雙層排水瀝青路面實(shí)踐與創(chuàng)新應(yīng)用研究

曹興松，楊曉強(qiáng)，段寶東，劉世雄

（1重慶對(duì)外建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，重慶401112；2北京科路泰交通技術(shù)有限公司，北京100088；3江蘇交通控股集團(tuán)有限公司，南京210002）

雙層排水瀝青路面實(shí)踐與創(chuàng)新應(yīng)用研究

曹興松1，楊曉強(qiáng)2，段寶東3，劉世雄1

（1重慶對(duì)外建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，重慶401112；2北京科路泰交通技術(shù)有限公司，北京100088；3江蘇交通控股集團(tuán)有限公司，南京210002）

我國(guó)首次在遂資高速公路修筑了雙層排水瀝青路面的工程試驗(yàn)觀測(cè)路。工程領(lǐng)域開(kāi)展了與環(huán)境行為學(xué)的理論研究與驗(yàn)證。項(xiàng)目從關(guān)鍵原材料控制、噪聲、剎車(chē)安全性能和施工工藝等環(huán)節(jié)的研究，解決了雙排水瀝青路面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以及雙層攤鋪施工工藝的層間粘結(jié)控制標(biāo)準(zhǔn)，提出了高粘度改性瀝青和粗集料控制關(guān)鍵指標(biāo)，得到了降噪瀝青路面的檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法，以及雙層排水瀝青路面安全指數(shù)的剎車(chē)檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法，獲得了雙層排水瀝青路面的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工的控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

雙層排水；瀝青路面；高速公路；環(huán)境行為學(xué)

引言

雙層排水瀝青路面結(jié)構(gòu)在降噪、抗滑、排水、抗凍及功能耐久性等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。遂資高速公路通過(guò)雙層排水瀝青路面工程應(yīng)用及創(chuàng)新研究，得出了“冷+熱”和“熱+熱”的層間處理技術(shù)，提出了雙層排水瀝青路面的工程降噪性能測(cè)試方法，探索了雙層排水瀝青路面的車(chē)輛剎車(chē)性能評(píng)價(jià)方法。

雙層排水瀝青路面的結(jié)構(gòu)即將成為我國(guó)當(dāng)前道路安全、舒適功能革新的最佳路面形式。2015年國(guó)家從戰(zhàn)略角度的考慮，提出了“海綿”道路的科技推廣。

項(xiàng)目通過(guò)沿海高速公路排水瀝青路面10年觀測(cè)成果基礎(chǔ)上，四川遂資高速雙層排水瀝青路面采用18cm水穩(wěn)穩(wěn)定底基層與1.5%水泥劑量的墊層，逐層連續(xù)雙層連續(xù)攤鋪成型工藝；36cm卵碎石水穩(wěn)穩(wěn)定基層采用逐層連續(xù)雙層連續(xù)攤鋪成型工藝，底基層與基層之間采用1∶1水泥漿，灑布量控制在1.5± 0.2kg/m2（水泥計(jì)），6cmAC-20C下面層設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率為3.5%，滲水系數(shù)不大于100mL；雙層排水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為0.3～0.4kg/m2（瀝青計(jì)）改性乳化瀝青下面層表層防水粘結(jié)層+ 6.5cmPAC-16中面層+0.1～0.15kg/m2（瀝青計(jì)）改性乳化瀝青黏層+3.5cmPAC-10表面層。遂資高速公路雙層排水瀝青路面首次提出0.1～0.15kg/m2（瀝青計(jì)）改性乳化瀝青超前預(yù)養(yǎng)護(hù)層設(shè)計(jì)理念，并成功運(yùn)用了透水標(biāo)線新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]。

1 原材料

（1）瀝青

瀝青采用廈門(mén)華特SBS改性瀝青為基礎(chǔ)瀝青，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

（2）高粘度添加劑

采用DHVA高粘添加劑，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足指南要求，其檢測(cè)情況見(jiàn)表1。

表1 DHVA高粘度添加劑檢測(cè)結(jié)果

（3）高粘度改性瀝青

目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)采用施工單位提供的廈門(mén)華特SBS改性瀝青，摻加8%DHVA高粘度添加劑制作排水瀝青路面專用的高粘度改性瀝青，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足指南要求，具體檢測(cè)情況見(jiàn)表2[2]。

（4）粗集料

表2 高粘度改性瀝青檢測(cè)結(jié)果

PAC-16中面層粗集料：采用四川省簡(jiǎn)陽(yáng)市玉豐料廠生產(chǎn)的卵碎石粗集料4.75～9.5mm、9.5～16.0mm、16.0～19.0mm，其中軟弱顆粒含量和1各破碎面顆粒含量不符合設(shè)計(jì)要求。PAC-10上面層粗集料為四川省峨眉山市龍坤石業(yè)生產(chǎn)的玄武巖4.75～9.5mm，所檢指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

（5）細(xì)集料

細(xì)集料采用四川省峨眉山市龍坤石業(yè)生產(chǎn)的0～2.36mm玄武巖機(jī)制砂，所檢指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

（6）礦粉

礦粉采用重慶市銅梁石灰?guī)r碎石自制加工的礦粉，所檢參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

（7）纖維

纖維采用北京科路泰交通技術(shù)有限公司生產(chǎn)的聚酯纖維，在PAC-10上面層中按照混合料總量0.1%進(jìn)行添加，纖維相對(duì)密度為1.018。

2 雙層排水瀝青路面施工工藝研究

項(xiàng)目組開(kāi)展了“冷+熱”層間粘結(jié)工藝及參數(shù)研究，主要采用不同灑布量的改性SBS乳化瀝青和不灑布改性乳化瀝青。根據(jù)研究結(jié)果表明，當(dāng)下層排水瀝青路面隨著瀝青油膜厚度的增加彎拉強(qiáng)度增加，最大破壞彎拉應(yīng)變有輕微衰減趨勢(shì)。排水瀝青路面自身整體抗彎拉與抗層間拉應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)和實(shí)際荷載要求。最佳灑布量為0.10～0.15 kg/m2（以瀝青計(jì)）。

室內(nèi)試驗(yàn)研究了雙層排水瀝青路面不同層間狀況變化對(duì)層間結(jié)合的影響。為此，分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)展試驗(yàn)：（1）模擬不同成型工藝在室內(nèi)制備試驗(yàn)試件。本次試驗(yàn)采用成型車(chē)轍試件的輪碾成型機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)厚度，分別采取一次攤鋪、一次成型碾壓（熱+熱）和兩次、分層成型碾壓（冷+熱）模擬現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，其中對(duì)分層成型碾壓（冷+熱）又進(jìn)行在表面變化粘層灑布用量的模擬試驗(yàn)。（2）設(shè)計(jì)抗剪試驗(yàn)的模擬方法。為測(cè)試層間結(jié)合強(qiáng)度，考慮到我國(guó)工地實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源的豐富性，引入水泥抗折強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行對(duì)層間結(jié)合面的模擬剪切試驗(yàn)，試件尺寸為40mm×40mm×160mm棱柱體，采取垂直切割、在雙層結(jié)合面剪切試驗(yàn)和平行于結(jié)合面切割進(jìn)行試驗(yàn)兩種方式；試驗(yàn)前，對(duì)制備的試件進(jìn)行恒溫養(yǎng)生（5℃）不少于4h，加載速度為50N/S。（3）力學(xué)模型。兩種試驗(yàn)的加載圖示見(jiàn)圖1，試驗(yàn)①相當(dāng)于對(duì)層間結(jié)合面的剪切測(cè)試，試驗(yàn)②為兩層整體抗彎拉強(qiáng)度的測(cè)試。試驗(yàn)后，根據(jù)采集的極限荷載和試件撓度，計(jì)算層間最大彎拉強(qiáng)度、最大破壞彎拉應(yīng)變，作為破壞斷面強(qiáng)度和抗變形能力的表征見(jiàn)圖2和圖3。

圖1雙層層間結(jié)合面剪切試驗(yàn)方法

圖2雙層層間結(jié)合面剪切試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比（力學(xué)模型采用如圖②加載）

圖3雙層層間結(jié)合面剪切試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比（力學(xué)模型采用如圖①加載）

層間灑布乳化瀝青可以顯著增強(qiáng)兩層之間的結(jié)合，提升路面承載能力。但雙層排水瀝青路面又希望層間實(shí)現(xiàn)暢通的透水，因此，灑布乳化瀝青對(duì)界面間透水功能的影響情況非常關(guān)鍵。為此，針對(duì)雙層排水瀝青路面層間粘結(jié)工藝對(duì)透水能力的影響開(kāi)展了深入的研究，測(cè)試成果見(jiàn)表3。

表3 雙層排水路面不同層間結(jié)合方案對(duì)透水性影響對(duì)比試驗(yàn)

3 道路功能特性

（1）噪聲

行車(chē)噪音主要由輪胎與路面間空氣的抽空與壓縮產(chǎn)生，排水瀝青路面具有的多孔結(jié)構(gòu)為高速行駛輪胎引起空氣的抽、壓提供了聯(lián)通的消散渠道，與常規(guī)的表面層相比，排水瀝青面層具有吸收、降低輪胎滾動(dòng)噪音的作用[3]。因此，排水瀝青路面也被稱為“低噪音路面”。

排水路面施工完成后，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)噪聲測(cè)試。測(cè)試車(chē)輛采用了別克商務(wù)車(chē)，噪聲測(cè)量使用定點(diǎn)測(cè)試方法，使用SL-401型噪聲計(jì)，距路面高度1.0m左右，位于路肩外，測(cè)試車(chē)輛在中央車(chē)道行駛。為剔除車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)噪音的影響，車(chē)輛達(dá)到測(cè)試速度后，以空擋滑行方式通過(guò)測(cè)試點(diǎn)，同時(shí)駕駛員觀察速度指示表，記錄車(chē)輛行駛速度。噪聲采用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，分別測(cè)量最大值與考慮時(shí)間計(jì)權(quán)的等效值。本項(xiàng)目通過(guò)三種結(jié)構(gòu)測(cè)試噪音結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 遂資高速公路三種路面結(jié)構(gòu)噪音測(cè)試結(jié)果表

（2）剎車(chē)性能

雙層排水瀝青路面具有較強(qiáng)的輪胎對(duì)路面的附著能力，大多數(shù)通過(guò)路面表面的摩擦系數(shù)表征，排水瀝青路面通過(guò)擺式摩擦系數(shù)儀是無(wú)法正確且準(zhǔn)確評(píng)價(jià)出來(lái)。與常規(guī)密級(jí)配的區(qū)別在攤鋪前期后一年左右是無(wú)法檢測(cè)出來(lái)它們之間的差別。

通過(guò)研究車(chē)輛實(shí)際在道路上的剎車(chē)距離，這一指標(biāo)探索排水瀝青對(duì)道路行駛的汽車(chē)的安全指數(shù)。本項(xiàng)目采用別克GL8商務(wù)車(chē)，在測(cè)試速度定速巡航行駛、至測(cè)試起點(diǎn)急剎（一腳踩到底，重復(fù)4次），測(cè)試時(shí)普通路面（SMA）表面濕滑，但尚未形成水流，排水路面表面略潮濕、無(wú)水膜。條件為同方向、同坡度、同天氣狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試分析，數(shù)據(jù)見(jiàn)表5和表6，性能趨勢(shì)圖見(jiàn)圖4-圖5。

表6 遂資高速公路兩種路面結(jié)構(gòu)晴天剎車(chē)測(cè)試結(jié)果表

圖4 排水瀝青路面與SMA路面雨天剎車(chē)距離測(cè)試趨勢(shì)

圖5 排水瀝青路面與SMA路面晴天剎車(chē)距離測(cè)試趨勢(shì)

排水瀝青路面在晴天按照不超速的110km控制行車(chē)，在緊急急剎狀態(tài)下，與抗滑性能較高的SMA道路可縮短10m。與雨天的排水瀝青路面性能相當(dāng)。通過(guò)測(cè)試表明排水瀝青路面不光在雨天具有道“主動(dòng)安全”性能，而且晴天的安全性能也大幅度提高。

4 結(jié)論

遂資高速公路雙層排水瀝青路面試驗(yàn)段經(jīng)過(guò)3年運(yùn)營(yíng)的工程觀測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)無(wú)衰減現(xiàn)象。本文通過(guò)在室內(nèi)改變成型方式模擬雙層攤鋪的“冷+熱”和“熱+熱”施工工藝，對(duì)抗彎拉試驗(yàn)、雙層混合料整體抗彎拉應(yīng)變?cè)囼?yàn)等進(jìn)行了深入研究。雙層排水瀝青路面與密集配和雙層排水瀝青路面降噪效果明顯。適合城市降噪要求高的路段、旅游道路和鄰近的野生動(dòng)植物保護(hù)區(qū)道路。雙層排水瀝青路面具有大幅度縮短緊急剎車(chē)距離的特性，提升道路的主動(dòng)安全功能。

[1]卜小娟，賀強(qiáng)，楊曉強(qiáng).排水性瀝青路面施工技術(shù)及質(zhì)量檢測(cè)[J].江西建材，2015（8）：171-172.

[2]賀強(qiáng)，卜小娟，楊曉強(qiáng).排水性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及調(diào)整[J].江西建材，2015（8）：170-172.

[3]劉世雄，楊曉強(qiáng)，曹興松.排水瀝青路面罩面工程的應(yīng)用研究[J].重慶建筑，2016（1）：45-48.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Application Study on Practice and Innovation of Asphalt Pavement Surface with Bi-layer Drainage

An observation road of asphalt pavement surface with bi-layer drainage is constructed in China for the first time.The theoretical study and verification of environment-behavior studies are conducted in engineering field.The project studies from key raw materials control,noises,brake safety performance and construction technologies,solving the structural stability of asphalt pavement surface with bi-layer drainage and the layer cohesion control standard of bi-layer pavement construction techniques.This paper presents key indicators of high cohesion asphalt and coarse aggregates control,the testing and evaluation methods for denoising asphalt pavement surface are obtained,and the brake testing and evaluation methods for safety indexes of asphalt pavement surface with bi-layer drainage as well.The design parameters of asphalt pavement surface with bi-layer drainage and technological standard of control construction are also obtained.

bi-layer drainage;asphalt pavement;expressway;environment-behavior studies

U416.223

：A

：1671-9107（2016）11-0033-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.11.033

2016-07-19

曹興松(1972-)，男，重慶人，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事公路橋梁隧道的科研開(kāi)發(fā)等工作。