排水瀝青路面在南寧繞城高速公路西段路面改造工程中的應用

作者簡介：黃志勇（1983—），高級工程師，主要從事高速公路工程建設與養護管理工作。

摘要：為探討排水瀝青路面在廣西濕熱多雨地區的工程適應性，文章以南寧繞城高速公路西段玉洞至安吉路面改造工程為項目依托，從原材料質量控制、混合料級配優化設計、施工質量控制、排水配套設施微創新應用以及實施質量檢測等方面進行研究。結果表明：該項目通過采用高品質的專用高黏改性瀝青和粗細集料、摻加重載交通聚酯纖維、優化級配設計、施工標準化控制等關鍵技術，顯著提高了排水瀝青路面的高溫穩定性、抗飛散性等路用性能，排水瀝青路面的鋪筑質量較好，具有良好的滲水、抗滑、降噪效果。

關鍵詞：高溫多雨；重載交通；白改黑；排水瀝青路面；綠色環保

中圖分類號：U416.217A260864

0 引言

水泥路面加鋪瀝青路面是目前老舊水泥混凝土路面升級改造的主要形式之一，具有行車舒適、噪音小、經濟性好、維護方便等優點，可有效改善路面使用性能。如廣西南北高速公路改擴建工程、桂林至柳州高速公路改造工程等均采用此類加鋪形式，路面性能亦經受了服役年限考驗。

但由于傳統技術加鋪的是密級配瀝青路面，路面不具有透水、排水功能，在廣西高溫多雨氣候條件下，路表雨水來不及排出、水膜較厚，雨天時行車視線較差且車輛輪胎易打滑，易發生交通事故。排水瀝青路面技術特別適合在南方多雨地區使用，具有骨架-間隙結構的優異特性，有高抗滑、低噪音、抑制水霧、防止水漂、減少眩光等作用。本文以南寧繞城高速公路西段工程為基礎，研究排水瀝青路面在“白改黑”改造工程中實施的可行性，為在南方多雨地區推廣應用排水瀝青路面技術提供參考^［1-2］。

1 工程概況

南寧繞城高速公路西段玉洞至安吉段路面改造工程全長44.75 km，設計時速為100 km/h，雙向四車道建設標準，起點設在玉洞西收費站，終點設在安吉東收費站。原路面為水泥混凝土結構，已通車運營16年以上，交通等級為重載交通，路況水平已進入快速衰減期，道路服務水平日益下降，需對老舊水泥混凝土路面進行改造提升。

為切實提高該路段行車安全性和舒適性，更好地服務經濟社會發展和人民群眾美好出行體驗，項目秉承“綠色、低碳、環保”工程建設理念，于2019年在國內“白改黑”瀝青路面加鋪中首次全線應用排水瀝青路面技術^［3］。路面結構形式為：4 cm PAC-13排水瀝青混凝土上面層+改性熱瀝青同步碎石防水粘結層+8 cm AC-25 SBS改性瀝青混凝土下面層+2 cm AC-10改性瀝青混凝土應力吸收層+水泥混凝土病害處理后路面。

2 原材料質量控制

2.1 瀝青

排水瀝青路面應采用專用改性瀝青，以增強集料-集料、集料-瀝青之間的界面粘結強度，確保路面抗高溫穩定性、抗水損害性、抗飛散性性能優良。專用改性瀝青由SBS改性瀝青與高黏度改性劑復合而成，一般高黏度改性劑占專用改性瀝青摻量的8%。試驗分別采用中遠海運和殼牌旗下的改性瀝青，最終優選殼牌改性瀝青。如表1所示為排水瀝青路面專用改性瀝青質量檢測結果。

2.2 集料

用于排水瀝青路面的粗集料，應采用壓碎值、磨耗值、抗沖擊性能等機械指標優良的玄武巖或輝綠巖，其外形應近似標準多面體，有較多破斷面。由于大部分輝綠巖分布在廣西中部，可因地制宜。本工程采用輝綠巖粗集料，規格分別為4.75～9.5 mm、9.5～16.0 mm。

排水瀝青路面用細集料應清潔、干燥、雜質少、與瀝青粘附性好，以起到增加瀝青油膜厚度與穩定混合料骨架的作用。該項目采用0～2.36 mm規格石灰巖機制砂細集料。

2.3 纖維

本項目屬于重載交通，在瀝青混合料中摻加纖維可形成網絡纏繞約束，起穩定作用，阻止瀝青的流動。工程中常用的有玄武巖纖維、木質素纖維、聚酯纖維三種。玄武巖纖維成本較高，木質素纖維吸油量大，達不到加筋阻裂效果。根據工程經驗，在路面施工中，當聚酯纖維摻量＞0.1%時，會出現油斑現象。綜合各種因素，本項目在施工中采用0.1%摻量的聚酯纖維，起到增筋、增黏、增韌的作用。

3 配合比優化設計

3.1 級配優化設計

排水瀝青路面配合比采用馬歇爾設計方法，但是和常規普通混合料相比，考慮到排水瀝青混合料的大孔隙特征，應提高粗集料含量，以間斷形式形成石-石嵌擠的“骨架-空隙”結構^［4］。瀝青的用量很難通過以往的馬歇爾穩定性測試來確定配合比，因此，本項目根據集料加工工藝、組成特點，排水瀝青路面配合比設計以首先滿足空隙率的要求為標準，采用馬歇爾體積法，在保證混合料抗飛散性、高溫穩定性和耐久性的同時，對空隙率進行測試。本試驗初擬三種級配范圍，以三種級配成型試件測得空隙率見表2。因本項目所在地區年平均降雨量在1 700 mm左右，綜合瀝青路面滿足抗飛散性、高溫穩定性和耐久性，結合符合工程和規范要求的空隙率，最終優選級配2，且排水瀝青混合料等相關技術指標符合規范要求。

3.2 最佳油石比的選定

采用以上馬歇爾方法設計的合成級配2，在謝倫堡析漏試驗中，分別采用4.8%、4.8%±0.5、4.8%±1.0等5組油石比配制瀝青混合料，結合工程高溫濕熱、重載運輸等環境特點，確定4.8%為最佳油石比。見圖1。

3.3 路用性能驗證

經《公路工程瀝青及其瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）測試方法測試，采用推薦的合成級配2和最佳油石比在室內制備瀝青混合料，排水瀝青混合料的全部路用性能符合要求。檢測結果見表3。

4 施工工藝控制要點

本工程是全國首次“白改黑”加鋪排水瀝青路面項目，也是國內單體鋪設里程最長的排水瀝青路面。為提高項目建設標準和品質，制定了嚴格的施工關鍵技術要求，采用了眾多微創新技術，以確保排水瀝青路面鋪裝順利完成^［5］。

4.1 加強粘結層設計，提高層間防水效果

常規瀝青路面防水粘結層多數采用改性乳化瀝青，雨水通過表面層排出路表外，不會對防水粘結層造成不良影響。而排水瀝青路面由于空隙率較大，形成“骨架-空隙”結構特點以及石-石嵌壓呈間斷形式，因此需要將雨水阻隔在上層，不能向下滲透，以免對下層造成破壞。

為提高排水瀝青路面與下承層的層間粘結和泌水、封水效果，在層間采用了SBS改性瀝青同步碎石防水粘結層。同步碎石顆粒與排水瀝青混合料可以更好粘結，阻水效果更佳。施工時，熱瀝青撒布量為1.5±0.1 kg/m²，碎石撒布覆蓋率為60%～70%。碎石采用4.75～9.5 mm規格輝綠巖，預拌0.3%～1.0%的SBS改性瀝青進行預裹附。采用膠輪壓路機緊隨撒布車碾壓嵌壓，一般在鋪上預裹碎石后，控制碾壓1～2遍。

4.2 加強攤鋪碾壓效果，提高路面鋪筑質量

為提高排水瀝青路面的實施質量和功能耐久性，施工時應加強攤鋪碾壓效果，達到路面滲水效果和壓實度的平衡控制^［6］。結合本項目特點，排水瀝青路面施工碾壓機械組合為：2臺雙鋼輪壓路機+2臺膠輪壓路機+1臺雙鋼輪壓路機。施工工藝為：4個往返雙鋼輪壓路機初壓+2個往返膠輪壓路機復壓+1個往返雙鋼輪壓路機終壓，禁止振動壓實。常規路面空隙率小，一般采用鋼輪震動壓實，而排水瀝青路面的空隙大，需使用壓路機靜壓，再采用膠輪壓路機對上面層瀝青混合料進行揉搓，增加骨架強度，提高路面抗飛散性和耐久性。

同時，為加強排水瀝青路面的攤鋪碾壓效果，引入了瀝青路面北斗智能壓實監控系統。通過將北斗高精度定位定向接收機和陣列式溫度傳感器安裝在攤鋪機和壓路機上，對攤鋪機的行駛速度、攤鋪位置、溫度場離析以及壓路機的壓實遍數、壓實溫度等進行實時監控，管理人員可通過上傳到平臺的數據，及時準確地了解施工動態、監控施工質量。

4.3 路肩分散排水設計，提高路面排水效果

本項目排水瀝青路面實施過程中，對路面排水配套設施進行優化研究，整體提高了路面的排水效果和排水能力。排水瀝青路面是在橫向坡面的作用下，通過內部的連接空隙將雨水排出路面。而路側一般采用硬路肩，這會妨礙雨水從側面排出。為此，該項目研究采用無砂大孔混凝土工藝，通過這種工藝將雨水從側面排出，實測空隙率＞18%，滲水系數達8 000 mL/min。

5 排水瀝青路面實施效果

根據南寧繞城高速公路西段路面改造工程排水瀝青路面現場檢測結果，對排水瀝青路面的實施效果進行研究分析^［7］。經檢測，該項目排水瀝青路面滲水、防滑、降噪效果顯著，較好地控制了路面建設質量。

5.1 排水瀝青路面排水性能

排水瀝青路面滲水性能評價采用路面滲水儀，依據現行《公路路基路面現場測試規程》中的有關規定進行。如圖2所示為滲水系數檢測結果。

由圖2可知，排水瀝青路面的平均滲水系數為7 290 mL/min，標準偏差為360 mL/min，變異系數為0.05，滿足滲水系數＞5 000 mL/min的設計要求。排水瀝青路面滲水指標較為優良，施工碾壓控制和鋪筑均勻性較好。

5.2 排水瀝青路面抗滑性能

排水瀝青路面具有優異的抗滑性能，經調查統計，雨天可以明顯減少30%以上的路面事故發生率。本工程對排水瀝青路面的不同位置采用擺值和構造深度進行抗滑性能評價。圖3為測量擺值的結果，圖4為測量構造深度的結果。

由圖3～4可知，排水瀝青路面平均擺值為70 BPN，平均構造深度為2.21 mm，較設計中提出的擺值＞52 BPN、構造深度＞1.2 mm的要求有了顯著提高。排水瀝青路面具有顯著的防滑作用，在一定程度上有助于雨天行車安全性能的提升。

5.3 排水瀝青路面降噪性能

對該項目鋪裝PAC-13排水瀝青路面和相鄰SMA-13瀝青瑪蹄脂路面均進行噪聲測定，以測試排水瀝青路面鋪裝降噪性能^［8］。結果表明：排水瀝青路面在測試條件相同的情況下，最大降低路面交通噪聲約4 dB，低于瀝青瑪蹄脂路面，對排水瀝青路面的降噪作用更為顯著。

6 結語

針對廣西南寧繞城高速公路西段所屬區域交通量、氣候和地材特性，通過國內首次“白改黑”加鋪排水瀝青路面工程應用研究，得出如下主要結論：

（1）該項目排水瀝青混合料配合比設計經室內性能驗證，其抗高溫、抗水損害、抗飛散等各項性能指標較為優良，顯著高于設計要求。

（2）現場檢測結果表明，該項目排水瀝青路面的滲水系數、抗滑、降噪等指標均顯著高于設計要求，路面實施效果較為顯著。

（3）在項目實施過程中，制定了嚴格的施工關鍵技術要求，采用了眾多微創新技術，有力確保了排水瀝青路面的順利實施，為排水瀝青路面在廣西改擴建高速公路、新建高速公路等工程的推廣應用提供了重要參考價值和工程經驗。

參考文獻

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