PAC-13排水路面在南方多雨地区高速公路“零坡段”的应用

沈安琪

(保利长大工程有限公司，广州 510620 )

0 引言

相关研究表明，排水路面通过沥青路面内部的空隙排除路面表面雨水，降低路面表面水膜厚度，提高车辆的安全通行能力，近年来得到了广泛应用[1]。随着排水路面的广泛应用，由于配合比设计和施工工艺不合理引起的排水路面病害问题频发。经实地调查，病害特点多表现为排水路面表面松散、掉粒以及排水能力不足，进一步分析可知，排水路面沥青混合料配合比设计时空隙率和油膜厚度设计不合理，施工过程中“过压”和“欠压”问题引起了排水路面的耐久性不足。

针对上述问题，冷滨滨[2]研究了高粘沥青PAC-13透水沥青混合料的性能，发现PAC-13高粘沥青混合料具有良好的水稳定性、高温稳定性、渗水和抗冻性能；金少春[3]结合泉州市柯石排洪渠生态绿廊工程(桂屿公园)工程实例，从多方面对PAC-13沥青路面施工质量进行了介绍，明确了PAC-13沥青路面施工参数和配合比设计要求；李闯民[4]等研究了不同沥青结合料的PAC-13混合料性能，建议高粘沥青的油石比为4.9%～5.3%，水泥用量为2%，纤维用量为0.3%。此外，2006年广州滨江大道等初步进行了排水路面的应用，2008年浦东机场北通道全高架采用了排水路面结构，2010年宁波环城南路铺筑了排水路面结构，对于排水路面的施工和耐久性问题进行了探索，但这些工程应用并未总结出一套合理的排水路面施工工艺，尤其是在排水路面碾压工艺方面尚缺乏行业共识[5-9]。综上所述，现有研究集中在PAC-13排水路面的工程应用方面且多应用于市政道路和城市道路，未见在南方多雨地区高速公路“零坡段”的应用研究。

本文通过试验路测试和室内试验的路用性能结果，提出了南方多雨地区高速公路“零坡段”PAC-13排水路面的合理配合比及其碾压工艺，可为类似工程提供经验参考。

1 PAC-13排水路面合理配合比及碾压工艺方案

1.1 方案设计

1.1.1 配合比

为确定PAC-13沥青混合料的合理配合比，调整各矿料比例设计了3组不同粗细的级配，其中关键筛孔2.36mm的通过率分别为15.5%、17.3%和19.2%，各档筛孔的通过率见表1。

表1 PAC-13级配各筛孔通过率

1.1.2 碾压工艺

为确定排水路面的合理碾压工艺，设计了4种碾压方案，根据路用性能评价指标分析不同碾压工艺对排水路面路用性能的影响(表2)。

表2 PAC-13试验段碾压工艺方案

1.2 评价指标

采用空隙率、动稳定度、马歇尔稳定度、渗水系数和浸水飞散损失试验室内评价配合比设计的合理性，采用动稳定度、摆式摩擦仪值、渗水系数、浸水飞散损失和标准差现场评价试验路碾压工艺，评价指标见表3。

表3 PAC-13合理配合比和碾压工艺评价指标

2 配合比设计

2.1 原材料

矿料：集料采用贵港市高速矿业有限公司产的11～15mm、6～11mm碎石和0～3mm机制砂。

沥青：采用壳牌新粤(佛山)沥青有限公司的高粘改性沥青，其检测结果见表4。

表4 改性沥青试验指标

填料：采用茂名电白区黄岭下平山联发石场有限公司生产的矿粉。

纤维：采用南京瑞华公路工程材料有限公司生产的木质素纤维，掺量为0.1%，密度为0.950。

2.2 级配曲线的选定

根据相关文献，当沥青混合料的油膜厚度为14μm时，排水路面的沥青混合料具有较好的路用性能。本文根据拟定的A、B、C三种级配进行计算，得到初试的油石比(表5)。

表5 PAC-13级配初试参数

按照上述油石比成型马歇尔试件并进行析漏试验，试验结果见表6。

表6 PAC-13初试级配马歇尔试验结果

根据上述结果可知，级配A、B和C成型的试件，其析漏试验均满足<0.8的要求。在期望沥青混合料油膜厚度为14μm，随着2.36mm通过率的增加，油石比逐渐增加，空隙率逐渐减小。根据已有研究，当沥青混合料空隙率过大时，其耐久性难以保证;当沥青混合料空隙率过小时，排水能力将明显下降;沥青混合料19.5%空隙率时，沥青混合料的排水性能和耐久性能得到较好平衡，因此，配合比设计期望空隙率为19.5%，最终选定的级配曲线如图1所示。

图1 PAC-13配合比设计级配曲线

2.3 性能试验

根据选定的级配曲线B和5.3%的油石比，按照表3所示内容进行相关试验，试验结果见表7。

表7 PAC-13沥青混合料性能检验结果

根据上述试验结果可知，按照5.3%的油石比和级配B进行设计，则PAC-13沥青混合料具有良好的路用性能，且空隙率处于期望值附近，可进行工程应用。

3 不同碾压工艺的路面性能

3.1 试验结果

3.1.1 高温性能

根据表3所列的相关评价指标进行排水路面高温性能试验测试，试验结果如图2所示。

图2 不同碾压工艺的排水路面高温性能

3.1.2 安全性能

根据表3所列的相关评价指标进行排水路面安全性能试验测试，试验结果如图3所示。

图3 不同碾压工艺的排水路面安全性能

3.1.3 排水性能

根据表3所列的相关评价指标进行路面排水性能试验测试，试验结果如图4所示。

图4 不同碾压工艺的排水路面排水性能

3.1.4 水稳定性能

根据表3所列的相关评价指标进行路面水稳定性试验测试，试验结果如图5所示。

图5 不同碾压工艺的路面水稳定性能

3.1.5 行车舒适性能

根据表3所列的相关评价指标进行路面平整度试验测试，试验结果如图6所示。

图6 不同碾压工艺的路面平整度试验结果

3.2 试验结果分析

对图2～图6试验结果进行分析可知，碾压工艺对于排水路面的高温、安全、排水、水稳定和行车舒适性的路用性能均可产生一定的影响。对不同的路用性能进行分析可知，高温性能方面：工艺四较工艺一提高了16%，工艺三较工艺一提高了11.7%；安全性能方面：工艺一较工艺四提高了8.8%，工艺三较工艺四提高了4.4%；排水性能方面：工艺一较工艺四提高了47.3%，工艺三较工艺四提高了37.8%；水稳定性能方面：工艺四较工艺一提高了29%，工艺三较工艺一提高了14%；行车舒适性能方面：工艺三较工艺一提高了8%。

可见，碾压工艺对PAC-13沥青路面高温、安全和行车舒适性能影响较小，但对其水稳定性能和排水性能影响较大。究其原因在于，不同的碾压工艺对空隙率会造成较大影响，随着碾压次数的增加，碾压温度的升高，PAC-13沥青路面的空隙率降低，从而影响了排水性能和水稳定性能。

排水路面应具有良好的排水性能、高温性能、行车舒适性能、安全性能和水稳定性能。但根据上述分析结果，难以找到同时满足以上条件的工艺。经综合考虑排水路面的各方面性能协调，认为应用工艺三的排水路面各方面的性能均可取得较好效果。为此，推荐工艺三为排水路面合理的碾压方案。

4 工程应用

4.1 工程概况

开阳高速公路改扩建工程起于K3157+345.25，终于K3282+345，扩建完成后双向八车道，设计行车速度120km/h。为提高行车安全性能，对个别超高缓和曲线段，存在纵坡较小，路拱横坡为零的横坡渐变段，汇水流速较慢，运营通车期间极易发生积水，因此，在该路段设计应用PAC-13排水沥青路面。

4.2 工程验证

2020年6月，在开阳高速公路K3196+220～K3196+420右幅施工了PAC-13排水路面，路段长度200m，宽度19.14m，压实厚度4cm，松铺系数1.25，碾压工艺采用工艺三。施工完成后，对路面进行测试和室内试验，试验结果见表8。

表8 开阳高速公路改扩建工程“零坡段”PAC-13排水路面试验结果

通车8个月后再次对其进行检测，检测结果见表9。

表9 开阳高速公路改扩建工程“零坡段”通车8个月后PAC-13排水路面试验结果

分析表7和表8可知，PAC-13各项试验结果均满足设计要求，且经过8个月开放交通后，路面表面无掉粒和松散现象，具有良好的排水性能和抗滑性能，取得了良好的工程应用效果(图7)。

图7 PAC-13路面通行效果

5 结论

本文通过试验段测试、室内试验和工程验证，得到以下结论：

(1)PAC-13油膜厚度相同时，随着关键筛孔2.36mm通过率的增加，油石比逐渐增加，空隙率逐渐减小。

(2)碾压工艺对于排水路面的排水性能、高温性能、行车舒适性能、安全性能和水稳定性能均能产生一定的影响。

(3)经对比分析4种碾压工艺试验路的路用性能，推荐13t双钢轮压路机紧跟静压4遍(初压)+温度低于70℃时30t胶轮压路机1台2遍(复压)+13t双钢轮压路机1台静压1遍(终压)为排水路面合理的碾压工艺，经开阳高速公路改扩建工程验证，PAC-13排水路面试验结果满足设计要求。

(4)经开阳高速公路“零坡段”工程验证，PAC-13排水路面可较好地解决“零坡段”积水问题，确保高速公路的通行安全。