薄型沥青混凝土在BRT专用车道的应用研究

黄小军， 王 飞， 雷 鹏

(1. 华中科技大学 土木工程与力学学院， 湖北 武汉 430074；2. 秭归县公路管理局， 湖北 宜昌 443600 )

BRT因其具有大运量、快速以及智能和便捷优质的服务水平等特点，迅速成为各大城市发展公交系统的优先选择。北京、上海、南京等城市，BRT系统被广大市民所认可。但是，BRT公交车辆载重量远大于普通公交，且大部分路段为封闭专用车道，形成了一种完全渠化的交通方式。因此，BRT车道容易出现松散、车辙、剥落等路面病害。尤其是在信号灯路口和车站台区域，由于车辆的急刹车和定点停靠，路面病害更加严重，影响了BRT车道的服务质量。

郑州市快速公交系统首期工程于2009年2月10日开工建设，于2009年5月20日全面完工。郑州的快速公交系统(BRT)开通2年来，由于车辆载重大，交通量繁重，交通渠化等原因，BRT行车道尤其是BRT站台，都出现了不同程度的裂缝、龟裂、坑槽、车辙、拥抱、沉陷等病害。

薄型沥青混凝土具有抗滑性能好、厚度小等优点，广泛运用于高等级公路、市政道路的新建和养护[1]。对于BRT车道，考虑到车辆的重载、渠化交通等特点，宜重点提高路面的抗车辙和抗剪切能力。低标号的改性沥青混合料因其粘附性能和水稳定性能，外加抗车辙剂的沥青混合料可以提高抗车辙能力，因此，薄型沥青混凝土的材料、级配选择以及之间合理的组合需要专门的研究。

1 原材料性能和配合比设计

1.1 原材料性能检测

沥青采用SBS改性沥青，基本性能指标如表1所示。各项技术性能指标都满足规范要求。选用压碎值、耐磨性较高的玄武岩为粗骨料用料，石灰岩细集料磨碎为矿粉。集料性能如表2、表3所示，均满足规范要求。

表1 SBS改性沥青基本性能

表2 粗骨料主要技术性能

表3 矿粉性能

1.2 配合比设计

1.2.1BRT车道面层的配合比设计

BRT具有车辆载重大，日交通量大，交通渠化等特点。参照国内外级配研究的相关经验，对于重载交通，4.75 mm以上的集料含量在75%以上，同时小于0.075 mm的填料通常也要达到10%，而级配范围在0.6～4.75之间的含量仅有10%左右[2]。结合实际工程经验，采用SMA-13+RA 抗车辙剂作为BRT车道面层级配。RA抗车辙剂可有效提高沥青路面的高温抗车辙能力，与国内外同类添加剂相比具有分散性好、质量稳定等优点[3]。掺加RA抗车辙剂的沥青混合料与普通混合料的配合比设计方法一样，RA抗车辙剂预先与矿料干拌后再加入沥青拌和，试验过程中，将集料与0.8%RA抗车辙剂(相对于混合料总质量)放入拌和设备按常规方法拌和，常规方式制作试件。

SMA-13的级配范围和合成级配曲线如表4和图1。

表4 SMA-13(抗车辙剂)级配范围

图1 级配设计

1.2.2最佳沥青含量

依据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)进行最佳沥青含量试验[4～6]，试验结果如表5所示。

表5 SMA-13(RA抗车辙剂)马歇尔试件性能

根据试验确定的初步最佳沥青含量 OAC=6.23%。通过析漏试验对最佳沥青含量进行验证，试验结果如表6所示。

表6 沥青析漏试验结果

从试验数据可以看出6.23%的最佳沥青含量合适，因此，实际工程中采用沥青含量6.23%作为目标级配。

1.2.3浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验

路表面水存在的情况下，由于行车荷载和温度变化的反复作用，自由水浸入到沥青与集料的界面上，在水动力的作用下，沥青薄膜逐渐从集料表面剥落，混合料之间的粘结力逐渐丧失而发生路面破坏[7]。

运用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验可以评价混合料的水稳定性[8]。表7是浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的数据结果。从表7可以看出，采用SMA-13+RA抗车辙剂薄型磨耗层的冻融劈裂强度比和浸水马歇尔试验残留稳定度都满足规范要求。

表7 混合料浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验

1.2.4车辙试验

车辙试验结果如表8、表9所示。

表8 改性沥青混合料车辙试验结果

表9 SMA+RA抗车辙剂车辙试验结果

试验结果表明运用SMA+RA抗车辙剂的试件车辙深度显著降低，动稳定度明显提高，因此，SMA+RA抗车辙剂混合料对路面抗车辙性能显著提高。

2 路用性能检测

2.1 BRT有限元分析

路面结构从上至下依次采用SMA-13改性沥青混凝土层4 cm、AC-25改性沥青混凝土层8 cm、LSMA(大粒径密级配沥青碎石)18 cm、基层80 cm。平面尺寸为2.5 m×1 m，在路面结构的底部、四周设置刚性板，将刚性体的外部完全约束。路面结构参数如表10所示。

表10 路面结构各层参数

采用BZZ-100标准轴载作为建模时的使用荷载。为方便计算，将轮胎与地面的接触面简化为20 cm×20 cm的正方形，计算模型如图2。

图2 计算模型

标准荷载下轮隙中心处路表弯沉和沥青层及半刚性层层底弯拉应力计算结果如图3、图4所示。

图3 回弹弯沉结果

图4 底层弯拉应力

图3表明该层沥青混凝土路面结构在标准荷载作用下产生实测路表回弹弯沉为0.065 mm。图4表明层底弯拉应力最大值为0.084 MPa，这和设计值比较，满足使用要求。

2.2 室外实际铺筑路段性能

依据设计级配、材料等铺筑的郑州市BRT车道路段，在通车后半年对BRT专用车道航海路段的路用性能进行检测，依据JTJ 073.2-2001《公路沥青路面养护技术规范》，结果如表11。

表11 路用性能结果

从表11可以看出原路面的平整度等各项路用性能都显著提高，充分说明本文所设计的级配与材料具有良好的路用性能。

3 结 论

本文针对快速公交系统(BRT)的运行特点和BRT专用车道的病害，借鉴国内外薄型沥青混凝土经验，提出了BRT的设计配合比。通过室内浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验以及车辙试验等检测了该混合料的路用性能，并运用到实际BRT专用车道改建工程中。得到如下结论：

(1)路用性能试验结果表明将SMA-13+RA抗车辙剂作为BRT车道面层补强层能满足使用要求，该超薄沥青混合料的车辙动稳定度达3987次/mm，冻融劈裂试验残留强度比为81.96%，超过规范对改性沥青SMA混合料的要求；混合料浸水马歇尔残留稳定度为92.86%，也超过规范对该混合料的要求。由此可见，本文薄型沥青混合料的路用性能满足规范对城市道路面层的要求，具有抗车辙、抗水损害、抗冻等技术特点。

(2)通过对沥青面层结构的弯沉、弯拉应力等力学性能进行ANSYS软件仿真分析，从而验证超薄沥青混凝土的优越性。

(3)在郑州市BRT车道改建通车半年多来，对路面使用性能指标进行了观测测量，其各项路用性能都满足要求。

[1] 王广伟, 杨国宝. 超薄磨耗层沥青混合料的应用研究[J]. 城市道桥与防洪, 2011, 8(8): 327-330.

[2] 李 平, 扈惠敏. 超薄磨耗层沥青混凝土配合比设计与路用性能研究[J]. 工程与建设, 2011, 25(4): 477-479.

[3] 沈金安. 沥青及沥青混合料路用性能[M]. 北京: 人民交通出版社, 2001.

[4] JTJ 052-2000， 公路沥青及沥青混合料试验规程[S].

[5] JTG F40-2004， 公路沥青路面施工技术规范[S].

[6] JTJ 073.2-2001，公路沥青路面养护技术规范[S].

[7] 张 勇, 白子建. BRT专用车道路面结构分析与组合设计[J]. 中国市政工程, 2010, 1(2): 13-15.

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