排水性沥青混合料桥面铺装设计及应用研究＊

马红梅

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

桥面铺装可分散车辆荷载，避免桥面板直接经受车辆荷载的作用，同时可避免主梁受自然因素（如雨水、雪等）的破坏。因此，要求桥面铺装要具有良好的使用性能，保证行车舒适性，同时要与桥面板具有良好的粘结性，避免发生层间破坏。目前，桥面铺装作为桥梁工程的附属工程，材料和结构设计方面没有系统的理念和方法。常见的桥面铺装做法为桥面板混凝土找平层上铺防水粘结层，上覆沥青混凝土面层。这种铺装主要是以路拱横坡、纵坡方式进行排水，这种路面排水方式在雨天路表会产生水膜，车辆行驶过程中易产生水雾，对于行车安全非常不利，而排水性沥青混合料桥面铺装可解决上述问题。

排水性沥青混合料是由高比例粗集料，少量细集料以开级配形式混合，以高粘沥青为胶结料形成的高空隙率沥青混合料，具有迅速排水功能，减少水雾的产生，提升行车安全性等特点。排水沥青混合料桥面铺装是以排水性沥青混合料作为面层，下设防水粘结层，利用混合料内部连通空隙形成排水路径，雨水通过排水性面层再借由路拱横坡和纵坡，将路面上的水汇入排水沟，再由排水沟汇集进入桥面排水系统。本文通过排水性沥青混合料性能试验研究、配合比设计、性能验证等研究，为G316两徽高速公路任庄大桥排水性桥面铺装工程应用提供技术指导。

1 工程概况与桥面铺装设计

本文依托两徽高速公路任庄大桥左幅（中心桩号 ZK39+129，起点桩号 ZK39+016，终点桩号ZK39+242）作为试验路段。任庄大桥位于徽县谢家庄，桥梁横跨上沟里沟道。桥梁为分线桥，桥梁全长196m。上部采用预应力混凝土连续箱梁，下部采用柱式墩、柱式台配端乘桩基础。选择任庄大桥作为试验段的理由如下：

1）任庄大桥为 2联 5×20+6×20的结构形式，长度适合作为试验路段；

2）任庄大桥所处的地理位置能够代表陇南地区的典型气候条件；

3）任庄大桥位于两隧道之间，地形开阔，光照充分，其左幅位于阳面，如在冬季极端气候条件下路面冰冻，一旦有光照，路面上的冰容易化掉，减小对路面的损害；

4）任庄大桥所处地区工业化程度低，空气污染小，透水沥青混凝土空隙不易堵塞；

5）任庄大桥左幅为上坡路段，车辆对路面摩擦力的要求大，对路面材料的粘结力和抗车辙能力有更高的要求；

6）任庄大桥左幅为上坡路段，路面均有纵坡和横坡，路面积水容易排走。

设计文件桥面铺筑采用6cm高性能改性沥青SUP-20中面层+4cm高性能改性沥青SUP-13上面层构成。本研究试验段将该铺装上面层4cm高性能改性沥青SUP-13改为4cm排水性沥青混凝土 （即OGFC-13），在上面层和中面层之间设置改性乳化沥青防水层。

图1 试验段桥面铺装结构设计图

2 排水性沥青混合料设计

2.1 原材料试验研究

1）粗集料。排水性沥青混合料最主要的特点是空隙率大，其空隙率主要是由粗集料相互嵌挤作用形成。粗集料的性质和级配很大程度上决定了排水性沥青混合料的性能。一般要求粗集料质地坚硬，压碎值小，针片状含量少，洁净。本文采用的粗集料筛分结果见表1，技术指标结果见表 2。

2）细集料。排水性沥青混合料为了保证粗集料形成的空隙不被填充，需控制细集料用量。同时，为了保证矿料与沥青的粘附性，要求细集料洁净，不得结块。本文采用的细集料筛分结果见表3，技术指标结果见表4。

表1 排水性桥面铺装粗集料筛分结果汇总表

表2 排水性桥面铺装粗集料技术指标检测结果

表3 排水性桥面铺装细集料规格

表4 排水性桥面铺装细集料质量技术要求及检测结果

3）沥青。由于排水性沥青混合料的空隙率大，为了能有足够厚度的沥青膜以增加耐久性，及避免混合料在生产、运送及铺设期间会有沥青剥落现象发生，应选用比传统密级配沥青混合料用粘度高的沥青，一般需掺加高粘剂。基质沥青的性质将影响高粘度改性沥青改性后的性能。用于制备高粘度改性沥青的基质沥青应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中道路石油沥青技术要求。本文选用两徽高速现场实际采用的SBS I-C改性沥青为基质沥青，在其中添加高粘剂进行复合改性。改性后沥青相关技术指标见表5。

表5 高粘改性沥青（10%SINO TPS）技术指标

此外，为了提高沥青混凝土中集料与沥青之间的粘结作用，需要在沥青混合料中加入一定量的填料或抗剥落剂，使沥青吸附在填料或抗剥落剂表面形成沥青结合料，对粗集料和细集料产生粘附作用。排水性沥青混凝土中使用的填料，一般采用加工磨细的石灰石粉、水泥、消石灰等。

2.2 配合比设计

1）目标空隙率的确定。如何选择空隙率是设计排水性沥青混合料首先要考虑的问题，空隙率选择应根据路面性能的要求来确定。排水性沥青混合料桥面铺装最大的性能要求是能排水，因此降雨量成为选择目标空隙率的重要指标。若降雨量大而空隙率过小，则达不到排水要求，无法实现排水性路面的功能；若降雨量小而空隙率过大，则造成功能浪费，也是强度、耐久性等有一定的降低。两徽高速公路所在地气候情况调查结果显示年最低气温在20℃以下，年平均降雨量632.1～770.7mm。按《公路沥青路面施工技术规范》表A.4.5沥青及沥青混合料气候分区指标划分为夏热冬冷湿润区 （2-3-2），夏季炎热，夏、秋降雨较多，冬季冷。综合以上分析结果，根据两徽地区降雨强度和气象条件，拟定本试验段目标空隙率为20%。

2）矿料级配设计。本项目选择改进的日本级配设计方法进行桥面铺装排水性沥青混合料OGFC-13的设计，最大公称粒径为13.2mm时，影响混合料空隙率最显著的因素是2.36mm筛孔的通过率。通过初选合成级配、根据经验公式估算初试沥青用量Pb、测定空隙率等技术指标、绘制2.36mm筛孔通过率与空隙率曲线、确定矿料配合比、析漏与飞散试验最佳沥青用量等步骤进行排水性沥青混合料级配设计。经设计，两徽高速排水性沥青混合料配合比结果见表6。

表6 配合比结果

2.3 路用性能验证

表7 OGFC-13性能指标

通过混合料级配调试和相关验证试验结果见表7，表明所设计的OGFC-13沥青混合料的抗水损害性能、高温稳定性能和低温抗裂性能都满足要求，该配合比设计所得结果可用于生产配合比的调试。

3 排水性沥青混合料桥面铺装施工

3.1 防水粘结层

因为大孔隙率沥青混凝土表层与下层的接触面积比一般沥青混凝土小。设置防水层不仅要增强两层间的粘结强度，并且当排水降噪沥青路面雨水渗入表层后，靠表层内部的连通孔隙向路面边缘排出，不允许再向下渗透，设置防水粘结层后可起到防水效果。鉴于上述分析对用于排水性沥青路面的粘层材料的性能要求，应高于现行规范对防水层的要求。为了确保质量和加工工艺稳定，本项目选择聚合物SBS改性乳化沥青作为封水粘结层的材料。现场施工时根据设计精确控制每m2上喷洒用油量。每次喷洒完后，对总用油量、总喷洒面积的复核，以有效确保改性沥青的粘层铺设用量。

3.2 高粘剂的添加

根据室内试验结果，本文拟采用深圳海川公司的高粘度沥青改性剂。在施工过程中，采用人工外掺的投入方式添加高粘剂，即人工通过拌和楼的预留入口根据计算的掺量整袋投入混合料拌和锅即可。高粘剂预先分袋包装，按每盘出料量计量，快速投放。拌和楼最好安装铃声提示和监控设备，并派专人监视，以确保高粘剂按时按量准确投放。

3.3 施工工艺（如图2所示）

图2 排水性沥青混合料桥面铺装施工流程图

3.4 工后效果

施工后对排水性沥青路面试验段进行现场检测，检测内容包括平整度、车辙、空隙率、渗水根据试验路铺筑现场测试数据及跟踪检测结果分析，经优化设计后的排水性沥青桥面铺装OGFC-13混合料性能指标可靠，沥青路面试验段使用性能保持优良，路用性能满足 《公路工程质量检验评定标准》（第一册土建工程）及设计文件的要求。

排水性沥青混凝土桥面铺装作为一种集功能、安全性于一身的新型沥青路面，在满足基本路用性能的基础上，具有排水、降噪等功能。从图3可以看出，本项目排水性沥青路面试验段在雨天路面不积水，表面基本无水膜，车辆经过时水雾现象不明显，很好地实现了排水及抗滑功能。

4 小结

图3 排水性桥面铺装与普通沥青路面雨天排水效果图（中雨）

排水性沥青混凝土在我省高速公路属于首次探索，也是引进的一项新材料、新技术，相关技术性能及施工工艺参数还掌握有限。根据试验段情况，一方面积极与南方多雨地区排水性沥青路面铺筑成功路段汲取经验；另一方面与两徽高速中心试验室、施工单位工地试验室积极开展对原材料进场常规技术指标的检测、透水性沥青混合料路用性能检测；其次完善和明确现场施工技术参数，做好试验段技术总结，开展必要的路用性能后期跟踪观测准备，全面总结和提炼试验段技术成果，为我省新型路面铺装技术推广奠定坚实基础。