南友高速公路排水沥青路面长期性能调查与评价

汪继平，廉向东，范勇军，彩雷洲

(1.广西桂东高速公路有限公司，广西 贵港 537300；2.广西交通投资集团有限公司；3.中路高科(北京)公路技术有限公司)

排水沥青路面具有抗滑性能好、噪声低、抑制雨天行车水雾、防止高速行车“水漂”、减轻夜晚行车眩光等技术特点，可以实现增进道路安全性、提高雨天行车舒适性、减少交通噪声等三大路面服务性能优势。排水沥青路面具有较大的空隙率，能有效提高路面渗水能力，在越来越注重道路功能性的今天，作为一种环境友好型路面已逐渐成为公路建设的一个重要发展方向。

排水沥青路面在国外的研究应用历史已超过40年，在欧洲、美国和日本等国家应用广泛。日本的调查发现，高速公路普通路面的雨天事故率是晴天的9倍，而铺装排水沥青路面后，雨天事故可减少80%，交通噪声可降低3～5 dB，使得雨天安全行车速度大为提高；由此，其突出的安全性使得排水沥青路面在日本高速公路被强制使用。在西欧部分国家和美国部分地区也有类似强制使用的情况。在中国，交通运输部公路科学研究院及其下属企业中路高科(北京)公路技术有限公司等单位自2001开始系统深入研究排水沥青路面技术，至今为止在江苏、江西、四川、湖南、浙江、安徽、云南等多个省份得到推广应用，目前排水沥青路面在中国国内高速公路上的应用逐步增多，在新建和养护工程中均有所涉及。同时，对于重载、重交通高速公路，排水沥青路面也具有可实施性和可靠性，如2005年建成通车的江苏盐通高速公路排水沥青路面工程，至今其路用性能依然保持良好。

广西年平均降水量为1 500～2 700 mm，是中国降雨量和降雨天数最多的省份之一，雨天行车安全性显得尤为重要。因此，广西地区特别适合应用排水沥青路面，它能发挥其安全性能，带来更显著的经济社会效益。而广西南(宁)友(谊关)高速公路作为与江苏盐通高速公路同期修筑的排水沥青路面，其路面性能状况将进一步验证排水沥青路面在重载交通和广西多雨环境下的适应性。该文对广西南友高速公路排水沥青路面通车运营12年后的性能进行评价，为排水沥青路面在广西地区的推广应用积累宝贵的工程经验。

1 旧路结构形式与配合比设计

1.1 路面结构

为提高广西南友高速公路的安全性能和功能性服务水平，于2005年路面新建时期，从日本引入排水沥青路面技术，在下行线K51+700～K55+200路段成功铺筑排水沥青路面试验段4.5 km。路面结构为4 cm排水沥青混合料+SBR改性乳化沥青防水层+5 cmAC20+SBR改性乳化沥青黏结防水层+6 cmAC25+SBR改性乳化沥青稀浆封层+煤油稀释沥青透层+58 cm水泥稳定碎石。至今为止，广西南友高速公路排水沥青路面已通车运营近12年，接近沥青路面设计年限。

1.2 原材料

南友高速公路排水沥青路面修筑时，其采用的原材料如下：基质沥青为泰普克重交70#沥青，加入TPS改性剂后动力黏度达到80 314 Pa·s；集料为英安岩，矿粉采用憎水性岩石石灰岩，填料为P.O.32.5级水泥，其相关技术指标均符合现行规范要求。

1.3 排水沥青混合料配合比设计

采用的排水沥青混合料级配和配合比设计试验结果如表1、2所示，其中沥青含量为5%(TPS为沥青内掺的12%)。

表1 矿料合成级配

表2 配合比设计试验结果

2 交通量分析

交通荷载是引起路面疲劳破损的直接原因。随着交通荷载的不断增大，路面会产生裂缝、车辙等病害，这些病害会对排水沥青路面的空隙产生影响，导致排水路面透水性能下降，影响排水降噪的能力。根据南友高速公路实际交通状况，对G7 211南友高速公路下行线方向K51+700～K55+200段落(苏圩-吴圩)近5年交通量进行统计分析。结果如表3所示。

表3 南友高速公路苏圩-吴圩段近5年交通量统计

由表3可以看出：苏圩-吴圩段排水沥青路面与整条高速公路的日平均交通量相差不大，基本成一致的趋势，通车前几年都成增长趋势，2005—2009年增长趋势缓慢，2010—2014年增幅较大；从2014年开始，交通量变化率较小，交通量呈现微减的趋势。

3 路用状况评价

3.1 路用状况技术指标评价

根据南友高速公路路面状况检测数据，对排水沥青路面代表性路段(K52+000～K53+000)在2009—2016年期间路面使用性能指数PQI、路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面车辙深度指数RDI、路面抗滑性能指数SRI等公路技术状况评价指标进行统计分析，结果如图1所示。

从图1可以看出：路面损坏状况指数PCI、路面使用性能指数PQI随时间基本呈下降趋势，但在2015年各指数都有小幅提高；路面行驶质量指数RQI历年来数据大小无波动，基本保持一致，表明该路段路面平整度保持不变；路面车辙深度指数RDI随时间基本呈下降趋势，在2015年各路段路面车辙深度指数有小幅提高。

图1 2009—2016年排水沥青路面路面状况变化曲线

从整体趋势上来说，SRI在2009—2014年基本保持不变，其中在2012年抗滑性能指数有明显提高，但2015—2016年各路段抗滑性能指数下降明显，总体呈现平稳-上升-下降的趋势。出现上述现象的原因在于：随着使用年限的增加，排水沥青路面表面沥青膜变薄或小面积脱落，部分集料裸露在外界环境中，路面摩擦系数有所提高；当沥青路面脱落范围较大，主料英安岩中掺杂的石灰岩集料大面积裸露时，又因石灰岩杂料自身抗滑性能不足而导致路面整体抗滑性能迅速衰减。

3.2 排水沥青路面与密级配沥青路面状况对比分析

为了与普通密级配沥青路面的路面状况进行比较，统计对比了2009—2016年K52+000～K55+000段排水沥青路面和K50+000～K51+000、K56+000～K57+000、K57+000～K58+000段普通密级配路面的各项指数，结果如图2～6所示。

从图2～6可以看出：在通车运营6、7年内，广西南友高速公路排水沥青路面的路面状况指标基本与传统密级配沥青路面相同；在后期运营过程中，因未对排水沥青路面采取过任何预防性养护、清孔措施，部分路面状况指标有所下降，但总体下降幅度不明显；其中，2012年后排水沥青路面的路面抗滑性能指数SRI下降较为明显，上节已分析出现原因，此处不再赘述。

图2 2009—2016年路面使用性能指数PQI统计柱状图

图3 2009—2016年路面损坏状况指数PCI统计柱状图

图4 2009—2016年路面行驶质量指数RQI统计柱状图

图5 2009—2016年路面车辙深度指数RDI统计柱状图

图6 2009—2016年路面抗滑性能指数SRI统计柱状图

4 路面抗滑性能和渗水性能分析

4.1 路面渗水性能

为评价广西南友高速公路排水沥青路面通车运营至今其路面渗水性能变化情况，随机抽取代表性路段进行路面渗水检测。2005年排水沥青路面施工结束后路面渗水检测平均用时为5.6 s，渗水系数为4 285 mL/min。2017年渗水检测结果如表4所示。

由表4可知：与2005年排水沥青路面施工结束抽检结果相比，广西南友高速公路排水沥青路面在通车运营12年后，路面渗水系数衰减较为严重，路面孔隙已基本堵塞。但是对比行车道和停车道路面渗水结果，发现行车道仍具有一定的渗水能力，其渗水系数明显优于停车道。因施工管制原因，该次未对超车道进行路面渗水检测，但根据超车道路面孔隙堵塞情况，结合排水沥青路面工程经验，超车道路面渗水情况也明显优于停车道。

表4 通车运营12年后排水沥青路面渗水试验结果

出现上述原因可能在于：① 车辆在排水沥青路面高速行驶时，高速旋转的轮胎与路面接触时会快速挤压路面而形成真空泵吸的现象，将路面内部灰尘、泥砂等堵塞杂物排除出体内，起到路面自清洗的效果；② 广西区内降雨量较大，对处于横坡高位的超车道和行车道冲刷效果相对较为明显。

4.2 路面抗滑性能

在该次调研过程中，采用摆值指标对路面的抗滑性能进行评价。摆值通过BM-Ⅲ型摆式摩擦系数测定仪测定。2005年排水沥青路面施工结束后路面抗滑检测平均值为54 BPN。2017年抗滑检测结果如表5所示。

表5 通车运营12年后排水沥青路面抗滑性能检测结果

由表5可知：与2005年排水沥青路面施工结束抽检结果相比，广西南友高速公路排水沥青路面在通车运营12年后，除部分路段路面抗滑不合格外，总体抗滑值仍保持良好的合格率。说明在排水沥青路面通车运营后期，路面抗滑性能仍可以保持良好状态，耐久性功能可以经受路面使用年限的考验。而局部路段存在抗滑不足的现象，原因在于：① 随着通车运营时间的增长，在轮胎摩擦、沥青疲劳老化以及水损害导致的水分置换沥青反应等因素作用下，路面集料表面裹附的沥青膜发生脱落现象；② 英安岩集料中掺加了石灰岩杂石。

5 结论

通过对广西南友高速公路排水沥青路面长期性能调查与评价研究，得到如下结论：

(1)在通车运营12年后，广西南友高速公路排水沥青路面的路面状况指数和路面抗滑效果依然保持良好状态，说明排水沥青路面的耐久性可以满足重载交通和多雨地区的外界环境考验。

(2)排水沥青路面施工时应严格控制粗集料等原材料品性，避免出现掺杂抗滑性、抗压性不足的石灰岩等集料，以提高排水沥青路面的长期耐久性能。

(3)广西南友高速公路排水沥青路面自2005年通车运营至今，未曾进行过路面清孔养护，但至今路面超车道和行车道仍存在渗水能力。说明排水沥青路面具备空隙自清洗功能，在广西或其他南方多雨地区，一般无需特意进行排水沥青路面清孔养护。

(4)对于没有车辆行驶的排水沥青路面停车道，因缺少空隙自清洗功能导致路面堵塞较为严重，可结合现场渗水检测结果适当进行路面空隙堵塞恢复。