排水瀝青混凝土在提升運營高速公路安全應用研究

陳海榮

(廣西北部灣投資集團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；超高轉彎路段內側中分帶設置縫隙式集水溝，每50 m增設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)。隨著運營年限和交通量日益增加，骨料表面的瀝青膜和構造紋理逐漸被磨耗，逐步形成寬幅道路雨天排水不及時隱患，特別是轉彎緩和路段。通過對典型事故和現場的深度分析，表面排水不及時或水膜是誘發道路交通事故的重要因素之一。

2 方案及結構設計

2.1 方案設計

排水瀝青路面由空隙率20%以上的瀝青混合料鋪筑而成，能夠在混合料內部形成排水通道的新型瀝青混凝土面層。根據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。通過設計單位、運營單位和施工方全面細致的勘察分析論證，以及交通管理行業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行銑刨4 cm SMA-13上面層，重新鋪筑SBS改性熱瀝青防水黏結層和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混凝土邊溝側面設置一條寬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構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。為消除縱坡對新舊路面搭接處的排水影響，在搭接處增設一道寬100 cm、深10 cm的隱形橫向排水槽(直至中層面)，用PAC-13進行回填，預防搭接處雨天積水。

2.2 原材料要求

(1)SBS改性瀝青

SBS改性瀝青技術指標不低于《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F4—2004)要求。

(2)高黏改性瀝青及高黏瀝青添加劑技術指標要求

高黏劑技術指標應符合表1性能要求。

表1 高黏改性劑顆粒性能指標及實測結果

制備SBS高黏度改性瀝青應符合規范技術要求，其中高黏劑的摻量(內摻，相對于SBS高黏改性瀝青的質量)宜在8%～12%。本項目采用的高粘劑為中路交建(北京)工程材料有限公司生產。

(3)粗集料

排水瀝青混合料所用粗集料應均勻、潔凈、干燥，宜選用高黏附性、高耐磨耗性、高耐破碎性的優質集料，本項目采用百色田東境內的輝綠巖，其質量應符合規范的技術要求，級配應符合表2性能要求。

表2 粗集料級配范圍

(4)細集料

瀝青面層細集料采用機制砂，應潔凈、干燥、無風化、無雜質，采用粒徑 15 mm以上的硬質黑色石灰巖軋制，細集料在加工過程中應安裝有效除塵設備，嚴禁應用廢粉當機制砂，細集料中不得含有雜物。其質量應符合規范的技術要求，級配組成應符合表3的技術要求。

表3 細集料級配范圍及實測結果

(5)填料

排水瀝青路面混合料用礦粉必須采用石灰巖和巖漿巖中的強基性巖石等憎水性石料磨細的礦粉，礦粉必須保持干燥、潔凈、細度、無風化、無雜質，不得采用回收粉和粉煤灰取代填料。

(6)纖維穩定劑

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

表4 聚酯纖維技術要求及實測結果

3 混合料配合比設計

本項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#細集料(0～3)mm和礦粉(0～0.6)mm合成。混合料的級配范圍應符合表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配合比設計方法，以0.3%間隔變化進行試驗，并對確定的最佳油石比進行謝倫堡瀝青析漏試驗和肯塔堡飛散試驗。由謝倫堡瀝青析漏試驗結果，PAC-13的最大油石比OACmax=4.82%；肯塔堡飛散試驗結果，PAC-13的最小油石比OACmin=4.78%。根據《排水瀝青路面設計與施工技術規范》(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%。對所設計的排水瀝青混合料PAC-13進行相性能試驗，試驗結果符合規范要求。

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。本項目采用維特根W2000銑刨機進行，深度≤4 cm時，將舊路面上面層一次性完全清理完。銑刨先對舊路面進行全面檢查，對局部的病害進行標識。銑刨過程要嚴格控制速度和刀片的磨耗狀態，發現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，重點對標識病害處理復核。對銑刨面進行全面的檢查，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，應進行灌封處治；對于網裂、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型瀝青混凝土后，方可進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象，采用小型銑刨機進行修整，達到設計縱橫坡排水要求。

5 PAC排水路面施工

5.1 防水黏結層

防水黏結層采用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，碎石規格為5～10 mm，碎石應采用輝綠巖，其質量技術應符合規范要求。對于路邊兩側未撒布到位的地方，采用人工補撒的方式進行。經過反復試驗，本項目碎石灑布量采用3～4 kg/m2的標準進行。防水黏結層的施工質量直接影響水原瀝青路面的使用壽命，需進行反復檢查。

5.2 混合料拌制

本項目采用直投式復合改性高黏度瀝青，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，整個循環周期一般為60～65 s，根據實際拌合效果，適當調整拌合時間和順序。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，以滿足生產效率要求。

5.3 混合料運輸

與新建高速公路不同，本項目屬于運營通行高速公路維修項目。自2020年全國取消省界收費站后，所有貨車均需在入口進行稱重，嚴禁超載車輛進入高速公路，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，就現有的政策是無法辦理超限運輸證。受入口治超影響，常用的自卸工程車僅能運輸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，因此混合料的運輸是難題，特別是冬季施工。本項目為9月份施工，氣溫在25 ℃以上，但考慮運輸過程中溫度的損失可能會影響攤鋪和碾壓，對運輸車進行保溫設施改造。在貨車內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行覆蓋保溫棉，形成包裹式運輸。

5.4 攤鋪碾壓

排水瀝青混合料的攤鋪與AC、SMA系列攤鋪所用設備相同，考慮排水瀝青混合料空隙的連續性，本項目采用一臺履帶式攤鋪機全幅一次性攤鋪，攤鋪溫度應不低于160 ℃。本項目初壓與復壓采用11～13 t鋼輪壓路機，終壓采用膠輪壓路機。為防止較高溫度下膠輪壓路機黏輪，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，在連續車輛的作用下，混合料容易松散，壽命下降。嚴格控制碾壓速度、遍數、方向和溫度等指標，保證路面的排水效果和使用壽命。

6 應用效果

改造工程施工完成后，對路面的厚度、壓實度、滲水系數、平整度、空隙率等性能進行檢測。

數據顯示：平均厚度值為42 mm，合格率達到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；滲水系數平均6 065 ml/min，滿足設計要求；BPN 均值為62，各區間BPN 控制較好，抗滑性能優越；構造深度平均值為2.25(0.01 mm)，抗滑性能優越；抽檢油石比和熱料篩分均在要求范圍內，熱料篩分過程中沒有出現串料現象，生產級配達到預設級配；凍融劈裂比、抗水損害能力滿足要求，抗水損性能良好；車轍試驗平均值達到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70 ml時，路面不存在較厚水膜出現和輪胎飛霧。通過一年連續數據跟蹤統計，轉彎路段雨天事故大幅度下降。

7 結 語

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

(1)PAC-13排水瀝青混凝土通過其骨架結構，提高了抗車轍能力；

(2)具有較大的構造深度，不存在構造深度在短時間內被磨耗的現象；

(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功能與安全性能；

(4)混合料中細集料少，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，PAC-13排水路面在轉彎路段的應用，更能體現其優越性。