雙層排水瀝青路面在廣西高速公路中的應用研究

作者簡介：黃航韜（1988—），工程師，研究方向：瀝青路面施工技術。

摘要：文章依托廣西某高速公路超高緩和曲線段雙層排水瀝青路面試驗段，分析雙層排水瀝青路面配合比設計相關技術指標，基于實際工程應用明確雙層排水瀝青路面的關鍵施工技術，并對其實施效果進行跟蹤評價。道路通車一年后，路面性能各項關鍵指標均能滿足設計及相關規范的要求，滲水系數、橫向力系數未見明顯衰減，驗證了其應用技術的可行性。

關鍵詞：高速公路；雙層排水路面；瀝青混合料；路用性能

中圖分類號：U416.217

0 引言

路面排水功能不暢容易導致積水，尤其在超高緩和曲線段路拱橫坡不足的部位，路面積水問題尤為突出，對行車安全造成極大威脅。排水瀝青路面是解決路面積水問題的一個有效措施，目前我國高等級公路排水瀝青路面設計中多采用單層排水結構，肖鑫等^[1]建立了排水瀝青路面滲透計算模型，考慮有效降雨強度與入滲強度等因素的影響，提出了根據實際降雨量確定目標空隙率的計算公式。2014年，四川遂資眉高速公路中采用3.5 cmPAC-10+6.5 cmPAC-16的結構組合進行了雙層排水降噪瀝青路的試驗路鋪筑^[2]，路用性能較好，跟蹤監測表明該結構可有效提升路面排水效率。李偉^[3]通過取樣試驗對單層和雙層排水瀝青混合料的性能進行了對比，結果表明雙層排水瀝青路面的水穩定性、高溫穩定性和低溫抗裂性能均優于單層排水瀝青路面。雖然已有部分研究針對單層排水路面和雙層排水路面的關鍵技術進行了系統的研究，但考慮到各地區工程實際作業環境差異很大，廣西作為溫度高、濕度高、降雨量大的地區，現有的路面材料設計配合比和配料生產方式并不一定適用于該地區的工程。針對這一問題，本文依托廣西某高速公路項目開展雙層排水瀝青路面在超高緩和曲線段中的應用研究，通過目標空隙率和關鍵篩孔通過率確定適用于廣西地區的排水瀝青路面混合料配合比，明確雙層排水瀝青路面應用技術，提升強降雨惡劣氣候下的高等級公路路面安全性能和服務水平。

1 工程概況

廣西位于亞熱帶季風氣候區，某高速公路項目設計速度為120 km/h，采用雙向六車道高速公路技術標準建設。半幅路面設計寬度為15.75 m，選取設計范圍內左幅K139+700～K139+860、右幅K138+900～K139+060、右幅K139+700～K139+860三段開展雙層排水瀝青路面試驗路鋪筑。以上三個路段位于超高緩和曲線內，由雙向路拱漸變到圓曲線單向橫坡，路面橫坡＜2%，縱坡為0.5%，路線設計指標見表1。

2 雙層排水瀝青路面結構及材料配比

2.1 雙層排水路面結構形式

該項目雙層排水瀝青路面試驗段采用的結構如圖1所示，試驗段位于道路橫坡＜2%的路段內，上面層采用4 cm的PAC-13排水式混合料，中面層采用6 cm的PAC-20排水式混合料，雨水可迅速地滲透面層，直接從上、中面層內向路面邊緣排出。

2.2 原材料

排水瀝青路面采用專用改性瀝青，此類改性瀝青是由相容性良好的SBS（I-D）聚合物改性瀝青，摻入8%的高黏劑后配置得到專用高黏度改性瀝青。試驗路施工時采用“干法”方式配制，即將改性劑通過大型的膠體研磨設備充分研磨、分散，摻入瀝青中制成專用SBS改性瀝青成品投入生產使用。

PAC-13上面層以及PAC-20中面層的粗、細集料均采用廣西田東石場生產的輝綠巖，礦粉采用石灰巖研磨得到的礦粉；纖維采用聚酯纖維，按混合料總質量0.1%的比例添加。

2.3 級配選擇及油石比的確定

參考南方多雨地區類似工程的PAC混合料配合比設計經驗，選取目標空隙率21%，在類似工程推薦的級配范圍內，根據目標空隙率試配三種配合比方案，使2.36 mm篩孔通過率在《排水瀝青路面設計與施工技術規范》（JTG/T 3350-03-2020）的中值范圍±3%左右，成型馬歇爾試件驗證空隙率，通過謝倫堡瀝青析漏試驗確定最佳油石比。

本文對PAC-13和PAC-20分別配置三組不同級配的瀝青混合料（圖2），三組PAC-13混合料的2.36 mm篩孔通過率分別設計為12%、13.5%和15%，混合料試驗實際配合比為11.9%、13.3%和14.6%。三組PAC-20的2.36 mm篩孔通過率分別為11%、13%和15%，混合料試驗實際配合比為10.7%、12.4%和14.1%。對以上不同配合比的PAC瀝青集料進行馬歇爾試驗，馬歇爾試件采用預估油石比4.5%成型，礦料級配組成設計如表2和表3所示。

如圖3所示為PAC-13及PAC-20混合料空隙率與2.36 mm篩孔通過百分率的關系曲線。由圖3（a）可以看出，三種不同級配下的瀝青混合料空隙率分別為22.0%、19.5%和20.5%，其中3^#瀝青混合料的馬歇爾試件空隙率接近目標空隙率21%，故選擇3^#級配的PAC-13瀝青混合料用于上面層施工。由圖3（b）可以看出，三種不同級配下的瀝青混合料空隙率分別為23.0%、22.76%和21.1%，3^#瀝青混合料的馬歇爾試件空隙率接近目標空隙率21%，故同樣選擇3^#級配的PAC-20瀝青混合料用于中面層施工。

確定瀝青混合料配合比后，需要對油石比進行設計。兩種瀝青混合料的油石比均按0.5%的變化遞增，PAC-13設置3.8%、4.3%、4.8%、5.3%和5.8%共5組油石比的試驗組；PAC-20設置3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%共5組油石比的試驗組。對以上不同油石比的瀝青混合料分別進行謝倫堡瀝青析漏試驗，并作出油石比與析漏損失的關系曲線，如圖4所示。

由圖4可以看出，PAC-13瀝青混合料在油石比從4.8%變化到5.3%時，析漏損失率開始明顯增大，說明瀝青用量過多，故PAC-13混合料的油石比確定為4.8%；同理，PAC-20瀝青混合料在油石比從4.5%變化到5.0%時，析漏損失率開始明顯增大，故PAC-20混合料的油石比確定為4.5%。

2.4 瀝青混合料性能測試

根據上述選定的集料級配及油石比，分別對表面層及中面層排水瀝青混合料的析漏損失、飛散損失、馬歇爾殘留穩定度、凍融劈裂強度比、動穩定度、滲水系數等性能進行測試，測試結果見表4。由表4數據可知，PAC-13及PAC-20排水瀝青混合料各項性能均滿足指標要求。

3 雙層排水路面施工關鍵技術

3.1 防水粘結層施工

為避免排水面層的雨水進入下面層和基層，在中面層與下面層之間設置SBS類I-D改性瀝青同步碎石粘結防水層，瀝青用量為1.5～1.8 kg/m²，同步碎石采用粒徑為4.75～9.5 mm的輝綠巖。為增強碎石與瀝青的粘結，撒布前需對碎石進行0.3%～0.5%瀝青預裹附處理。碎石撒布量為滿鋪量的50%～70%。同時，對于排水瀝青路面與普通瀝青路面結合部位，為避免雨水進入密級配瀝青路面結構層，造成路面水損壞，連接處的防水粘結層施工長度向普通瀝青路面段增加20 m，保證路面結構防水隔水效果。

上面層與中面層層間粘結采用SBS改性乳化瀝青粘層，SBS改性乳化瀝青用量為0.15～0.3 kg/m³。

3.2 排水瀝青面層施工

排水瀝青混合料采用間隙式瀝青混合料拌和機拌和，施工溫度根據下頁表5進行控制。排水瀝青混合料的運輸和攤鋪與傳統瀝青混合料基本相同。由于排水瀝青混合料空隙率較大，熱量散發較傳統瀝青混合料快，在運輸過程中應當加強保溫、防雨、防污等措施。

排水瀝青混合料拌和工藝為：將集料與纖維干拌15 s，噴灑改性瀝青的同時投放高黏度添加劑拌和10 s，然后投放礦粉濕拌40 s，整個循環周期一般控制在60～65 s。

排水瀝青混合料的碾壓應按初壓、復壓、終壓三個階段，碾壓機具為11～13 t雙鋼輪壓路機。初壓采用2臺壓路機，緊跟在混合料攤鋪后進行，靜壓1～2遍，不得使路面產生推移、開裂，初壓完成后應觀察平整度、路拱等情況，發現問題及時調整；復壓采用4臺壓路機，緊跟初壓進行，靜壓2～4遍；終壓采用1臺壓路機靜壓1～2遍。在綜合碾壓過程中，如粗集料表面出現瀝青膜脫落、軟石裸露路表等情況時，應及時撒布改性乳化瀝青1～2遍進行補強，撒布量應為0.10～0.15 kg/m²。

排水瀝青路面施工結束后，應封閉交通24～48 h再開放交通。緊急情況或施工車輛必須通行時應進行灑水降溫待攤鋪層完全冷卻，表面溫度＜50 ℃時方可開放通行，并嚴禁急剎或急轉。

4 工程應用效果

排水瀝青路面上、中面層施工結束后，對滲水系數及橫向力系數進行測試，滲水系數均符合《排水瀝青路面設計與施工指導規范》（JTG/T 3350-03-2020）中≥5 000 mL·min的要求，橫向力系數（SFC）平均值為71.7，符合設計對交工驗收（≥54）的要求。

通車1年后，對試驗段進行滲水系數復測，如表6所示。結果表明，試驗段的滲水系數在服役1年后衰減幅度并不大，這表明項目所采用的雙層排水路面依然保持良好的排水性能。

通車運營1年后采用橫向力系數檢測車進行檢測，如表7所示，PAC-13橫向力系數通車1年后基本維持不變，結合其良好的路面排水性能，可有效降低道路橫坡不足部位的積水問題。

5 結語

（1）采用馬歇爾設計法對PAC-13、PAC-20混合料進行級配設計，結合謝倫堡試驗確定油石比，確定了適用于南方高溫多雨地區的雙層排水瀝青混合料配合比，工程實際應用的混合料性能和路用性能均能滿足設計及相關規范的要求。

（2）道路在通車1年后的滲水系數、橫向力系數指標未見明顯衰減，有效降低了超高緩和曲線段路面的積水安全隱患。

本文提出的雙層排水瀝青路面設計及施工方案較合理，可適用于環境條件類似的工程項目，為其設計及施工提供參考。

參考文獻：

[1]肖 鑫，張肖寧.排水瀝青路面排水能力分析及目標空隙率確定[J].中外公路，2016，36（1）：49-53.

[2]王 毅，唐國奇，魏 娟，等.雙層排水路面在遂資眉高速公路工程中的應用[J].交通科技，2014（2）：80-83.

[3]李 偉.雙層排水降噪瀝青路面技術性能分析[J].公路交通科技（應用技術版），2018，14（1）：97-99.

收稿日期：2023-11-28