OGFC-13在惠清高速公路路面中的应用

梁庭熹，包聪灵，许新权，青 健，谢光宁

(1.广东惠清高速公路有限公司，广州 510623；2.广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

排水沥青路面是一种大孔隙的沥青路面，该种沥青路面采用开级配设计思路，具有较大的空隙率(一般为18%～23%)和丰富的连通孔隙率，能够使雨水迅速下渗并在内部排出[1]。曹东伟等人[2]的研究成果表明，同等条件下，排水沥青路面产生的水膜厚度是普通沥青路面产生水膜厚度的5%～10%，说明排水沥青路面可以较大程度减少车辆行驶过程中的溅水和喷雾，提高雨天行车安全。此外，排水沥青路面的骨架空隙结构能够形成丰富的表面宏观构造，从而拥有较好的抗滑性能，同时，大孔隙率使得车轮和路面之间产生的噪音具有充分的消散空间，降低行车过程中产生的噪音[3-4]。

在路线纵断面设计时，不可避免地会出现变坡点和平坡段，这些位置虽然考虑了横坡排水，但是，广东降雨量通常较大且急，在平坡段单靠横坡很难快速排出路表水。鉴于此，在惠清高速公路平坡段采用开级配的排水沥青路面。本文通过室内试验和现场试验路铺筑验证，研究了排水沥青路面在广东的应用，分析了该新型路面的疲劳性能，为后续排水沥青路面在广东省的应用提供依据和参考。

1 工程概况

惠清高速公路全长125km，主线采用沥青混凝土路面。为验证排水沥青路面的路用效果，在惠清高速公路左幅ZK181+080～ZK182+250平坡段铺筑长度为1 170m的OGFC-13试验路面，路面结构见表1。

表1 路面结构型式

2 OGFC-13配合比设计

2.1 原材料

上面层OGFC-13粗集料为辉绿岩，集料粒径规格分别为10～15mm、5～10mm、3～5mm；细集料为辉绿岩自制0～3mm机制砂；采用广东四会市富鸿环保材料厂生产的矿粉，由石灰岩磨细制成；英德海螺水泥责任有限公司的 PO42.5水泥；沥青为壳牌新粤(佛山)沥青有限公司的壳牌(HV型)高粘改性沥青。

原材料试验结果见表2～表4。

表2 配合比集料密度试验结果

表3 (HV型)高粘沥青主要物理指标试验结果

表4 RTFOT(163℃，75min)老化后物理指标试验结果

2.2 沥青混合料配合比设计

采用马歇尔方法进行沥青混合料配合比设计，重点考虑沥青混合料的抗高温性能、抗水损害的能力，OGFC-13的配合比设计见表5。

表5 OGFC-13矿料合成级配

通过室内马歇尔试验，最终确定最佳油石比为5.2%，沥青混合料性能指标试验结果见表6。

表6 OGFC-13沥青混合料配合比设计试验结果

3 路用性能

采用路面渗水仪、高精度断面仪、激光纹理仪、SCRIM横向力系数测试车对OGFC-13路面路用性能进行检测和评价。

3.1 表观效果

上面层OGFC-13试验路路面平整，整体表观均匀性好(图1)，粗骨料分布较均匀，骨料间嵌挤效果较好。

图1 整体表观均匀性

3.2 渗水系数

随机抽取4处进行渗水系数测试(图2)，检测结果见表7。渗水系数均大于2 000mL/min,合格率100%。

表7 试验段路面渗水系数检测结果

图2 渗水系数测试

3.3 平整度测试

采用高精度手推式断面仪Walking Profiler G3在OGFC-13路面选取长度500m进行测试，按照超车道、行车道、慢车道、路肩纵向连续测试4个断面，如图3所示。0.5m计算值作为储存数据，统计结果见表8。

图3 测试方案

表8 IRI数据统计分布结果

分析看出，IRI分布在0～1之间的比例占86.96 %，分布在1～2之间的比例为11.76 %，IRI大于2的比例占1.28%，各断面整体摊铺的平整度较为良好。

3.4 构造深度测试

采用TM2路面激光纹理仪测试表面纹理。选取200m作为测试样本，样本纵向连续，横向按间距1m划分为15个矩形区域，采用激光纹理仪沿矩形区域进行表面纹理深度的连续扫描测试，采样间距为3mm/道，计算每10m的平均值。测试数据统计结果见表9。

表9 构造深度

由表9数据可知，快车道的平均构造深度最大为1.207，超车道次之为1.205，慢车道最小为1.181。整体而言，构造深度较大，能够满足设计要求。

3.5 横向力测试

采用SCRIM横向力系数测试车进行横向力系数检测。将测试结果修正成20℃温度标准值，检测路段横向力系数检测统计结果见表10，共抽检177点，平均值57，代表值56，合格153点，合格率为86%。

表10 横向力系数SFC检测结果

4 抗车辙性能分析

4.1 计算模型

采用ABAQUS建立该路面结构的二维蠕变参数模型，分析OGFC-13路面的抗车辙性能。

参照设计文件，结合相关文献[6]的研究成果，路面结构形式和各层材料参数见表11。

表11 路面结构及参数

计算假设层间完全连续，各层材料为各向同性均匀体[7]。根据文献[8]的研究结果，车胎对路面的作用并不是圆形分布，而是随着轮压、车辆荷载和轮胎花纹等变化而变化，车辆轮胎与路面的接触形状更加接近矩形，接地长度L=0.15～0.30 m。本研究采用如图4所示的长方形均布荷载作为轮压作用范围。

图4 轮载作用简化图

将100kN荷载作用等效呈矩形时，荷载宽度B=18.6cm，轮胎接地压强为P=0.7MPa，在接地压力和接地长度一定的情况下，根据行车速度V，有：

t0=L/V

式中:V为行车速度；L为接地长度；t0为每次轮载时间。

因此，本文研究时将轮载作用1万次等效为荷载累计作用时间为100s进行分析。100万次及荷载作用10 000s的车辙计算结果如图5所示。

图5 100万次荷载车辙云图

4.2 计算结果

根据设计文件，本文依托项目的15年单车道累计交通量为2.01×107次，因此，本文计算了轴载作用10万次到2 000万次的车辙量，结果如表12和图6所示。

图6 车辙和荷载作用次数的关系

由表12和图6可知：随着荷载作用次数的增加，隆起值和凹陷值逐渐增大；当荷载作用为1 500万次时，车辙为1.95cm，接近2cm，隆起值始终小于凹陷值；当荷载作用次数为100万次时，隆起值对车辙的贡献率占总车辙变形的9.46%。随着荷载作用次数的增加隆起值对车辙的贡献率增大，当作用次数为2 000万次时，隆起值对车辙的贡献率占总车辙变形的21.6%。

5 结语

OGFC-13作为一种功能性磨耗层，在排水、降噪等方面有较大的优点，但对其实际路用效果和抗车辙性能的优越性研究较少。本文通过配合比设计、路用性能检测和车辙有限元模型计算，得出以下结论：

(1)OGFC-13在配合比设计时应采用优质的磨耗层碎石，且应采用高粘沥青，目标孔隙率一般为18%～23%。

(2)OGFC-13施工后构造深度较大且分布均匀；平整度指数IRI大于2的仅占1.29%，各断面整体平整度分布情况基本一致，整体摊铺的平整度较为良好；共抽检177点，平均值57，代表值56，合格153点，合格率为86%。

(3)随着荷载作用次数的增加，隆起值和凹陷值逐渐增大，隆起值始终小于凹陷值。当荷载作用为2 000万次时，车辙为2.22cm，表明该路段OGFC-13路面能够满足抗车辙的要求。