排水瀝青路面長期性能觀測與評價(jià)

塵福濤， 趙立東， 劉 帆， 黃士周

(中路交建(北京)材料工程技術(shù)有限公司， 北京 102199)

隨著經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展，人民的出行水平要求不斷提高，“高安全”“環(huán)保”“以人為本”的交通建設(shè)理念也越加凸顯。具有大空隙特征的排水瀝青路面具有以下優(yōu)點(diǎn)：①表面構(gòu)造深度大，抗滑性能高；②大空隙特征具有很好滲水和排水功能，故路面在雨天表面無積水，能夠防止路面形成“水漂”，行車視野清晰；③是一種低噪聲路面，與密級配路面相比，可以降低路側(cè)噪聲3 dB以上，尤其在雨天條件下，排水瀝青路面有非常明顯的降噪效果[1-4]。排水瀝青路面達(dá)到了現(xiàn)有路面技術(shù)中的“頂端路用性能”，在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家被作為高安全、高舒適性鋪裝廣泛應(yīng)用[5-6]。但隨著排水瀝青路面使用年限的增加，由于路面堵塞病害的積累，其路用性能和服務(wù)功能相應(yīng)也會存在一定的衰減[7]，因此，亟須對服務(wù)一定年限后的排水瀝青路面的路用性能和服務(wù)功能衰減量及衰減趨勢進(jìn)行檢測和分析，以判定是否有必要采取一定養(yǎng)護(hù)措施維持其良好的路用性能、服務(wù)功能及獲取最佳的養(yǎng)護(hù)時機(jī)。

1 檢測和分析路段概況

近年來，排水瀝青路面在國內(nèi)不斷推廣及應(yīng)用，目前已經(jīng)累計(jì)超過300 km，尤其在江蘇省內(nèi)，應(yīng)用總里程已經(jīng)超過160 km，其中80%以上為在原路面加鋪4 cm的排水瀝青罩面，以達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的目的。3條排水瀝青路面結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 路面結(jié)構(gòu)形式

為分析服務(wù)一定年限后的排水瀝青路面的路用性能和服務(wù)性能衰減量及衰減趨勢，選擇G328鹽通、G1515鹽靖、G2513淮徐3條高速公路所鋪筑的排水瀝青路面段落，組成“老、中、新”3種不同服役年限的排水瀝青路面作為檢測和分析樣本，其中，G328鹽通排水瀝青路面總里程為16.8 km，服役年限已達(dá)到11年，在 2015年針對路面飛散掉粒病害進(jìn)行過 “噴灑式”養(yǎng)護(hù)[8-10]；G1515鹽靖高速公路排水瀝青路面鋪筑約64.4 km，服役年限已達(dá)到4年；G2513淮徐高速公路排水瀝青路面鋪筑共約82.2 km，服役年限1年。G1515鹽靖高速公路及G2513淮徐高速排水瀝青路面至今均未進(jìn)行過任何系統(tǒng)性養(yǎng)護(hù)[11-15]。

依據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 5421—2018)，高速公路瀝青路面功能性修復(fù)預(yù)期使用年限為5～8年[16]，本文以8年計(jì)， G328鹽通排水瀝青路面使用已超過設(shè)計(jì)使用年限，G1515鹽靖排水瀝青路面正處于設(shè)計(jì)使用年限中期，G2513淮徐處于設(shè)計(jì)使用年限初期。

2 排水瀝青路面路用性能分析

江蘇省高速公路管理公司每年都會對所管轄的路段進(jìn)行路況檢測，以獲取路面使用現(xiàn)狀。檢測項(xiàng)目主要包括路面破損、路面車轍、路面抗滑、路面平整度等。本文結(jié)合路況檢測數(shù)據(jù)對排水瀝青路面路用性能隨服役年限的變化趨勢進(jìn)行分析。由于路面破損種類多樣性，不便于統(tǒng)計(jì)分析且路面抗滑后文有針對性分析，因此本文僅對路面平整度水平及路面車轍狀況兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

由于G2513淮徐高速公路排水瀝青路面服役年限較短，因此分析對象主要包括服役中期和服役后期的G1515鹽靖高速及G328鹽通高速公路排水瀝青路面，指標(biāo)發(fā)展趨勢如圖2、圖3所示。

圖2 路面車轍指標(biāo)發(fā)展趨勢

圖3 路面平整度指標(biāo)發(fā)展趨勢

由圖2可知，隨著服役年限的增長，排水瀝青路面段落平均車轍指標(biāo)均呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢，G328鹽通高速排水瀝青路面在服役11年時，排水瀝青路面平均車轍深度依然可維持在6～7 mm，依據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)[17]評價(jià)依然為優(yōu)，說明排水瀝青路面開級配特征對于抵抗車轍變形具有顯著效果。由圖3可知，排水瀝青路面服役中后期平整度相對于中前期有一定的增長，中后期整體在1.1～1.6 m/km波動，依據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)，使用11年的排水瀝青路面平整度水平評價(jià)仍為優(yōu)良。

3 排水瀝青路面服務(wù)功能觀測與評價(jià)

對G328鹽通、G1515鹽靖、G2513淮徐3條高速公路所鋪筑的排水瀝青路面進(jìn)行路面服務(wù)功能檢測，主要包括路面排水、路面抗滑以及路面降噪功能。

在選定路段上進(jìn)行滲水、擺式摩擦、手工鋪砂和噪聲聲級測定等試驗(yàn)，通過測試所得的路面滲水系數(shù)表征路面的排水性能；以擺式摩擦儀擺值[18]以及手工鋪砂法[19]所得結(jié)果計(jì)算的構(gòu)造深度，表征路面的抗滑性能；以測得的噪聲聲級[20]并通過比較表征排水路面的降噪性能。在抗滑和排水性能測試中需要注意，為使數(shù)據(jù)更具代表性，各檢測段落至少選取3個斷面，每個斷面間距為100 m，并在每個斷面的應(yīng)急車道中間位置、應(yīng)急車道左側(cè)輪跡線、行車道中間和行車道右側(cè)輪跡線位置都進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

3.1 排水瀝青路面排水功能

采用路面滲水儀測定G328鹽通、G1515鹽靖、G2513淮徐3條高速公路所鋪筑的排水瀝青路面滲水系數(shù)，檢測數(shù)據(jù)如表1、圖4所示。

表1 不同路段滲水系數(shù)

圖4 滲水系數(shù)隨服役年限趨勢圖

排水瀝青路面滲水系數(shù)的衰減主要在于灰塵、車輛帶來的沙礫、輪胎脫落的顆粒和綠化帶植物產(chǎn)生枯枝敗葉在車輛作用下形成的木屑等，這些雜物普遍較輕，在車輛行駛過程產(chǎn)生的氣流作用下易分散到整個斷面范圍內(nèi)，對原有的空隙產(chǎn)生堵塞。

從表1可以看出，行車道位置的滲水系數(shù)要稍高于應(yīng)急車道位置的滲水系數(shù)，主要原因在于行車道長期受車輪荷載，對路面產(chǎn)生振動、泵吸以及加速路面結(jié)構(gòu)內(nèi)水運(yùn)動等作用，從而減緩了路面的堵塞。

從圖4可以看出，由于路面因空隙堵塞，排水瀝青路面滲水系數(shù)是逐年衰減的，中后期衰減速率更大，但使用超過10以上的排水瀝青路面仍具有一定的排水功能，路用性能和各項(xiàng)服務(wù)功能也都優(yōu)于與SMA路面。因此，排水瀝青路面在使用年限內(nèi)如無特殊需要可不進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，對于排水功能要求較高的路段或區(qū)域，如高速服務(wù)區(qū)、公園等區(qū)域，可在合適時機(jī)采用清孔車對排水瀝青路面進(jìn)行清孔。由于現(xiàn)行規(guī)范沒有對不同使服役年限的排水瀝青路面滲水系數(shù)作出明確要求，如確需清孔養(yǎng)護(hù)，可以以滲水系數(shù)值衰減至初始檢測值一半作為養(yǎng)護(hù)時機(jī)。

3.2 排水瀝青路面抗滑功能

采用擺值與路面構(gòu)造深度兩種指標(biāo)對路面的抗滑性能進(jìn)行評價(jià)，擺值通過BM-III型擺式摩擦系數(shù)測定儀進(jìn)行測定，構(gòu)造深度采用人工鋪砂法進(jìn)行測定。

采用BM-III型擺式摩擦系數(shù)測定儀檢測G328鹽通、G1515鹽靖、G2513淮徐3條高速公路所鋪筑的排水瀝青路面抗滑水平，檢測結(jié)果如表2、圖5所示。

表2 不同路段擺值(BPN)

圖5 擺值(BPN)隨服役年限趨勢圖

從表2可知，服役10年以上的排水瀝青路面擺值檢測數(shù)據(jù)(BPN)略低于新建普通路面，但遠(yuǎn)高于《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1—2017)對新建路面的抗滑要求值。

在同一橫斷面上應(yīng)急車道中間位置的擺值稍高于其余位置，說明其抗滑性能表現(xiàn)較好。而行車道右輪跡線位置的擺值要稍低于同一斷面中的其余各點(diǎn)，表明其摩擦系數(shù)較之其余各點(diǎn)要低，抗滑性能表現(xiàn)較差。

從表3可以看出，排水瀝青路面的構(gòu)造深度檢測指標(biāo)與檢測位置相關(guān)性不大，從圖6可以看出，隨著排水瀝青路面服役年限的增加，路面構(gòu)造深度呈先衰減后基本趨于穩(wěn)定的趨勢，穩(wěn)定階段一般從3～4年后開始。

表3 不同路段構(gòu)造深度

圖6 構(gòu)造深度隨服役年限趨勢圖

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D50—2017[21]中對瀝青路面抗滑性能的要求，在最大降雨強(qiáng)度下，高速路面的構(gòu)造深度需不小于0.55 mm。由于排水瀝路面大空隙特征，即使在使用11年，路面構(gòu)造深度依然在1.5 mm以上。

3.3 排水瀝青路面降噪檢測與分析

3.3.1 HT-8352聲級計(jì)噪聲測試

1)儀器準(zhǔn)備。采用HT-8352聲級計(jì)對排水瀝青路面降噪效果進(jìn)行檢測。該款聲級計(jì)可以測量30～130 dB范圍內(nèi)的噪聲，精確度可達(dá)到±1.4 dB，該測量范圍可以滿足大多數(shù)高速公路的噪聲測量要求[22]。聲級計(jì)及軟件界面如圖7所示。

圖7 聲級計(jì)及噪聲統(tǒng)計(jì)軟件SLMB

2)測點(diǎn)布置。將HT-8352聲級計(jì)固定在三腳架上，距離路表1.5 m左右，距離土路肩內(nèi)邊緣30 cm 左右，如圖8所示。連續(xù)監(jiān)測和記錄20 min噪聲數(shù)據(jù)。測得規(guī)定時間段的最大、最小值以及平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

圖8 噪聲測試裝置圖

G328鹽通、G1515鹽靖、G2513淮徐3條高速公路排水瀝青路面噪聲測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 不同路段排噪聲水平

排水路面由于具有較大的空隙率，車輛行駛中因“泵吸”原理產(chǎn)生的輪胎/路面噪聲聲能，在通過路面孔隙時，部分能量被孔隙結(jié)構(gòu)吸收，從而達(dá)到降噪的效果[22]。排水瀝青路面會因?yàn)榉蹠r間長短，使排水路面具有不同的噪聲水平。

從圖9可知，相對于普通密級配路面，使用11年的排水瀝青路面降噪水平依然維持在1 dB(A)左右。考慮到不同測試路段交通量有所不同，從而會造成噪聲測量上存在一定誤差，但綜合來說，隨著使用年份的增加，排水瀝青路面降噪水平呈現(xiàn)緩慢衰減趨勢。對比分析3條高速公路的降噪數(shù)據(jù)，排水瀝青路面在使用11年內(nèi)，降噪水平平均每年衰減0.3 dB(A)。排水瀝青路面服役中前期(4年)，降噪水平平均每年衰減0.6 dB(A)，設(shè)計(jì)使用年限中期(4年)至使用11年內(nèi)，降噪水平平均每年衰減 0.1 dB(A)，說明排水瀝青路面使用中后期降噪水平相對于使用中前期衰減速率更為緩和。

圖9 噪聲水平隨服役年限趨勢圖

3.3.2 IMP-PI-SCT吸聲測試

采用IMP-PI-SCT吸聲系數(shù)測試儀對排水瀝青路面的吸聲效果進(jìn)行檢測，該儀器可用于測定垂直或傾斜入射條件下吸聲材料的細(xì)聲系數(shù)，測量頻率范圍分布在300 Hz～10 kHz[23]。IMP-PI-SCT吸聲系數(shù)測試儀如圖10所示。

圖10 IMP-PI-SCT吸聲系數(shù)測試儀

對于測得的吸聲系數(shù)，每個點(diǎn)都選取頻率在800 Hz左右是吸聲系數(shù)的峰值。對于每個樁號橫斷面的4個位置，重復(fù)測兩次吸聲系數(shù)并取平均值。結(jié)合路面信息，經(jīng)過整理，3條高速公路排水瀝青路面吸聲系數(shù)具體數(shù)據(jù)見表5。

表5 不同路段吸聲系數(shù)

從表5中數(shù)據(jù)可以看出，使用10年以上的排水瀝青路面吸聲水平依然在60%以上。同一橫斷面4個位置中，應(yīng)急車道的吸聲系數(shù)基本都小于行車道的吸聲系數(shù)，主要是由于應(yīng)急車道僅有少量車輛荷載，而在行車道上，車輛的快速行駛會讓輪胎對路面產(chǎn)生振動、輪胎的泵吸效應(yīng)以及雨雪天氣動水壓力沖刷等原因一定程度上緩解孔隙堵塞問題，增大連通空隙率，因此行車道的吸聲系數(shù)會明顯優(yōu)于應(yīng)急車道，相同原理，行車道中心位置要略小于輪跡帶位置。

為了更好地分析排水瀝青路面吸聲系數(shù)與服務(wù)年限增長的變化規(guī)律，選擇具有車輛荷載的行車道輪跡帶位置吸聲數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析，如圖11所示。

圖11 吸聲系數(shù)隨服役年限趨勢圖

由圖11可知，隨著服役年限的增加，排水瀝青路面吸聲水平呈現(xiàn)緩慢衰減趨勢，服役中前期衰減速率相對于中后期更為迅速，這也證實(shí)了前小節(jié)數(shù)據(jù)檢測和分析的結(jié)論。

4 結(jié)論

通過對G328鹽通、G1515鹽靖、G2513淮徐3條高速公路所鋪筑的排水瀝青路面選定段落進(jìn)行路用性能和服務(wù)功能的檢測與分析，主要結(jié)論如下：

1)排水瀝青路面在使用超過10年后，仍能夠保持優(yōu)良的車轍和平整度等路用性能。

2)排水瀝青路面降噪水平隨著服役年限的增長是逐漸衰減的，中前期相對于中后期衰減更為迅速，服役11年的排水瀝青路面依然可降噪1 dB(A)。

3)使用10年以上的排水瀝青路面BPN值以及構(gòu)造深度均遠(yuǎn)高于規(guī)范要求值，無須針對排水瀝青路面的抗滑水平的衰減開展養(yǎng)護(hù)措施。

4)排水瀝青路面滲水系數(shù)逐年衰減，但使用超過10以上的排水瀝青路面仍具有一定的排水功能，路用性能和各項(xiàng)服務(wù)功能也都優(yōu)于SMA路面。因此，排水瀝青路面在使用年限內(nèi)如無特殊需要無須進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5)運(yùn)營使用超過10年的排水瀝青路面，除路面排水和降噪功能有一定的衰減之外，其他各路用功能和服務(wù)功能保持良好，依然能夠保持普通路面相同的使用性能。說明排水瀝青路面是一種典型的安全、環(huán)保、耐久型路面。