黑白復合排水瀝青路面技術研究與應用

李佳勛

（邢臺路橋建設集團有限公司，河北 邢臺054001）

1 引言

我國高等級路面多采用水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面，隨著我國交通流量和汽車載重的增加，該結構出現(xiàn)了較多的病害，課題組研發(fā)了一種使用壽命較長的黑白復合排水瀝青路面，并在大量的工程實踐得到應用。

2 黑白復合排水瀝青路面的定義

多孔生態(tài)混凝土復合排水瀝青路面是一種黑白復合排水瀝青路面技術，其中，“黑”代表瀝青類材料；“白”代表水泥類材料。該結構的主要特征是由多孔生態(tài)混凝土基層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的半剛性基層（如水穩(wěn)碎石、二灰碎石）或柔性基層（如瀝青黑碎、級配碎石），主要承受路面荷載，上面鋪筑復合排水瀝青路面，以提升行車安全性并降低行車噪聲。

3 黑白復合排水瀝青路面結構的優(yōu)點

該結構能有效克服傳統(tǒng)路面結構的不足或缺陷，不僅可以解決公路承載力弱的問題，滿足現(xiàn)代大交通流、超載車等對公路承載力的要求，而且杜絕了道路因水損害及渠化交通帶來的車轍問題，增大了路面的粗糙度，極大地提高了行車安全性，并成倍延長了道路的使用壽命，減少了運營期間的養(yǎng)護工作量和養(yǎng)護費用，比傳統(tǒng)技術更經(jīng)濟，可節(jié)省大量投資，并且其結構設計和建造均符合我國綠色發(fā)展理念，是一種新型的綠色施工技術。

4 黑白復合排水瀝青路面的適用范圍

黑白復合排水瀝青路面可廣泛應用于高速公路、重載交通道路及其他等級公路道路，用于城市道路可建造全透水道路，有效緩解城市內(nèi)澇。采用該結構形式時，可根據(jù)氣候條件、水文和地質(zhì)情況建造表層排水、面層排水、基層排水和全透水道路結構。其中，在地質(zhì)條件好的環(huán)境下可建造長壽命透水道路，形成低成本、少維護的全透水式道路結構[1]。

5 傳統(tǒng)瀝青路面應用現(xiàn)狀

5.1 使用年限短

從目前現(xiàn)狀看，能夠真正達到設計使用年限的道路工程很少。3年一小修、5年一大修、8年一重修的情況普遍存在，更有部分道路當年修當年壞，很難達到瀝青道路設計年限。

5.2 公路病害嚴重

傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面病害嚴重，車轍、坑槽、擁包、裂縫、唧漿、推移[2]、橋頭跳車等問題不斷出現(xiàn)，會極大地縮短道路的使用壽命，同時，給行車安全造成隱患。

5.3 養(yǎng)護費用高

由于道路自身的病害嚴重，道路養(yǎng)護部門不得不每年進行大量的維修，因為質(zhì)量標準的差異，維修費用不盡相同。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國每年用于公路維修的資金達到300多億元，是一個非常驚人的數(shù)字，用此費用能新建高速公路300～500km，可新建二級路約1 500 km，這是一項很大的耗費。

5.4 行車安全隱患

目前，瀝青道路的行車安全隱患包括：（1）車轍、坑槽、橋頭跳車給安全行駛帶來隱患，駕駛者在行駛中會無意識地躲避坑槽、剎車或繞行；（2）雨天路面車轍會積水或形成水膜，影響行車視野；（3）路面摩擦系數(shù)減小，粗糙度不足，有些路面橫坡大，加上粗糙度不足，遇到雨天尤其是北方冬季冰雨時，車輛容易發(fā)生側滑、翻車事故、車輛追尾等，給安全行駛帶來極大的隱患。

5.5 材料資源浪費

年年維修以及大量的維修、開挖、銑刨等工作，造成材料、燃料、資源的大量浪費，且產(chǎn)生的建筑垃圾難以處理。

5.6 生態(tài)環(huán)境破壞

公路建設過程中對植被產(chǎn)生了破壞，雨水不能直接滲入地下，公路使用過程中的汽車尾氣等有害物質(zhì)直接釋放到空氣中，尤其是城市道路的雨水不能直接滲入地下問題，使城市地下水位持續(xù)下降，形成地下沙漠，增大了城市的運轉成本，都是公路建設者需要研究探討的問題。如何做到節(jié)能減排、降噪、補充地下水等要求，使用安全、節(jié)能環(huán)保的道路建設材料不僅是產(chǎn)品性能上的要求，更是社會發(fā)展必然的要求。

6 黑白復合排水瀝青路面的結構組成

黑白復合排水瀝青路面由多孔生態(tài)混凝土基層、應力吸收層、排水面層組成。

6.1 多孔生態(tài)混凝土基層

該基層材料是由單一粒徑骨料、水泥、水和改性劑拌制而成，直接攤鋪成型無須碾壓。骨料采用等粒徑石料，不含細骨料，骨料表面包覆水泥膠漿相互黏結而形成的多孔骨架-空隙結構，屬于網(wǎng)狀骨架結構，該結構孔隙率大于22%，28 d抗壓強度大于15MPa，抗折強度大于1.5 MPa。這種結構靠骨料之間較大的內(nèi)摩阻力和水泥膠漿的黏結力形成強度,具有較好的抗凍性能和抗疲勞性能。

6.2 應力吸收層

路面設計厚度參照項目所在地的極端低溫、不同種類下承層的裂縫寬度進行設計。試驗表明：大應力吸收層在低溫下，底口開裂寬度為1 cm，裂縫沿豎向開裂3 cm。故設計需依據(jù)下承層低溫開裂最大寬度乘以4，為應力吸收層厚度。以保證基層裂縫全部由應力吸收層消解。

選擇優(yōu)質(zhì)改性瀝青膠結料，采用瀝青穩(wěn)定碎石結構。該結構層的功能在于：（1）在低溫下吸收來自基層的全部裂縫，使所有下承層裂縫不能穿透本結構；（2）高溫穩(wěn)定性，以優(yōu)質(zhì)的膠體，嵌擠的骨架結構提高抵抗車壓變形的能力，彈性模量高，有較強的穩(wěn)定性。

6.3 瀝青排水面層

排水面層的設計厚度一般為4～5 cm，孔隙率大于16%。選用優(yōu)質(zhì)改性瀝青膠結料。排水面層的主要功能是，行車舒適、降低噪聲、阻止表面粗糙度過快衰減、雨雪天降低輪霧、減少側滑、提高路面的安全性能。要求路面必須具備穩(wěn)定性、抗凍融性、耐水浸性、耐磨性、抗剪性能。

7 路面性能測試

1）行車噪聲測試：該結構噪聲較傳統(tǒng)密級配瀝青混凝土面層降低4～6 dB。

2）雨天水霧測試：該結構水霧明顯少于傳統(tǒng)密級配瀝青混凝土路面，行車視野好。

3）行車視野測試：該結構路面無積水，而傳統(tǒng)密級配混凝土路面積水嚴重，車道分界線和道路邊界線不清晰。

4）剎車距離測試：實測顯示有效剎車距離比傳統(tǒng)密級配混凝土路面縮短了10%以上，必將大幅降低交通事故率。

5）承載能力測試：采用標準彎沉車和非標單軸28 t車輛對不同路面測試情況為，邢臺市南二環(huán)快速路，其承載單軸28 t時的彎沉值最大為28，單位為0.01 mm，在設計彎沉值允許范圍內(nèi)，承載是標準軸載的3倍以上。從測試數(shù)據(jù)看，南二環(huán)可承受五軸車、六軸車的通行，大幅提高道路的承載力。

8 效益分析

8.1 經(jīng)濟效益

通過在河北、河南、湖南、安徽、湖北等地推廣應用的工程實踐，采用黑白復合瀝青路面結構層總厚度較傳統(tǒng)半剛性基層復合瀝青路面減薄15%以上，特別在高速公路、一級公路和城市主干路等高等級道路中，可省去厚6～10 cm的瀝青混凝土下面層和厚18 cm的半剛性基層，結構層厚度減薄后，節(jié)約了建筑材料，且多孔生態(tài)混凝土承載能力大、施工免碾壓，極大地降低了機械費用和人工費用。且該結構使用壽命長，結構病害少，有效降低了后期運營維護費用。邢臺市南二環(huán)快速路通車運營至今15 a有余，尚未進行大中修，路面未出現(xiàn)車轍、擁包、推移等病害，行車舒適。

8.2 社會效益

1）排水路面結構的排水特點和路面粗糙的特性大幅降低了交通事故。日本研究報道，采用該路面結構后，年事故率降低了85%以上。我國每年交通事故死亡人數(shù)約9萬人，如推廣應用排水路面，能大幅降低因交通事故人員傷亡率。除了經(jīng)濟方面，僅對建設和諧社會，關注人的生命來講，其意義將十分深遠。

2）減少了維護占道時間，增加了行車暢通時間，將節(jié)省大量燃油，加快運輸周轉，對于節(jié)能減排、降低流通費占商品成本的比例，也有明顯的貢獻。

3）施工速度快，建設周期短。相對提前通車，充分發(fā)揮了道路的作用，也是對社會效益的貢獻。

4）承載力大，可提高車載重量，降低運輸成本，提高運輸行業(yè)效益。

5）排水面層具有明顯降噪功能，行車更加舒適，車輛行駛更加平穩(wěn)，為司乘人員改善了工作環(huán)境。

6）在有條件的地方，尤其是山區(qū)公路，使用風化石、煤矸石等就地取材填筑路基，直接鋪筑本結構，形成全透水道路，不僅響應了保護環(huán)境的理念，更重要的是利用建設黑白復合瀝青路面結構的道路禁止有土參與，使全部土粒用于優(yōu)質(zhì)良田開發(fā)。

綜上所述，黑白復合瀝青路面結構不僅經(jīng)濟效益十分明顯，而且社會效益將十分巨大而深遠。

9 結語

交通運輸部于2020年發(fā)布JTG/T 3350-03—2020《排水瀝青路面設計與施工技術規(guī)范》，推廣應用排水瀝青路面，而黑白復合瀝青路面結構作為一種全新的特殊的排水瀝青路面，其計算理論有待深入研究，但很多實體工程通車運營已超過10 a，表現(xiàn)出了優(yōu)越的路用性能，驗證了該結構的安全耐久，可為我國建造高等級長壽命道路結構提供技術支撐。