合料一般使用高黏度改性瀝青作為瀝青膠結(jié)料［22］。故本文采用的瀝青膠結(jié)料為92%SBS改性瀝青和8%高黏度添加劑（HVA）通過復(fù)合改性制備的高黏度改性瀝青，其主要性能參數(shù)如表2所示。

表2 高黏度改性瀝青主要技術(shù)性質(zhì)

2．1．2 混合料配合比

排水瀝青混合料的力學(xué)性能、使用性能以及排水、降噪功能等與其空隙率具有較好的相關(guān)性，本文以20%（真空密封法）的空隙率作為排水瀝青混合料的目標(biāo)空隙率［23］。PAC－13和PAC－20瀝青混合料的礦料合成級配如表3所示。PAC－13中摻加0．1%聚酯纖維（以瀝青混合料質(zhì)量計），最佳油石比為4．8%，設(shè)計空隙率為19．7%（真空密封法）、21．6%（體積法）；PAC－20中未摻加纖維穩(wěn)定劑，最佳油石比為4．5%，設(shè)計空隙率為19．9%（真空密封法）、21．8%（體積法）。

2．2 瀝青混合料的路用性能

本文采用的PAC－13和PAC－20瀝青混合料的路用性能檢驗結(jié)果，如表4所示。

表3 雙層排水瀝青混合料礦料合成級配

表4 排水瀝青混合料路用性能檢驗結(jié)果

2．3 上、下排水層層間黏結(jié)性能

本文采用SBS改性乳化瀝青作為上、下排水層間的黏結(jié)材料，SBS改性乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物含量為55%、灑布量為0．2kg·m－2（以固含量計）。上排水層鋪筑結(jié)束后鉆取雙層排水瀝青路面芯樣，采用專用夾具進(jìn)行層間剪切、拉拔試驗，試驗設(shè)備為萬能試驗機(jī)，試驗溫度為25℃，剪切和拉拔速率均為5mm·min－1。雙層排水瀝青路面層間剪切、拉拔試驗結(jié)果如表5、6所示。

表5 雙層排水瀝青路面層間剪切性能試驗結(jié)果

為了分析黏層油對雙層排水瀝青路面排水功能的影響，本文選取淮徐高速公路徐淮方向K124＋500處行車道右輪跡帶位置，分別測試鋪筑PAC－20后、噴灑黏層油后、鋪筑PAC－13后路面的滲水系數(shù)，結(jié)果如表7所示。

表6 雙層排水瀝青路面層間拉拔性能試驗結(jié)果

表7 黏層油對路面排水功能的影響

由表5～7可知，SBS改性乳化瀝青的灑布量為0．2kg·m－2（以固含量計）時，既能保證雙層排水瀝青路面上、下排水層間的良好黏結(jié)，又不會對路面的排水功能產(chǎn)生較大影響。說明0．2kg·m－2的黏層油灑布量是保證“PAC－13＋PAC－20”雙層排水瀝青路面層間的滲透性、黏結(jié)性的適宜用量。

2．4 雙層排水瀝青路面的排水降噪功能

雙層排水瀝青路面除應(yīng)具有優(yōu)異的抗高溫車轍、抗低溫縮裂、抗水損壞、抗飛散損壞等結(jié)構(gòu)性使用性能外，還應(yīng)表現(xiàn)出良好的排水、降噪等功能性使用性能。本文分別測試了“PAC－13＋PAC－20”雙層排水瀝青路面的滲水系數(shù)和車輛通過時的瞬時交通噪聲，并與鄰近路段的單層排水瀝青路面和密級配瀝青混凝土路面的排水、降噪功能進(jìn)行比較。

2．4．1 排水功能

為與AK－13密級配瀝青路面和PAC－13單層排水瀝青路面進(jìn)行對比，本文采用《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60—2008）中的“瀝青路面滲水系數(shù)測試方法”，測試了不同結(jié)構(gòu)形式瀝青路面的滲水系數(shù)，測試結(jié)果如表8所示。

表8 不同結(jié)構(gòu)形式瀝青路面的滲水系數(shù)測試結(jié)果

由表8可知，“PAC－13＋PAC－20”雙層排水路面滲水系數(shù)的現(xiàn)場測試結(jié)果為6 393mL·min－1，大于PAC－13單層排水路面的滲水系數(shù)（5 955 mL·min－1），而鄰近的 AK－13密級配瀝青混凝土路面基本不滲水。雙層排水瀝青路面的排水功能優(yōu)于單層排水瀝青路面的主要原因是，雙層排水瀝青路面內(nèi)部連通空隙的體積更大，路面內(nèi)部的排水通道更通暢，因此路面的排水效率更高。

2．4．2 降噪功能

為與AK－13密級配瀝青路面和PAC－13單層排水瀝青路面進(jìn)行對比，本文采用HT－8352型便攜式噪聲計測試了不同結(jié)構(gòu)形式瀝青路面的交通噪聲。測試時將便攜式噪聲計擺放在測試車道的標(biāo)線位置，然后HAVAL H6型測試車輛以固定速度駛過測點，記錄噪聲計的瞬時最大噪聲，此瞬時最大噪聲即為被測試路面的交通噪聲。不同結(jié)構(gòu)形式瀝青路面的噪聲測試結(jié)果如表9所示。

表9 不同結(jié)構(gòu)形式瀝青路面的噪聲測試結(jié)果

由表9可知：“PAC－13＋PAC－20”雙層排水路面的交通噪聲小于PAC－13單層排水路面的交通噪聲，噪聲降低最高達(dá)3．0dB；與AK－13密級配瀝青路面相比，雙層排水路面的降噪效果更加顯著，交通噪聲降低最高達(dá)7．0dB。雙層排水瀝青路面具有更加優(yōu)異的降噪功能，主要是因為其內(nèi)部的消聲通道較單層排水瀝青路面更加通暢，不僅能吸收高頻噪聲，也能吸收低頻噪聲。

3 結(jié) 語

（1）采用92%SBS改性瀝青和8%高黏度添加劑（HVA）復(fù)合改性工藝制備的高黏度改性瀝青，其60℃動力黏度高達(dá)80萬Pa·s以上，用它制備的PAC－13和PAC－20瀝青混合料的動穩(wěn)定度均在15 000次·mm－1以上，在空隙率約20%的前提下，能夠較好地適應(yīng)高溫重載條件。

（2）采用0．2kg·m－2（以固含量計）的SBS改性乳化瀝青作為雙層排水瀝青路面層間的黏層油，層間極限剪切強(qiáng)度和極限拉拔強(qiáng)度均達(dá)到0．4MPa左右，且灑布黏層油后PAC－20的滲水系數(shù)僅減小了2%左右，既能保證雙層排水瀝青路面上、下排水層的層間良好結(jié)合，又不致堵塞下排水層的空隙而降低路面的整體排水、降噪功能。

（3）雙層排水瀝青路面內(nèi)部連通空隙的體積較單層排水瀝青路面更大，路面內(nèi)部的排水、消聲通道更通暢，其滲水系數(shù)可達(dá)6 000mL·min－1以上，交通噪聲較單層排水瀝青路面可降低3．0dB、較密級配瀝青路面降低7．0dB，表明雙層排水瀝青路面具有優(yōu)異的排水、降噪功能。

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