排水性瀝青混合料橋面鋪裝設計及應用研究＊

馬紅梅

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

橋面鋪裝可分散車輛荷載，避免橋面板直接經受車輛荷載的作用，同時可避免主梁受自然因素（如雨水、雪等）的破壞。因此，要求橋面鋪裝要具有良好的使用性能，保證行車舒適性，同時要與橋面板具有良好的粘結性，避免發生層間破壞。目前，橋面鋪裝作為橋梁工程的附屬工程，材料和結構設計方面沒有系統的理念和方法。常見的橋面鋪裝做法為橋面板混凝土找平層上鋪防水粘結層，上覆瀝青混凝土面層。這種鋪裝主要是以路拱橫坡、縱坡方式進行排水，這種路面排水方式在雨天路表會產生水膜，車輛行駛過程中易產生水霧，對于行車安全非常不利，而排水性瀝青混合料橋面鋪裝可解決上述問題。

排水性瀝青混合料是由高比例粗集料，少量細集料以開級配形式混合，以高粘瀝青為膠結料形成的高空隙率瀝青混合料，具有迅速排水功能，減少水霧的產生，提升行車安全性等特點。排水瀝青混合料橋面鋪裝是以排水性瀝青混合料作為面層，下設防水粘結層，利用混合料內部連通空隙形成排水路徑，雨水通過排水性面層再借由路拱橫坡和縱坡，將路面上的水匯入排水溝，再由排水溝匯集進入橋面排水系統。本文通過排水性瀝青混合料性能試驗研究、配合比設計、性能驗證等研究，為G316兩徽高速公路任莊大橋排水性橋面鋪裝工程應用提供技術指導。

1 工程概況與橋面鋪裝設計

本文依托兩徽高速公路任莊大橋左幅（中心樁號 ZK39+129，起點樁號 ZK39+016，終點樁號ZK39+242）作為試驗路段。任莊大橋位于徽縣謝家莊，橋梁橫跨上溝里溝道。橋梁為分線橋，橋梁全長196m。上部采用預應力混凝土連續箱梁，下部采用柱式墩、柱式臺配端乘樁基礎。選擇任莊大橋作為試驗段的理由如下：

1）任莊大橋為 2聯 5×20+6×20的結構形式，長度適合作為試驗路段；

2）任莊大橋所處的地理位置能夠代表隴南地區的典型氣候條件；

3）任莊大橋位于兩隧道之間，地形開闊，光照充分，其左幅位于陽面，如在冬季極端氣候條件下路面冰凍，一旦有光照，路面上的冰容易化掉，減小對路面的損害；

4）任莊大橋所處地區工業化程度低，空氣污染小，透水瀝青混凝土空隙不易堵塞；

5）任莊大橋左幅為上坡路段，車輛對路面摩擦力的要求大，對路面材料的粘結力和抗車轍能力有更高的要求；

6）任莊大橋左幅為上坡路段，路面均有縱坡和橫坡，路面積水容易排走。

設計文件橋面鋪筑采用6cm高性能改性瀝青SUP-20中面層+4cm高性能改性瀝青SUP-13上面層構成。本研究試驗段將該鋪裝上面層4cm高性能改性瀝青SUP-13改為4cm排水性瀝青混凝土 （即OGFC-13），在上面層和中面層之間設置改性乳化瀝青防水層。

圖1 試驗段橋面鋪裝結構設計圖

2 排水性瀝青混合料設計

2.1 原材料試驗研究

1）粗集料。排水性瀝青混合料最主要的特點是空隙率大，其空隙率主要是由粗集料相互嵌擠作用形成。粗集料的性質和級配很大程度上決定了排水性瀝青混合料的性能。一般要求粗集料質地堅硬，壓碎值小，針片狀含量少，潔凈。本文采用的粗集料篩分結果見表1，技術指標結果見表 2。

2）細集料。排水性瀝青混合料為了保證粗集料形成的空隙不被填充，需控制細集料用量。同時，為了保證礦料與瀝青的粘附性，要求細集料潔凈，不得結塊。本文采用的細集料篩分結果見表3，技術指標結果見表4。

表1 排水性橋面鋪裝粗集料篩分結果匯總表

表2 排水性橋面鋪裝粗集料技術指標檢測結果

表3 排水性橋面鋪裝細集料規格

表4 排水性橋面鋪裝細集料質量技術要求及檢測結果

3）瀝青。由于排水性瀝青混合料的空隙率大，為了能有足夠厚度的瀝青膜以增加耐久性，及避免混合料在生產、運送及鋪設期間會有瀝青剝落現象發生，應選用比傳統密級配瀝青混合料用粘度高的瀝青，一般需摻加高粘劑。基質瀝青的性質將影響高粘度改性瀝青改性后的性能。用于制備高粘度改性瀝青的基質瀝青應符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中道路石油瀝青技術要求。本文選用兩徽高速現場實際采用的SBS I-C改性瀝青為基質瀝青，在其中添加高粘劑進行復合改性。改性后瀝青相關技術指標見表5。

表5 高粘改性瀝青（10%SINO TPS）技術指標

此外，為了提高瀝青混凝土中集料與瀝青之間的粘結作用，需要在瀝青混合料中加入一定量的填料或抗剝落劑，使瀝青吸附在填料或抗剝落劑表面形成瀝青結合料，對粗集料和細集料產生粘附作用。排水性瀝青混凝土中使用的填料，一般采用加工磨細的石灰石粉、水泥、消石灰等。

2.2 配合比設計

1）目標空隙率的確定。如何選擇空隙率是設計排水性瀝青混合料首先要考慮的問題，空隙率選擇應根據路面性能的要求來確定。排水性瀝青混合料橋面鋪裝最大的性能要求是能排水，因此降雨量成為選擇目標空隙率的重要指標。若降雨量大而空隙率過小，則達不到排水要求，無法實現排水性路面的功能；若降雨量小而空隙率過大，則造成功能浪費，也是強度、耐久性等有一定的降低。兩徽高速公路所在地氣候情況調查結果顯示年最低氣溫在20℃以下，年平均降雨量632.1～770.7mm。按《公路瀝青路面施工技術規范》表A.4.5瀝青及瀝青混合料氣候分區指標劃分為夏熱冬冷濕潤區 （2-3-2），夏季炎熱，夏、秋降雨較多，冬季冷。綜合以上分析結果，根據兩徽地區降雨強度和氣象條件，擬定本試驗段目標空隙率為20%。

2）礦料級配設計。本項目選擇改進的日本級配設計方法進行橋面鋪裝排水性瀝青混合料OGFC-13的設計，最大公稱粒徑為13.2mm時，影響混合料空隙率最顯著的因素是2.36mm篩孔的通過率。通過初選合成級配、根據經驗公式估算初試瀝青用量Pb、測定空隙率等技術指標、繪制2.36mm篩孔通過率與空隙率曲線、確定礦料配合比、析漏與飛散試驗最佳瀝青用量等步驟進行排水性瀝青混合料級配設計。經設計，兩徽高速排水性瀝青混合料配合比結果見表6。

表6 配合比結果

2.3 路用性能驗證

表7 OGFC-13性能指標

通過混合料級配調試和相關驗證試驗結果見表7，表明所設計的OGFC-13瀝青混合料的抗水損害性能、高溫穩定性能和低溫抗裂性能都滿足要求，該配合比設計所得結果可用于生產配合比的調試。

3 排水性瀝青混合料橋面鋪裝施工

3.1 防水粘結層

因為大孔隙率瀝青混凝土表層與下層的接觸面積比一般瀝青混凝土小。設置防水層不僅要增強兩層間的粘結強度，并且當排水降噪瀝青路面雨水滲入表層后，靠表層內部的連通孔隙向路面邊緣排出，不允許再向下滲透，設置防水粘結層后可起到防水效果。鑒于上述分析對用于排水性瀝青路面的粘層材料的性能要求，應高于現行規范對防水層的要求。為了確保質量和加工工藝穩定，本項目選擇聚合物SBS改性乳化瀝青作為封水粘結層的材料。現場施工時根據設計精確控制每m2上噴灑用油量。每次噴灑完后，對總用油量、總噴灑面積的復核，以有效確保改性瀝青的粘層鋪設用量。

3.2 高粘劑的添加

根據室內試驗結果，本文擬采用深圳海川公司的高粘度瀝青改性劑。在施工過程中，采用人工外摻的投入方式添加高粘劑，即人工通過拌和樓的預留入口根據計算的摻量整袋投入混合料拌和鍋即可。高粘劑預先分袋包裝，按每盤出料量計量，快速投放。拌和樓最好安裝鈴聲提示和監控設備，并派專人監視，以確保高粘劑按時按量準確投放。

3.3 施工工藝（如圖2所示）

圖2 排水性瀝青混合料橋面鋪裝施工流程圖

3.4 工后效果

施工后對排水性瀝青路面試驗段進行現場檢測，檢測內容包括平整度、車轍、空隙率、滲水根據試驗路鋪筑現場測試數據及跟蹤檢測結果分析，經優化設計后的排水性瀝青橋面鋪裝OGFC-13混合料性能指標可靠，瀝青路面試驗段使用性能保持優良，路用性能滿足 《公路工程質量檢驗評定標準》（第一冊土建工程）及設計文件的要求。

排水性瀝青混凝土橋面鋪裝作為一種集功能、安全性于一身的新型瀝青路面，在滿足基本路用性能的基礎上，具有排水、降噪等功能。從圖3可以看出，本項目排水性瀝青路面試驗段在雨天路面不積水，表面基本無水膜，車輛經過時水霧現象不明顯，很好地實現了排水及抗滑功能。

4 小結

圖3 排水性橋面鋪裝與普通瀝青路面雨天排水效果圖（中雨）

排水性瀝青混凝土在我省高速公路屬于首次探索，也是引進的一項新材料、新技術，相關技術性能及施工工藝參數還掌握有限。根據試驗段情況，一方面積極與南方多雨地區排水性瀝青路面鋪筑成功路段汲取經驗；另一方面與兩徽高速中心試驗室、施工單位工地試驗室積極開展對原材料進場常規技術指標的檢測、透水性瀝青混合料路用性能檢測；其次完善和明確現場施工技術參數，做好試驗段技術總結，開展必要的路用性能后期跟蹤觀測準備，全面總結和提煉試驗段技術成果，為我省新型路面鋪裝技術推廣奠定堅實基礎。