表层排水沥青路面在岳望高速工程中的应用

(1.岳阳市公路桥梁基建总公司, 湖南 岳阳 414100； 2.湖南省交通科学研究院有限公司, 湖南 长沙 410015)

0 引言

排水沥青路面也称多孔沥青(Porous Asphalt，PA)路面，空隙率通常在18%以上，这种路面结构具有很好的排水和抗滑性能，同时还具备一定的降噪功能，在国外常被称为低噪音路面(Noise Reducing Pavement)；而我国更加注重这种路面的排水能力，因此也叫排水沥青路面。1980年开始，上海、河北等多地相继铺筑PA路面试验段，由于当时未有效考虑我国重载交通量的增长速度、缺乏优质的改性沥青等问题，都没能取得良好效果。2000年以来，国内科研机构陆续对PA路面性能、混合料组成设计、施工工艺、重载适用性等进行了广泛研究，取得了一些研究成果[1-3]。近年来，路面降噪性能和雨天行车安全性能受到路面专业技术人员的重视，国内很多学者热衷对PA路面性能与应用进行研究，为PA路面技术的推广应用提供了宝贵经验[4-8]。

湖南省应用排水路面起步较晚，从2016年开始，先后在龙永高速、岳望高速及潭邵高速大修中部分路段开展了PA路面的试验。本文以岳望高速为例，针对以往PA路面施工存在的问题，提出表层PA路面施工控制关键技术，并对其成品质量进行跟踪检测，为湖南省后续PA路面大规模推广提供经验。

1 PA路面方案与混合料设计

1.1 PA路面方案设计

岳望高速公路是湖南省岳阳—临武高速公路的组成部分，同时也是京港澳高速公路并行线——许广高速公路的组成部分，设计行车速度120 km/h，采用双向6车道，全长101.633 km。路面结构采用4 cm改性沥青SMA-13+6 cm改性沥青AC-20C+9 cm石油沥青ATB-25+3×20 cm水泥稳定碎石。岳望高速公路相对于双向4车道高速公路，路面较宽，雨天路表汇水面积也相对较大，特别是在公路超高渐变段中，如果道路纵坡较小，渐变段综合坡度不能满足路表排水需求，则在降雨情况下，不可避免会出现严重积水，极易引发车辆漂滑，存在重大安全隐患[9]。鉴于此，为了减少易积水路段产生积水的可能性，对岳望高速全线路段进行了筛选，选取9段实施PA-13路面，具体如表1所示。PA-13路面段结构采用4 cm改性PA-13沥青替换4 cm改性沥青SMA-13，其余结构同原SMA路面。

1.2 混合料设计

PA-13沥青混合料采用马歇尔设计方法，通过飞散与析漏试验综合确定最佳沥青用量。

1.2.1原材料

本项目采用SBS(I-D)改性沥青，改性剂采用中路高科(北京)公路技术有限公司生产的HVA高粘度添加剂，掺配比例为:m(HVA高粘度添加剂)∶m(SBS改性沥青)=8∶92，高粘沥青各项检测结果见表2。纤维采用中路高科(北京)公路技术有限公司生产的聚酯纤维，掺量为混合料质量的0.1%。

表1 岳望高速公路PA-13路面实施路段一览表序号桩号长度/km备注1K1+200～K2+5001.3存在2处缓和曲线横坡为0点,纵坡为0.5%2K18+420～K19+0200.6长下坡缓坡地段,存在缓和曲线横坡为0点,纵坡为0.5%3K28+210～K29+0000.79深切方,存在缓和曲线横坡为0点,纵坡为0.5%4K42+850～K43+8000.95存在缓和曲线横坡为0点,纵坡为0.5%5K49+380～K50+3000.92存在缓和曲线横坡为0点,纵坡为-0.5%6K52+550～K53+1300.57存在缓和曲线横坡为0点,纵坡为-0.5%7K61+710～K62+6100.9存在缓和曲线横坡为0点,纵坡较小8K63+850～K66+6102.76存在缓和曲线横坡为0点,纵坡较小9K68+570～K72+6004.03存在缓和曲线横坡为0点,纵坡较小

粗集料为江苏南京碎石场生产的玄武岩碎石，细集料为临湘碎石场生产的石灰石机制砂，矿粉为石灰岩质，集料和填料的各项指标经检测均满足现行规范的要求。

表2 高粘度改性沥青技术指标检测结果类别针入度(25 ℃,100 g,5 s)/(0.1 mm)软化点(TR&B)/℃延度(5 ℃,5 cm/min)/cm动力粘度(60 ℃)/(Pa·s)布氏旋转粘度(170 ℃)/(Pa·s)溶解度/%相对密度(25 ℃)TFOT后残留物质量变化/%针入度比(25 ℃)/%延度(5 ℃,5 cm/min)/cm技术要求≥40≥80≥30≥40 000≤2.5≥99实测记录±1.0≥65≥20检测结果4195.531564 3871.299.71.018-0.11092.020

1.2.2混合料级配

PA-13合成级配图如图1所示。

图1 PA-13混合料合成级配曲线

1.2.3最佳沥青用量

试验室分别以3.8%、4.3%、4.8%、5.3%、5.8%这5组油石比配制沥青混合料进行析漏试验，采用析漏曲线拐点作为最佳沥青用量，试验结果见图2，由此确定PA-13混合料的最佳油石比为4.8%，混合料相关体积参数：最大理论相对密度为2.622，毛体积相对密度为2.020，空隙率为23%(体积法)。

图2 PA-13混合料析漏损失率与油石比关系

2 施工质量控制

PA路面在我国仍是一项较新的路面技术，并未得到广泛应用。在混合料生产时，PA路面需要添加高粘剂和聚酯纤维，由于材料比重大，没有配套的机械设备，只能采用人工添加，这样添加的量和分散的程度就不能得到保证，严重影响质量。其次，沥青路面由于施工的不均性，难以保证各结构层完全不渗水。另外，局部路段应用PA路面，存在常规沥青路面与PA路面的施工衔接问题，以往的做法都是设置施工缝，严重影响路面平整度与舒适性。为此，在本次PA路面试验段施工中采取了以下措施。

2.1 提高下承层封水效果

有效控制PA-13路面的排水途径在排水表层内，决定了排水路面的效果与耐久性。施工时，一方面要控制下承层中面层的施工质量，确保密实。本项目全线沥青面层均采用大厚度、全宽式摊铺机整体摊铺；碾压时，采用37 t大吨位的胶轮压路机梯队碾压，很好地解决了混合料的离析与压实，中面层的密水性总体较好。另一方面，应设置有效的粘层防水。粘层施工前，要对施工现场进行认真清理，用清扫车与森林灭火器将表面浮灰、松散物清扫干净、吹净，确保下承层的洁净与干燥。在粘层施工中，使用高剂量的SBS改性乳化沥青作为防水粘结层，洒布量为0.8 kg/m2(以固含量计)，分2次进行洒布(每次洒布均为0.4 kg/m2)，第1层乳化沥青破乳后方能开始第2层洒布;下承层表面洒布均匀且足量的改性乳化沥青，做到路表面“亮晶晶”，车辆行走轮胎有“拔丝”现象为佳。

2.2 提高PA-13混合料外加剂计量精确度

PA-13混合料粗集料骨架完全靠高粘改性沥青与聚酯纤维粘结，因此外加剂添加计量的准确度决定混合料的质量。在混合料生产时，一方面要严格控制PA-13沥青混合料的拌和顺序和时间：①集料+聚酯纤维干拌10 s；②喷洒沥青，同时投入HVA高粘改性剂，拌和15 s；③3～5 s投放矿粉，矿粉投完后拌和35 s，整个循环周期不少于65 s。另一方面，HVA高粘度改性剂与聚酯纤维由于自身比重较大，以往没有匹配的设备，均采用人工添加，精确度低。本项目联合纤维厂家，开发了大功率负压设备，采用自动称量吹送至拌和锅，有效确保拌和楼生产的每一盘PA-13混合料都精确添加高粘改性剂与聚酯纤维，较好解决了外加剂添加计量精度问题。

2.3 解决局部应用PA-13混合料的有效衔接

本项目只是在局部排水不畅的路段表层采用PA-13路面，因此PA-13路面如何衔接SMA路面成了摊铺必须解决的首要问题。为了确保路面摊铺连续，提高平整度，采用了PA-13路面与SMA路面无缝对接技术。一是准确计算PA-13路段混合料总量，现场有序管控，严格区分PA-13与SMA混合料运输车；二是尽量清空摊铺机料斗存料，在摊铺SMA路面结束时，尽可能将摊铺机里面的SMA混合料摊铺干净，然后再倒入PA-13混合料，为路面过渡提供基础条件；三是设置3 m“过渡段”替代施工接缝:首先是摊铺速度的平稳过渡，正常路面摊铺速度控制在3 m/min左右，临近“过渡段”时，摊铺速度先缓慢降低，然后再平稳恢复正常，即摊铺速度由3 m/min→1 m/min→3 m/min转变;其次是松铺系数的平稳过渡，SMA的松铺系数为1.28，排水沥青路面的松铺系数为1.2，按4 cm厚的路面计算，对应的松铺厚度分别为5.1、4.8 cm，实际施工时，在过渡段内，操作手按摊铺机每行走1 m调低1 mm松铺厚度进行松铺厚度调整，即5.1 cm→5.0 cm→4.9 cm→4.8 cm转变，做到2种路面的顺利过渡，解决PA-13路面不连续施工的质量隐患以及平整度下降问题。反之，由PA-13路面过渡到SMA路面亦可采取同样的技术手段。

2.4 避免PA-13路面油斑

PA-13混合料为“骨架-空隙”结构，细集料含量少，混合料在长时间高温储存时，容易形成析漏，在运输车货箱底板凹处易产生沥青“聚集”效应，当析漏量达到一定时会顺着混合料进入摊铺机，从而在局部路段产生“油斑”，严重影响成品路面质量，如图3所示。主要从2方面解决:一方面，必须合理配置运料车，使其与拌合站的产能匹配，保证前后场的有效衔接，尽量减少摊铺等待时间，减少沥青“聚集”时间;另一方面，运输车辆的货箱四周以及底板在每次装料前一定要清洁干净，及时清理沥青析漏的“聚集”。另外，在摊铺现场要配备专人，对成品路面实时监测，一旦发现油斑，要及时挖除，用新料进行回铺。

图3 PA-13路面局部油斑

3 施工质量检测

PA-13路面施工成功与否，关键在于路面压实后确保路面有效空隙及过渡衔接段路面平整不产生坑槽、剥落等病害。项目组对PA-13路面施工进行了全过程监控、检测，在9段排水路面中选取2段，分别在施工后以及通车1 a后进行跟踪检测，检测结果如表3、表4所示，图4为2段PA-13路面通车1 a后使用性能比较。

表3 PA-13路面检测数据路段检测时间检测点数平均构造深度/mm平均摩擦系数(BPN)平均渗水系数/(mL·min-1)平均芯样空隙率/%K18+420～K19+020(左幅)施工后31.62635 62622.1通车1 a31.61585 01522.0K28+210～K29+000(右幅)施工后41.57615 37621.5通车1 a41.55594 87621.3

表4 PA-13路面平整度及外观检测检测位置平整度施工后通车1 a外观检测(通车1 a)尺数/尺平均最大间隙/mm尺数/尺平均最大间隙/mm坑槽个数/个面积/m2K18+420(左幅)100.22100.2200K19+020(左幅)100.26100.2800K28+200(右幅)100.18100.1600K29+000(右幅)100.32100.3400

图4 2段PA-13路面通车1 a后使用性能比较

试验检测结果表明：

1) 通车1 a后，构造深度与芯样空隙率基本维持不变，下降幅度基本小于1%。

2) 通车1 a后，摩擦系数平均下降3.5BPN，平均下降幅度为-5.61%，主要原因是PA-13路面沥青混合料沥青油膜厚度相对于普通路面厚，轮迹带位置的混合料容易在车轮的反复作用下造成部分沥青膜脱落，导致摩擦系数略有下降，但整体不影响路面抗滑性能。

3) 渗水系数平均下降-555 mL/min，平均下降幅度为-10.1%，PA-13路面排水能力有一定程度衰减，但钻芯结果表明，混合料的空隙率并未大幅减少，主要原因是行车及雨水冲刷造成表面空隙部分堵塞，且通车后未进行清孔养护。

4) 用3 m直尺测量过渡段平均最大间隙的均值仅为0.2 mm左右，通车1 a后平整度基本无变化，路面整体平整度较好。通过对路面外观检测，发现路面无坑槽、松散等病害，路面整体使用性能较好。

4 结语

结合以往工程经验，针对施工存在的问题，依托岳望高速，通过改进外加剂添加设备与在不同路面间实施“无缝对接”等关键技术，成功解决了以往排水路面施工难题。通过选取部分路段，分别在施工后以及通车1 a后进行跟踪检测，各指标均控制良好，路面整体使用性能较好。排水路面的长期使用性能有待进一步观测，通车后应加强排水路面清孔养护工作，确保整体排水效果。综上所述，排水沥青路面在我省高速公路具有一定的推广应用价值。