排水沥青路面罩面技术在宁靖盐高速公路中的应用

Application of Overlay Technology for Drainage Asphalt Pavement in Ningjingyan Highway

刘世雄1，杨晓强2，曹兴松1（1重庆对外建设（集团）有限公司，重庆　401112；2公路创新工程技术研究中心，北京　100088）



排水沥青路面罩面技术在宁靖盐高速公路中的应用

Application of Overlay Technology for Drainage Asphalt Pavement in Ningjingyan Highway

刘世雄1，杨晓强2，曹兴松1
（1重庆对外建设（集团）有限公司，重庆401112；2公路创新工程技术研究中心，北京100088）

摘要：排水沥青路面结构可提高路面安全性、环境友好型等道路新功能，即将成为我国第四代功能性沥青路面发展的重要方向。以宁靖盐高速公路运营13年的罩面工程为依托，结合旧路面残余寿命评估、级配优化与加速加载验证，并在施工工艺优化和环境功能评估等方面进行研究，为旧路面工程中应用排水沥青路面技术提供工程实践支持。

关键词：排水沥青路面；罩面技术；应用研究

Abstract:Drainage asphalt pavement structure can improve road safety, environment-friendliness and other new road functions，and it will become the important direction of the fourth generation of functional development of the asphalt pavement highway in China. Based on the overlay project of Ningjingyan highway, which has been in operation for 13 years, and combined with residual life assessment of the old pavement，grading optimization and accelerated verification，the aspects of construction technological optimization and environmental assessment are studied for practical support.

Keywords:drainage asphalt pavement; overlay technology; application study

0　引言

江苏宁靖盐高速公路工程于1998年4月开工，2001年11月通车。宁靖盐高速公路设计速度100km/h，双向四车道高速公路标准建设，路面横坡为2％。该条高速公路是江苏“四纵四横四连”干线公路的重要组成部分。

排水沥青路面具有较短的道路刹车距离、抑制路面雨天溅水及水雾、降低交通噪声、缓减城市热岛效应和构建海绵城市等功能，实现了道路安全与环境友好的最高标准，属于第四代功能性道路结构。宁靖盐高速公路运营13年后道路主要病害以浅层放射性裂纹和行车道车辙为主。浅层放射性裂纹呈现中心向两侧扩散趋势，属于典型的沥青混合料疲劳特征。探索江苏省高速公路未来道路大修罩面结构，实现道路由通达向高安全和环境高度融合的功能性跨越，宁靖盐高速公路的罩面工程对排水沥青路面技术开展了相关研究。

1　旧路面调查及残余寿命评估

（1）永久变形：大于8mm占车道32.5％，大于10mm占车道26.2％，车辙深度大于12mm占车道的12.6％，车辙深度大于15mm占车道的1.0％，道路雨天行车面临严重的安全危机，车辙呈现快速增长趋势，为本次大修罩面急需解决的主要问题。

（2）平整度：行驶质量指数RQI均在90以上，平整度较好。（3）抗滑性能：SRI均在90以上，抗滑性能较好。

（4）承载能力：路面结构强度指数PSSI均为100，路面强度等级均为优，半刚性基层结构稳定。

（5）裂纹：小于3.75m裂缝占31.6％，大于3.75m小于11.0m裂缝占45.6％，贯穿性裂缝占22.8％。裂缝主要为行车道向超车道及应急车道扩散趋势，取芯判断小于3.75m裂缝基本属于浅层放射性；大于3.75m小于11.0m的裂纹大多数发生上面层位置，属于浅层性放射裂纹的深度破坏形式。

宁靖盐高速公路运营13年的路面整体结构较好，表面层沥青混合料疲劳损伤已经跨越临界线；其中部分贯穿性裂纹未及时封闭，导致雨水侵蚀的裂纹呈现加速扩散趋势，引起视觉上判断为路基导致的不稳定裂纹假象；部分闭合灌缝裂纹出现了路基失稳性破坏。通过对灌缝裂纹两侧动力响应判断，部分灌缝裂纹属于浅表型。

（6）路面残余寿命评价：以停车带当量轴次为标准，对比行车道和超车道加速加载变形相对当量轴次，评价原路面全尺寸厚度的高温多雨运营轴载残余寿命。原路面加速加载验证结果见表1。

表1　原路面加速加载试验结果

根据高速公路路况调查结果表明，车辙为主的病害影响行车安全，其次为浅层疲劳裂纹。表1加速加载数据可知，原路面停车带基本未遭荷载破坏，除了沥青胶浆老化外，其他结构稳定。假定停车带结构与初始路面结构当量轴次相当，原路面车道及罩面车道换算成当量轴次进行比较得出：（1）原路面行车道残余当量轴次增量为485％，加载后的表面层基本完全破坏，路面处于抗高温变形崩溃边缘；（2）原路面超车道的结构残余当量轴次增量286％，加载后出现细微裂纹，按照13年交通当量轴次为标准，原路面超车道的抗高温变形能力可维持5-8年，按照当量轴次预估疲劳期为3-6年；（3）原行车道抗高温变形能力可维持1-3年。

2　罩面结构预期寿命评估

本次罩面结构预期寿命评价采用公路创新工程技术研究中心专用加速加载设备，对旧路面罩面结构采用全尺寸厚度仿真运营模式的加速加载测试，检测结果见表2所示。

表2　不同罩面结构全尺寸加速加载试验结果

排水沥青罩面结构与最优异的SMA罩面结构进行寿命比较评估。总体认为：（1）PAC罩面结构与SMA罩面结构在超车道的竖向当量总变形相当，实测车辙深度PAC罩面结构比SMA罩面结构更加优异；按照13年荷载当量轴次为基准，加速加载当量轴次变形与路面实际运营变形换算得出，SMA罩面结构和PAC罩面结构的运营寿命均不低于原路面当量轴次，罩面结构设计合理可靠。按照当前交通增涨数据换算得出，采用罩面后的行车道运营寿命预估在7-10年；罩面后超车道的运营寿命10-15年。

3　应力防水黏结层设计

应力防水黏结层设计需充分考虑浅层放射性裂纹及运营荷载对其加速扩散的影响。按照病害与性能对应解决的思路，浅层放射性裂纹铣刨1cm，铣刨后洒水风干时观测发现横向未贯穿的裂纹基本消失或裂纹长度大大缩短。经过反复测试比对应力防水粘结层最优设计方案，碎石预裹附的沥青采用SBS改性沥青，最佳油石比为0.5％，预裹附面积应大于95％。

原路面铣刨工艺上采用无水或小水量的方式，减小铣刨粉尘对下卧层污染提高层间连结。通过检测应力防水黏结层的洒布量与下卧层清洁工艺对比得出，橡胶沥青洒布量控制在1.5～1.9kg/m2范围，可提高应力防水黏结层的抗韧性变形扩展能力。对于摊铺机与运输车通道部分预裹附的沥青碎石按照满铺率50％～70％撒布，其他部分尽量少撒。下卧层铣刨后采用高压气体对原旧路面铣刨层强制清洁，层间粘附强度为最佳，全路段未出现局部的脱层现象，施工难度和可靠性提高。

对于路基类不稳定引起的贯穿性裂纹，采用层间错位铣刨到下面层顶面，对裂纹处采用抗裂聚酯玻纤布强化处理，延长了反射裂纹周期；处理方案如图1所示。

图1　不稳定裂纹设计

4　桥面及桥头过渡设计

受到桥面荷载安全限制，桥面原表面层铣刨4cm后铺筑排水沥青混合料PAC-13。由于原路面铣刨1cm加铺罩面4cm与桥面形成3cm高差，桥头需设计铣刨过渡段；如图2所示。

图2　过渡段设计

表3　最优级配组合

表4　KLT-DHVA高粘度改性沥青技术指标

5　耐久性排水沥青路面混合料设计

本项目采用聚酯长纤维稳定剂、高粘度改性沥青和高强耐久的粗集料等材料组合；采用公路创新工程技术研究中心开发的排水沥青混合料体积指标演算模型，可得到最优的级配组合；并运用了最新开发的沥青混合料内聚强度和弹韧性指数等关键控制预防飞散标准。高粘度沥青、粗集料和初步混合料性能参数见表3、表4、表5和表6。

根据表6验证性能选取D级配作为宁靖盐高速公路罩面目标配合比设计实施参数。

表5　玄武岩粗集料技术指标检测结果

表6　沥青混合料性能检验结果

6　排水沥青路面施工工艺

配合比的材料优选、级配优化组合到施工工艺均以预防飞散病害为核心控制。碾压工艺上创新了预防飞散的组合。由于排水沥青路面骨架结构以粗集料点对点接触，摊铺上总会出现局部的坑槽或空洞问题，这些坑槽或空洞将导致排水沥青路面在运营期间发生结构失稳，从而严重影响排水沥青路面的结构和功能耐久性。SMA和PAC这类多胶浆沥青混合料基本不使用胶轮压路机搓揉工艺。本项目尝试采用胶轮搓揉预防飞散的工艺，希望通过在横断面上的剪切作用，从而实现混合料密实的骨架稳定。

胶轮碾压工艺需预防高粘度胶浆被轮胎粘附导致的路面损坏。本项目开发了KLT-G的胶轮隔离添加剂，排水沥青混合料在隔离添加剂中浸泡48h无任何腐蚀现象。彻底解决了排水沥青混合料使用胶轮粘附性破坏难题，提高排水沥青混合料骨料均匀、密实和结构稳定性。

匝道和弯道等剪切应力较高的路段，本项目采用高粘度改性乳化沥青及渗透性树脂的超前预养护体系，提高了路面的飞散能力；经过1年多的工程观测效果显著。

7　功能特性

宁靖盐高速公路排水沥青罩面工程开展了功能性检测，数据见表7所示。

表7　排水沥青路面功能性检测结果汇总

根据表6检测结果分析，排水沥青路面温度场环境响应与预期出现了偏差。排水沥青路面在冬季低温与密级配路面提高3.1℃，夏季高温与密级配路面降低2.4℃。其他功能特性与现行研究结论基本一致。

8　结论

宁靖盐高速公路排水沥青罩面工程的应用研究，开启我国高速公路大修罩面排水沥青路面的先河，为评价结构残留寿命、罩面结构设计方案验证、配合比多指标仿真优化、道路功能性评估和环境响应分析等最新的应用探索和实践提供了基础资料。

参考文献：

[1]曹兴松，杨晓强.双层排水沥青路面关键技术研究总报告[R].2013.

[2]杨晓强.盐靖高速公路排水沥青路面专项治理工程设计与技术咨询服务总报告[R].2014.

[3]贺强，卜小娟，杨晓强，等.排水性沥青混合料配合比设计及调整[J].江西建材，2015（8）.

[4]卜小娟，贺强，杨晓强.排水性沥青路面施工技术及质量检测[J].江西建材，2015（8）.

责任编辑：孙苏

能工巧匠

吊线坠稳定一法

建筑行业高科技蓬勃发展的今天，各建筑工地都已普遍使用经纬仪和激光经纬仪等测量仪器来测量建筑物的垂直度。但在无经纬仪和在无法使用经纬仪的工作部位，就只能使用较原始的吊线坠，特别是烟囱等超高构筑物施工时，每个作业班次都要进行多次的测量定中，以确定构筑物在施工过程中的垂直度。但由于建筑高度、线坠重量，还有各种外部因素的干扰，吊线坠时就会出现线坠晃动和不稳定。

线坠不稳定可能有以下原因：(1)建(构)筑物高度和线坠重量比例不合理，会使线坠不停地漂移；(2)吊线坠的线绳一般采用棉线或聚乙烯丝线，因为这种线绳都是经过纺制而成的，所以在吊线坠的过程中，会使线坠跟随线绳不停地旋转；(3)由于外部的不利因素如风力的干扰，使线坠的线绳不停地摇晃，造成线坠跟着摇摆，这就要等待一定的时间或使用外力使线坠稳定而不摇晃，这样会延误时间，测量也可能出现偏差。

针对线坠的不稳定情况，可采用如下办法来解决难题。

(1)根据建(构)筑物高度和线坠的重量，调整到合理的比例，宁可偏重一点也不要偏轻一点，这样就不会因线坠重量过轻而发生漂移。

(2)可把普通纺线改为尼龙线(俗称钓鱼线)，可使吊线不发生旋转确保线坠的稳定性。在无尼龙线的情况下，可采用另一种方法，即在吊线坠的下方放置一个适当的容器盛上水，水要满足吊线坠全部浸入水中的需要量，把线坠全部浸入水中后，线坠在水的包围之下，就不会再发生线坠旋转和晃动的情况，就能很快测出该部位的垂直度。如果定点是在地面上，盛水的容器可能就覆盖住地面上的定点，这就需要找一个透明的玻璃容器盛入适量的水，把线坠浸入水中，因为容器是透明的，就解决了看不见地面定点这一难题，这种方法也能很容易解决因风力干扰线坠不停摇晃的问题。

(3)清除各种外部物体的干扰因素，这样就可正确、快速地使用吊线坠的原始施工方法测量建(构)筑物的垂直度。（摘自：《建筑工人》）

作者简介：刘世雄（1981-），男，湖南常德人，研究生，工程师，主要从事高速公路技术及科技项目管理工作。

收稿日期：2015-12-08

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.01.045

中图分类号：U416.2

文献标识码：A

文章编号：1671-9107（2016）01-0045-04