排水瀝青混凝土在提升運(yùn)營高速公路安全應(yīng)用研究

陳海榮

(廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司沿海高速公路分公司，廣西 欽州 53500)

1 公路概況

某雙向八車道高速公路，上面層采用4 cmSMA-13改性瀝青混凝土；超高轉(zhuǎn)彎路段內(nèi)側(cè)中分帶設(shè)置縫隙式集水溝，每50 m增設(shè)一處集水井和橫向排水管；邊溝采用不小于80 cm×60 cm的蓋板矩形溝(局部挖方路段采用加深邊溝，有利于橫向排水)。隨著運(yùn)營年限和交通量日益增加，骨料表面的瀝青膜和構(gòu)造紋理逐漸被磨耗，逐步形成寬幅道路雨天排水不及時隱患，特別是轉(zhuǎn)彎緩和路段。通過對典型事故和現(xiàn)場的深度分析，表面排水不及時或水膜是誘發(fā)道路交通事故的重要因素之一。

2 方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

排水瀝青路面由空隙率20%以上的瀝青混合料鋪筑而成，能夠在混合料內(nèi)部形成排水通道的新型瀝青混凝土面層。根據(jù)降雨量和排水需求的不同，可選用單層排水瀝青路面和雙層排水瀝青路面。通過設(shè)計(jì)單位、運(yùn)營單位和施工方全面細(xì)致的勘察分析論證，以及交通管理行業(yè)部門和交通警察的反饋意見，確定最終的施工方案：對超高圓曲線以及兩端緩和曲線的全幅路面進(jìn)行銑刨4 cm SMA-13上面層，重新鋪筑SBS改性熱瀝青防水黏結(jié)層和4 cm PAC-13排水瀝青混凝土。為了有利于路面的排水，在超高段中央縫隙式集水溝或外側(cè)混凝土邊溝側(cè)面設(shè)置一條寬15 cm、深10 cm形縱向排水溝，溝底采用SBS改性熱瀝青防水層；縱向排水溝每隔1 m在縫隙式集水溝或邊溝結(jié)構(gòu)物上開喇叭型泄水槽，尺寸為寬10 cm，深10 cm；泄水槽底有一定橫坡，集水溝或邊溝出水口處稍低，保證雨水順利排至集水溝或邊溝內(nèi)。為消除縱坡對新舊路面搭接處的排水影響，在搭接處增設(shè)一道寬100 cm、深10 cm的隱形橫向排水槽(直至中層面)，用PAC-13進(jìn)行回填，預(yù)防搭接處雨天積水。

2.2 原材料要求

(1)SBS改性瀝青

SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)不低于《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F4—2004)要求。

(2)高黏改性瀝青及高黏瀝青添加劑技術(shù)指標(biāo)要求

高黏劑技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表1性能要求。

表1 高黏改性劑顆粒性能指標(biāo)及實(shí)測結(jié)果

制備SBS高黏度改性瀝青應(yīng)符合規(guī)范技術(shù)要求，其中高黏劑的摻量(內(nèi)摻，相對于SBS高黏改性瀝青的質(zhì)量)宜在8%～12%。本項(xiàng)目采用的高粘劑為中路交建(北京)工程材料有限公司生產(chǎn)。

(3)粗集料

排水瀝青混合料所用粗集料應(yīng)均勻、潔凈、干燥，宜選用高黏附性、高耐磨耗性、高耐破碎性的優(yōu)質(zhì)集料，本項(xiàng)目采用百色田東境內(nèi)的輝綠巖，其質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)范的技術(shù)要求，級配應(yīng)符合表2性能要求。

表2 粗集料級配范圍

(4)細(xì)集料

瀝青面層細(xì)集料采用機(jī)制砂，應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，采用粒徑 15 mm以上的硬質(zhì)黑色石灰?guī)r軋制，細(xì)集料在加工過程中應(yīng)安裝有效除塵設(shè)備，嚴(yán)禁應(yīng)用廢粉當(dāng)機(jī)制砂，細(xì)集料中不得含有雜物。其質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)范的技術(shù)要求，級配組成應(yīng)符合表3的技術(shù)要求。

表3 細(xì)集料級配范圍及實(shí)測結(jié)果

(5)填料

排水瀝青路面混合料用礦粉必須采用石灰?guī)r和巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料磨細(xì)的礦粉，礦粉必須保持干燥、潔凈、細(xì)度、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，不得采用回收粉和粉煤灰取代填料。

(6)纖維穩(wěn)定劑

在SBS改性排水瀝青混合料中宜添加纖維作為增塑穩(wěn)定劑材料，宜采用聚合物纖維，摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.1±0.02%(外摻)，纖維應(yīng)符合表4技術(shù)指標(biāo)要求。

表4 聚酯纖維技術(shù)要求及實(shí)測結(jié)果

3 混合料配合比設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目排水路面瀝青混合料采用級配類型為PAC-13，混合料級配由1#粗集料(10～15)mm，2#粗集料(5～10)mm、3#粗集料(3～5)mm、4#細(xì)集料(0～3)mm和礦粉(0～0.6)mm合成?；旌狭系募壟浞秶鷳?yīng)符合表5的要求。

表5 排水瀝青混合料PAC-13級配范圍

排水瀝青混合料宜采用馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)方法，以0.3%間隔變化進(jìn)行試驗(yàn)，并對確定的最佳油石比進(jìn)行謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)。由謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)結(jié)果，PAC-13的最大油石比OACmax=4.82%；肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果，PAC-13的最小油石比OACmin=4.78%。根據(jù)《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3350-03—2020)，PAC-13的最佳油石比為最大油石比，取最佳油石比為4.8%，纖維摻量0.1%。對所設(shè)計(jì)的排水瀝青混合料PAC-13進(jìn)行相性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)范要求。

4 舊路面銑刨

舊路面銑刨的效果直接影響后期排水效果和排水路面的使用壽命。本項(xiàng)目采用維特根W2000銑刨機(jī)進(jìn)行，深度≤4 cm時，將舊路面上面層一次性完全清理完。銑刨先對舊路面進(jìn)行全面檢查，對局部的病害進(jìn)行標(biāo)識。銑刨過程要嚴(yán)格控制速度和刀片的磨耗狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)存在銑刨面存在參差不齊或明顯刨坑，及時檢查。

舊路上面層銑刨后，用水對銑刨面清理干凈，重點(diǎn)對標(biāo)識病害處理復(fù)核。對銑刨面進(jìn)行全面的檢查，主要包括病害、平整度和路拱坡度是否符合要求。若存在輕度裂縫，應(yīng)進(jìn)行灌封處治；對于網(wǎng)裂、龜裂、中度裂縫、重度裂縫等病害，須將病害位置銑刨重新鋪筑密實(shí)型瀝青混凝土后，方可進(jìn)行排水上面層的施工；對于局部銑刨不徹底或平整度差的現(xiàn)象，采用小型銑刨機(jī)進(jìn)行修整，達(dá)到設(shè)計(jì)縱橫坡排水要求。

5 PAC排水路面施工

5.1 防水黏結(jié)層

防水黏結(jié)層采用SBS改性熱瀝青，并撒布一定量的碎石。SBS改性瀝青灑布量宜控制在1.5±0.2 kg/m2，碎石規(guī)格為5～10 mm，碎石應(yīng)采用輝綠巖，其質(zhì)量技術(shù)應(yīng)符合規(guī)范要求。對于路邊兩側(cè)未撒布到位的地方，采用人工補(bǔ)撒的方式進(jìn)行。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，本項(xiàng)目碎石灑布量采用3～4 kg/m2的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。防水黏結(jié)層的施工質(zhì)量直接影響水原瀝青路面的使用壽命，需進(jìn)行反復(fù)檢查。

5.2 混合料拌制

本項(xiàng)目采用直投式復(fù)合改性高黏度瀝青，拌合工藝宜為：“集料+纖維”干拌10～15 s，隨后投入“SBS改性瀝青+高黏劑”拌合10～15 s，隨后投放礦粉拌合35 s，整個循環(huán)周期一般為60～65 s，根據(jù)實(shí)際拌合效果，適當(dāng)調(diào)整拌合時間和順序。高黏度改性添加劑宜采用自動裝置投放，一次自動稱量可投放的最大量不宜少于20 kg，以滿足生產(chǎn)效率要求。

5.3 混合料運(yùn)輸

與新建高速公路不同，本項(xiàng)目屬于運(yùn)營通行高速公路維修項(xiàng)目。自2020年全國取消省界收費(fèi)站后，所有貨車均需在入口進(jìn)行稱重，嚴(yán)禁超載車輛進(jìn)入高速公路，辦理超限證車輛除外。由于瀝青混合料不屬于不可拆卸的物品，就現(xiàn)有的政策是無法辦理超限運(yùn)輸證。受入口治超影響，常用的自卸工程車僅能運(yùn)輸8 t瀝青混合料。PAC-13排水路面瀝青混合料為開級配、空隙率大混合料，溫度損失較快，因此混合料的運(yùn)輸是難題，特別是冬季施工。本項(xiàng)目為9月份施工，氣溫在25 ℃以上，但考慮運(yùn)輸過程中溫度的損失可能會影響攤鋪和碾壓，對運(yùn)輸車進(jìn)行保溫設(shè)施改造。在貨車內(nèi)檔板增加了保溫棉和隔離鋁板，形成中空保暖層，并對混合料上頂面進(jìn)行覆蓋保溫棉，形成包裹式運(yùn)輸。

5.4 攤鋪碾壓

排水瀝青混合料的攤鋪與AC、SMA系列攤鋪所用設(shè)備相同，考慮排水瀝青混合料空隙的連續(xù)性，本項(xiàng)目采用一臺履帶式攤鋪機(jī)全幅一次性攤鋪，攤鋪溫度應(yīng)不低于160 ℃。本項(xiàng)目初壓與復(fù)壓采用11～13 t鋼輪壓路機(jī)，終壓采用膠輪壓路機(jī)。為防止較高溫度下膠輪壓路機(jī)黏輪，采用油水隔離劑噴淋裝置。排水瀝青混合料最忌諱超壓或欠壓，將直接影響排水效果和使用壽命。超壓空隙率將降低，排水效果將大大下降，失去排水的意義；欠壓，初期排水效果良好，但由于混合料不密實(shí)，在連續(xù)車輛的作用下，混合料容易松散，壽命下降。嚴(yán)格控制碾壓速度、遍數(shù)、方向和溫度等指標(biāo)，保證路面的排水效果和使用壽命。

6 應(yīng)用效果

改造工程施工完成后，對路面的厚度、壓實(shí)度、滲水系數(shù)、平整度、空隙率等性能進(jìn)行檢測。

數(shù)據(jù)顯示：平均厚度值為42 mm，合格率達(dá)到100%，厚度施工控制較好；空隙率平均值為20.7%，整體空隙率控制良好；滲水系數(shù)平均6 065 ml/min，滿足設(shè)計(jì)要求；BPN 均值為62，各區(qū)間BPN 控制較好，抗滑性能優(yōu)越；構(gòu)造深度平均值為2.25(0.01 mm)，抗滑性能優(yōu)越；抽檢油石比和熱料篩分均在要求范圍內(nèi)，熱料篩分過程中沒有出現(xiàn)串料現(xiàn)象，生產(chǎn)級配達(dá)到預(yù)設(shè)級配；凍融劈裂比、抗水損害能力滿足要求，抗水損性能良好；車轍試驗(yàn)平均值達(dá)到8 521次/mm，抗車轍性能良好；瀝青混合料浸水飛散損失(%)為9.0，抗飛散能力滿足要求。路面改造后，降雨量達(dá)70 ml時，路面不存在較厚水膜出現(xiàn)和輪胎飛霧。通過一年連續(xù)數(shù)據(jù)跟蹤統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)彎路段雨天事故大幅度下降。

7 結(jié) 語

通過本項(xiàng)目運(yùn)營高速公路的路面改造，對施工過程和效果影響因素進(jìn)行分析，得出以下成果。

(1)PAC-13排水瀝青混凝土通過其骨架結(jié)構(gòu)，提高了抗車轍能力；

(2)具有較大的構(gòu)造深度，不存在構(gòu)造深度在短時間內(nèi)被磨耗的現(xiàn)象；

(3)表面較大空隙率，改善原有路面的排水能力，提高抗滑降噪能力，整體提高瀝青路面的服務(wù)功能與安全性能；

(4)混合料中細(xì)集料少，油石比較小，造價成本比普通SMA-13略低；

(5)特別在高溫多雨的地區(qū)，PAC-13排水路面在轉(zhuǎn)彎路段的應(yīng)用，更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。