排水路面在沿海地區(qū)高速公路養(yǎng)護工程中的應用

韋 毅

(1.廣西交科集團有限公司,廣西 南寧 530007;2.高等級公路建設與養(yǎng)護技術、材料及裝備交通運輸行業(yè)研發(fā)中心,廣西 南寧 530007;3.廣西道路結構與材料重點實驗室,廣西 南寧 530007)

0 引言

廣西沿海地區(qū)為廣西年降雨量最多區(qū)域,在氣候上偏向熱帶海洋季風氣候,年平均降雨量往往≥2 000 mm,尤其在夏季頻繁出現(xiàn)日降雨量≥50 mm的暴雨天氣。通過運營單位反映,雙向八車道等寬幅路面的“零坡段”路段位置,強降雨后常出現(xiàn)因排水不暢造成路面積水的情況。車輛在行駛至該路段時,路面積水水膜厚度大,使汽車輪胎與路面接觸面積小,車輛剎車距離大大增加或急速減速時車輛打滑,高速行駛車輛水漂大,嚴重影響后車行駛視線從而造成交通事故發(fā)生。排水瀝青路面具有空隙率大、行車噪聲小、高溫穩(wěn)定性好等特點,可大大減少強降雨后路面出現(xiàn)積水從而導致交通事故頻發(fā)的情況。本文依托沿海某高速公路,通過對零坡路段實施專項養(yǎng)護工程,銑刨舊瀝青上面層重鋪排水瀝青面層工程實例,對養(yǎng)護工程路面結構方案進行設計,對PAC-13排水瀝青混合料配合比進行室內試驗設計,闡述施工過程中與新建路面不同的施工質量控制要點,通過連續(xù)兩年路面技術狀況檢測評估養(yǎng)護工程實施后的效果,為解決寬幅路面排水不暢造成的行駛隱患、全面提高運營路段安全性能及服務水平提供借鑒。

1 路面方案設計

1.1 路面結構組合設計

廣西沿海地區(qū)某高速公路當前為雙向八車道,單向行車道寬度達15 m,屬于寬幅路面,設計時速為120 km。項目建成通車運營后,部分路段存在排水不暢、雨天事故多發(fā)的情況。為消除雨天路面積水、增加行駛安全性,該項目對雨天排水不暢路面積水、事故多發(fā)路段應用大空隙排水瀝青路面,以解決因路面易積水引發(fā)的行車隱患問題,全面提升該運營路段的安全性能和服務水平。路面結構組合如表1所示。

表1 路面結構組合表

1.2 邊部排水設計

PAC-13排水路面工程實施范圍內,超高段將利用縫隙式集水溝切割開槽方式進行排水,路拱橫坡路段則采用切割邊溝開槽的方式進行排水,均為每間隔1 m開一處排水槽,開槽尺寸為寬10 cm、深6 cm。開槽槽底應低于銑刨后舊路中面層頂面。槽底有一定橫坡,集水溝側稍低,以保證雨水順利排至集水溝內。

2 排水瀝青混合料配合比設計

2.1 原材料

2.1.1 SBS改性瀝青

SBS改性瀝青性能見表2。

表2 SBS(Ⅰ-D)改性瀝青性能試驗結果表

由表2可知,所用瀝青均符合設計文件技術要求。

2.1.2 添加劑

所用添加劑為高黏劑和聚酯纖維。高黏劑摻量為SBS改性瀝青質量的8.7%,聚酯纖維摻量為瀝青混合料質量的0.1%。具體使用方法為:將一定質量的高黏劑、聚酯纖維和集料一起加入拌和鍋中,拌和90 s后,再加入SBS改性瀝青拌和90 s,最后加入礦粉拌和90 s,即制備得到PAC-13排水瀝青混合料。

2.1.3 礦料

礦料吸水率及密度試驗結果見表3。

表3 礦料吸水率、密度試驗結果表

2.2 目標配合比設計

2.2.1 礦料級配設計

根據(jù)礦料的篩分結果,調試兩組不同的PAC-13礦料級配以確定目標配合比。按油石比4.8%制作馬歇爾試件,測定VV、VFA和VMA等指標,在符合設計要求條件下根據(jù)工程經驗確定礦料級配,測試結果見表4。試件成型過程中馬歇爾試件擊實次數(shù)為50次,集料的烘料溫度為185 ℃,瀝青的加熱溫度為165 ℃,瀝青混合料的拌和溫度為180 ℃,擊實成型溫度控制在170 ℃～175 ℃。根據(jù)工程經驗,選擇合成級配一作為初擬礦料級配并進行后續(xù)驗證,如表5所示。

表4 兩組礦料級配的設計組成結果表

表5 初擬級配的體積分析結果表

2.2.2 油石比確定

通過析漏試驗和飛散試驗確定油石比。根據(jù)圖1的謝倫堡瀝青析漏試驗結果,PAC-13 的最大油石比OACmax=4.80%;根據(jù)圖2的肯塔堡飛散試驗結果,PAC-13 的最小油石比OACmin=4.72%。根據(jù)《排水瀝青路面設計與施工技術規(guī)范》 (JTG/T 3350-03-2020)[1],PAC-13的最佳油石比為最大油石比4.8%,其馬歇爾試驗結果見表6。

圖1 析漏損失與油石比關系曲線圖

圖2 飛散損失與油石比關系曲線圖

表6 4.8%油石比下的馬歇爾試驗結果表

由表6可知,設計的排水瀝青混合料PAC-13的馬歇爾試驗指標均滿足規(guī)范及設計文件要求。

2.3 性能驗證

2.3.1 水穩(wěn)定性

對所設計的排水瀝青混合料PAC-13進行殘留穩(wěn)定度試驗和凍融試驗,分別以殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強度比評價其水穩(wěn)定性能[2],見下頁表7～8。

表7 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗結果表

由表7、表8可知,設計的排水瀝青混合料PAC-13的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強度比均滿足規(guī)范及設計文件要求。

表8 凍融劈裂試驗結果表

2.3.2 高溫穩(wěn)定性

對所設計的排水瀝青混合料PAC-13進行車轍試驗。根據(jù)表9試驗結果可知,所設計的排水瀝青混合料PAC-13的動穩(wěn)定度符合其技術要求。

表9 車轍試驗結果表

根據(jù)室內試驗結果和混合料的各項技術要求,表明本次所設計的排水瀝青混合料PAC-13的各性能指標均符合其技術要求,可作為排水瀝青混合料PAC-13生產配合比設計的依據(jù)。

3 施工工藝質量控制要點

對在運營中的高速公路進行銑刨重鋪排水瀝青路面,施工中除按照新建高速公路施工要點進行質量控制外,還需對舊路銑刨、防水粘結層施工,攤鋪碾壓等工藝提出更高的質量控制要求。

3.1 銑刨

采用精銑刨對原路瀝青上面層進行處理,尤其應注意對銑刨深度的控制;為保證路面橫向排水通暢,還應注意對銑刨面橫坡的控制,可適當增加橫坡。應防止出現(xiàn)局部銑刨過深造成下雨積水點情況的出現(xiàn)。

3.2 防水粘結層施工

防水粘結層采用SBS改性熱瀝青作為膠結料,并撒布一定量的碎石或預裹附瀝青碎石,粘結層瀝青撒布量宜控制在1.5±0.2 kg/m2,碎石規(guī)格為5～10 mm,碎石應采用輝綠巖[3],進行拌和樓滾筒除塵,含泥量≤3%。在保證施工不粘輪的情況下,建議碎石撒布量采用下限值。

3.3 拌和

拌和過程要嚴格控制SBS改性瀝青和集料的加熱溫度以及SBS改性瀝青混合料的出廠溫度[1]。PAC-13混合料拌和時間根據(jù)具體情況確定,以瀝青均勻裹覆集料為準。間歇式拌和機每盤的生產周期為65～75 s,其中干拌時間為20 s,濕拌時間為45～55 s。施工流程第一步:骨料+聚酯纖維,加熱溫度185 ℃～200 ℃,干拌時間為20 s;第二步:摻入SBS改性瀝青+高黏添加劑,瀝青溫度≥160 ℃、拌和10～20 s;第三步:摻入礦粉,拌和35 s。

3.4 運輸

運輸車應全部用篷布覆蓋,用以防止運輸途中瀝青混合料降溫過快、遭受雨水和其他污染等。出料后,后場技術員對每輛運輸車的瀝青混合料出廠溫度進行檢測,合格后方可運輸出場。到達施工現(xiàn)場后,技術員對每輛運輸車的瀝青混合料到場溫度再次進行檢測?；旌狭系綀鰷囟冗^低會導致現(xiàn)場碾壓溫度不夠,平整度下降、成型后的路面空隙率過大。

3.5 攤鋪

采用1臺攤鋪機進行全幅攤鋪,避免出現(xiàn)施工縱縫及確保攤鋪橫坡;保持攤鋪機連續(xù)且穩(wěn)定運行,是提高路面平整度的重要手段。攤鋪機不得隨意變換速度或中途停頓,攤鋪速度應與拌和樓產能相匹配,宜控制在1.5～4.0 m/min。

3.6 碾壓

初壓采用2臺鋼輪壓路機靜壓1～2遍,復壓采用2臺鋼輪壓路機同進同退組合碾壓3～4遍,終壓采用膠輪壓路機1～2遍,最后緊跟1臺鋼輪壓路機碾壓1遍收光。應注意碾壓遍數(shù)的控制,過壓會導致空隙率過小,從而影響滲水性能。

4 檢測結果及后續(xù)跟蹤監(jiān)測

4.1 工程檢測結果

對銑刨重鋪排水路面路段進行工程質量檢測,結果匯總如表10所示。

表10 排水路面工程檢測結果匯總表

4.2 跟蹤監(jiān)測結果對比分析

采用多功能檢測車,施工后連續(xù)兩年對實施路段進行路面技術狀況檢測,對比分析試驗路段的總體性能及耐久性。檢測結果如后頁表11所示。

表11 試驗路段施工后路面技術狀況檢測結果表

由表11檢測結果可知,PAC-13排水路面經過2年的使用,各路段兩年的PQI評分均在90分以上,說明路面具有優(yōu)良的使用性能。從各路段PQI評分結果看,2022年PQI與2021年PQI差值分別為0.31、1.69,兩年評分結果十分接近,表明2022年PAC-13路面使用性能總體與2021年保持在同一水平。各路段PCI、RQI、RDI、PBI等分項指標評分與2021年檢測基本相同,SRI為檢測結果中相對差別較大的指標,其中G75下行3車道K2030+800～K2031+900路段的2022年SRI評分為86.93,較2021年的91.30下降了4.37,評分等級由“優(yōu)”下降為“良”;G75下行3車道K2052+200～K2053+400路段的2022年SRI評分為87.29,較2021年的90.00下降了2.71,評分等級由“優(yōu)”下降為“良”,表明此路段抗滑性能有一定程度的下降。

5 結語

經過本文研究認為,排水瀝青混合料在瀝青混合料配合比設計時通過適當提高路面高溫穩(wěn)定性,注重舊路銑刨及防水粘結層施工工藝質量等技術要求,路面經過兩年使用后仍具有良好的路面技術狀況。通過排水瀝青路面大空隙率的特點,能有效解決多雨地區(qū)寬幅路面“零坡段”雨天路面積水,行駛車輛易打滑發(fā)生交通事故的問題,為后續(xù)類似養(yǎng)護工程的建設實施及排水瀝青路面的技術推廣提供經驗借鑒。