HET抗滑耐久薄层在广连高速公路的应用

谢光宁，许新权，周 勇，包聪灵，吴土福

(1.广东交科技术研发有限公司，广东 广州，510550；2.广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420)

0 引言

在高温多雨、经济快速发展及交通量大的环境下，为了给驾乘人员提供更加安全、快速、舒适的行车条件，客观上要求路表磨耗层抗滑、抗裂、抗车辙、降噪且耐久[1]。目前，广东省主要采用4～5cm具有地域性级配的GAC型沥青混凝土作为抗滑磨耗层，但偏厚的抗滑磨耗层设计与目渐匮乏的优质石料供给存在越来越大的矛盾，特别是部分桥面铺装层为了迁就相邻路基段沥青中上面层而造成结构设计过于保守，不仅加大了桥梁的自身重量，限制了后续路面养护方案的选择，而且增加了不必要的工程建设成本，造成资源浪费。

为了研究性价比较高的薄层技术，李睿[2]进行了薄层AC-5沥青混合料设计方法研究；林益恭[3]等研究了热拌沥青薄层的适用条件及材料设计中应注意的要点；陈沃浩[4]探索了沥青薄层在旧水泥混凝土桥面铺装的应用效果；王钱兴[5]等发现UTAC薄层技术可明显改善路面性能，面对多种不同类型不同应用效果的薄层技术[6-9]；吴传海[10]等有针对性地研发了HET系列抗滑耐久薄层，HET(High Performance and Economical Thin Layer Techonology)是一种依据项目特点定制的科学、高效、节约型铺面新技术，在广东省多个新建项目和养护工程中得到了推广应用,但进一步推广应用还需更多的理论研究和工程经验总结[11]。

本文以广州从化至清远连州高速公路(本文简称广连高速公路)为依托，设计了HET抗滑耐久薄层结构，并结合广连高速公路的地材对HET新建高速公路抗滑耐久薄层混合料的密级配进行优化设计，然后在室内验证该混合料高温抗车辙性能、抗水损害性能及抗裂性能，最后在工程实践中进行了应用，可为今后同类工程中HET抗滑耐久薄层的使用提供实践经验参考。

1 抗滑耐久薄层结构设计

广连高速公路起于广州市从化区鳌头镇五丰村，接在建的佛清从高速公路北段，向北经广州从化区、清远清城区、佛冈县、英德市、阳山县、连州市，终于清远连州市大路边镇凤头岭(粤湘界)，顺接湖南省衡临高速公路，与其南延线及机场二通道一起，形成京港澳高速公路复线和广州往北的快速通道，对促进“广清一体化”和区域经济的协调发展具有重要意义。该项目全长231.7km，采用双向六车道高速公路标准，其中起点至大湾互通以南设计速度120km/h，路基宽度34.5m；大湾互通至终点设计速度100km/h，路基宽度33.5m。

广连高速公路区域地貌按成因大致可分为冲洪积地貌、构造侵蚀丘陵地貌等两个地貌单元，属中纬度亚热带季风性湿润气候。本项目所处范围降雨量大,地下水和地表水发育丰富，根据计算15年内一个车道的累计大型客车及货车交通量为 20×106辆，依照《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)对于交通等级的分类，此交通量属于特重交通，要求路面结构具有较好的抗滑能力、抗水损害能力。

为解决传统的抗滑磨耗层抗滑耐久性不足及优质集料匮乏等突出问题，依托广连高速公路YK122+280～YK123+914路段(表1)铺筑长度1 634m的HET抗滑耐久薄层。

表1 HET抗滑耐久薄层铺筑路段

经结构优化设计与验算，HET抗滑耐久薄层优化设计前后路面结构见表2，其中YK122+280～+300、YK123+894～+914中面层分别由5.5cm过渡至6.0cmAC-20C ，上面层分别由4.5cm过渡至3.0cmHET抗滑耐久薄层，如图1所示。

表2 HET抗滑耐久薄层优化设计前后路面结构

图1 HET抗滑耐久薄层过渡段

2 原材料试验

2.1 沥青

HET抗滑耐久薄层混合料采用广东华路交通科技有限公司特制的HET专用沥青，该沥青的技术指标见表3。

表3 HET抗滑耐久薄层专用沥青技术要求

(续表3)

由表3试验结果可知，该沥青黏韧性、60℃动力粘度、弹性恢复、135℃运动粘度分别为25N·m、43万Pa·s、96%、2.00Pa·s，上述4项指标的性能较优，能解决普通高粘弹改性沥青性能不佳、施工和易性差等通病，是HET抗滑耐久薄层在特重交通条件下仍能保持足够的高温稳定性、耐疲劳性能的重要基础。

2.2 粗集料

HET抗滑耐久薄层混合料所用粗集料要求粘附性能和耐磨耗性能良好，可优先采用反击破加工成型玄武岩、辉绿岩或品质良好的闪长岩集料。本项目采用广东省河源市紫金县芙蓉石场生产的5～10mm辉绿岩碎石和3～5mm辉绿岩碎石进行试验分析，其试验结果符合相关技术要求(表4)。

表4 HET抗滑耐久薄层粗集料技术要求及试验结果

2.3 细集料

HET抗滑耐久薄层混合料所用细集料要求采用机制砂，且是100%破碎加工而成，应洁净无杂质，满足0～3mm规格。本项目采用沿线大湾自加工石场的石灰岩机制砂进行试验分析，其试验结果符合相关技术要求(表5)。

表5 HET抗滑耐久薄层细集料技术要求及试验结果

2.4 填料

HET抗滑耐久薄层混合料的填料宜采用干燥、洁净的石灰岩等憎水性石料经磨细得到的矿粉。本项目填料采用沿线大湾自加工石场的石灰岩憎水性石料经磨细得到的矿粉进行试验分析，其试验结果符合相关技术要求(表6)。

表6 HET抗滑耐久薄层填料技术要求及试验结果

2.5 纤维稳定剂

HET抗滑耐久薄层混合料的稳定剂宜采用木质纤维素纤维稳定剂，掺量为混合料质量的 0.2%～0.4%。本项目的稳定剂采用深圳一材网工程材料有限公司生产的颗粒木质纤维进行试验分析，其试验结果符合技术要求(表7)。

表7 HET抗滑耐久薄层木质素纤维(颗粒)技术要求及试验结果

3 配合比设计及性能

HET抗滑耐久薄层根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中马歇尔试验配合比设计方法进行配合比设计，采用HET专用沥青、颗粒木质纤维、矿粉和三种分别为5～10mm(辉绿岩)、3～5mm(辉绿岩)、0～3mm(石灰岩)规格的集料作为混合料的原材料，适配选择甲、乙、丙三组不同的矿料级配作为初选级配。拌和温度为175℃～185℃，击实温度为170℃～180℃，双面击实75次成型。设计时重点考虑HET沥青混合料抗水损害、抗疲劳、抗飞散、抗高温及抗老化等性能，并结合广连高速公路的地材对HET抗滑耐久薄层混合料的级配进行优化设计，通过控制最佳油石比为6.2%，颗粒木质纤维掺量为沥青混合料总质量的0.35%，最终得出了HET-J(A)新建高速公路抗滑耐久薄层混合料合成矿料级配(表8)。

表8 HET-J(A)抗滑耐久薄层混合料合成矿料级配

配合比设计过程中，通过室内马歇尔击实试验、浸水马歇尔试验、谢伦堡沥青析漏试验、肯塔堡浸水飞散试验、车辙试验、抗滑试验、低温抗裂试验等对HET-J(A)抗滑耐久薄层混合料的综合路用性能进行评价测试，该混合料试验结果符合相关技术要求(表9)。

表9 HET-J(A)抗滑耐久薄层混合料技术要求及测试结果

(续表9)

由表9可知：(1)HET-J(A)抗滑耐久薄层混合料的试验结果均满足技术要求；(2)车辙试验60℃动稳定度的试验结果为9 546(次/mm)，远大于7 000(次/mm)的技术要求，表明HET-J(A)抗滑耐久薄层的高温抗车辙能力良好；(3)浸水马歇尔试验残留稳定度及浸水冻融劈裂试验结果均大于90%，远大于技术要求，表明HET-J(A)抗滑耐久薄层混合料具有良好的抗水损害能力；(4)HET-J(A)抗滑耐久薄层混合料低温弯曲破坏时最大弯拉应变为2 625με，满足技术要求，表明该混合料具有良好的低温抗裂性能。

4 工程应用及效果

4.1 HET抗滑耐久薄层混合料的生产

HET抗滑耐久薄层采用HET专用沥青作为胶结材料，对混合料的生产具有较高的要求。为保证混合料的质量要求，HET专用沥青加热温度为165℃～175℃，集料温度190℃～200℃。根据配合比所需不同规格的碎石采用了4个冷料仓，为了防止装载机司机上料失误，在上料斗的正面进行了醒目的标识，以保证上料的正确性；同时在相邻料斗的顶面用钢板进行加高隔离，以防窜料。生产HET沥青混合料时，严格按照生产配合比设计确定的各档矿料比例和油石比进行沥青拌和楼生产材料掺量控制，每锅干拌时间15s，湿拌时间45s，每盘生产周期为90s，每锅混合料中添加的木质素纤维由加装的提醒装置提醒配合工人添加。工程应用中保证了每锅料的级配稳定，混合料出料温度在180℃～190℃之间，混合料没有“花白料”离析、团块、冒青烟的现象，生产较稳定，混合料质量较好。

4.2 HET抗滑耐久薄层的摊铺

HET-J(A)抗滑耐久薄层摊铺作业中，采用单机一次全宽摊铺的作业方式(图2)。

图2 摊铺HET抗滑表层现场

该工艺的优点：(1)单机摊铺机通过增强螺旋二次搅拌效果及螺旋布料器的输料能力，不但减少了温度离析，同时也改善了物理离析，从而避免在摊铺机两侧产生不同程度的横向离析。(2)单机一次全宽摊铺可以避免出现传统双机在摊铺接缝处容易产生的纵向细裂缝，从而有效地改善路面的平整度质量。(3)单机一次全宽摊铺可以避免出现传统双机在摊铺接缝处产生的容易影响HET-J(A)抗滑耐久薄层压实度的离析区。(4)与传统的摊铺机相比，一次全宽摊铺使用的摊铺机具有施工功率、初始夯实功率及吨位大等特点，本次采用的一次全宽摊铺机摊铺沥青混合料后就能使HET-J(A)抗滑耐久薄层初始压实度达到90%以上。

4.3 HET抗滑耐久薄层的碾压

在HET-J(A)抗滑耐久薄层碾压过程中，有混合料粘轮时应立即清除。为提高施工质量，对双钢轮采用向碾压轮喷水的方式保持碾压轮的清洁，杜绝喷水漫流且严格控制喷水量成雾状，以防混合料降温过快，碾压工艺见表10。

表10 HET抗滑耐久薄层采用的碾压工艺

传统的路面压实质量控制存在四个主要问题:(1)压路机操作手的主观局限性及传统施工技术的限制在碾压过程中影响着路面的压实质量。(2)路面压实质量的抽样试验检测随机性较大，不能够全面且客观地评价路面压实质量。(3)路面压实质量出现问题时往往因工期紧、返工成本高而选择“避重就轻”的模糊处理方式。(4)路面压实质量监控主要采用人工方式进行，造成管理成本虚高及效率低下。

针对上述问题，HET-J(A)抗滑耐久薄层在施工过程中应用路面压实质量智能控制系统进行路面压实质量控制，通过综合利用物联网、卫星精确定位、移动通信、传感器、同步显示等技术在现场引导多台压路机进行规范化碾压作业。压路机操作手、施工员、监理分别在显示器实时查看路面碾压次数、碾压温度、碾压速度，可有效地避免HET-J(A)抗滑耐久薄层漏压和超压，将传统的事后控制转换为过程控制，将施工后点抽样转换为全面覆盖实时监控，增强了标准化管理，从而改善HET-J(A)抗滑耐久薄层施工的均匀性和全面地提升HET-J(A)抗滑耐久薄层施工质量。铺筑效果如图3所示。

图3 HET-J(A)抗滑耐久薄层铺筑效果

4.4 应用效果

HET-J(A)抗滑耐久薄层施工结束后，对施工路段进行施工质量检测统计分析，统计内容包括压实度、厚度、渗水系数、路面平整度、构造深度、摩擦系数(表11)。

表11 HET-J(A)抗滑耐久薄层检测结果

检测结果表明，HET-J(A)抗滑耐久薄层的施工质量良好：(1)渗水系数小于80mL/min及压实度检测结果为99.5%，说明HET-J(A)抗滑表层具有较好的密实性和压实度。(2)厚度适中,平整度标准差σ为0.7mm，表征路面具有驾驶舒适的使用特性。(3)摩擦系数检测结果为76BPN，构造深度检测结果为1.0mm，均符合相关技术要求，说明抗滑性能良好。

为评价HET-J(A)抗滑耐久薄层的使用效果，分别于2021年12月28日、2022年3月27日对HET-J(A)抗滑耐久薄层进行了平整度、车辙以及抗滑性能指标的检测调查，检测结果如图4～图6所示。

图4 HET-J(A)抗滑表层各车道平整度

图5 HET-J(A)抗滑表层各车道车辙深度

图6 HET-J(A)抗滑表层各车道抗滑性能

检测结果表明：(1)工后1个月，HET-J(A)抗滑耐久薄层各车道IRI值保持一致，为0.76m/km，通车4个月后，IRI值增至0.80m/km左右，HET-J(A)抗滑耐久薄层路面平整度较好。结合广东省内新建高速公路GAC路面的平整度数据(0.9～1.0m/km)来看，3.0cmHET-J(A)抗滑耐久薄层在减薄上面层厚度后，路面获得了较优的平整度。(2)车辙深度总体发展较为缓慢，由工后1个月的1.9mm，至工后4个月发展为2.1mm，增幅小于0.5mm；从各车道来看，三个车道的车辙深度数据差异较小，基本保持一致；总体来看，HET-J(A)抗滑耐久薄层高温稳定性较好，无车辙病害。(3)HET-J(A)抗滑耐久薄层工后1个月时，各车道SFC平均值为58～59之间，随着通车时间的延长，路表沥青油膜被磨耗，SFC逐渐增大；通车4个月时，各车道SFC值为60～62之间，路面抗滑均匀性较好。

5 结论

通过HET抗滑耐久薄层在广连高速公路的应用，得到如下主要结论:

(1)根据交通量组成及交通量，经结构优化设计与验算，推荐出适合广连高速公路的路面结构层厚度，设计结果对路基段路面结构以及水泥混凝土桥梁轻量化沥青铺装结构设计具有一定的参考价值。

(2)HET沥青混合料级配、马歇尔试验、水稳定性、动稳定度检测结果均符合相关技术要求，广连高速公路的HET沥青混合料配合比设计合理，油石比控制适宜。

(3)从通车长达4个月的路用性能跟踪观测结果看，HET抗滑表层IRI为0.80m/km，平整度保持优等级；车辙RD最大达2.1mm，认为无车辙病害，高温稳定性较好；横向力SFC系数保持在60～62之间，抗滑性能好。

广连高速公路采用3.0cmHET抗滑耐久薄层替代4.5cm的AC-16C，并将10cm桥面沥青层优化为9cm，具有节约石料、减小桥面恒载、减少二氧化碳的排放、减少车辆运输频次、节约施工成本的作用，为营运期预防性养护预留加铺1～2cm的空间。该工程应用成果可为各类新建公路、改扩建公路及城市道路中HET抗滑耐久薄层的应用、推广提供借鉴和参考。

(收稿日期：2022-04-11)

ApplicationofHETAntiSlidingDurableThinLayerinGuanglianExpressway

XIEGuangning,XUXinquan,ZHOUYong,BAOCongling,WUTufu

(1. Guangdong Jiaoke Technology R & D Co., Ltd., Guangzhou 510550，Guangdong， China;2.Guangdong Hualu Transport Technology Co., Ltd., Guangzhou 510420，Guangdong， China)

Abstract:In order to solve the outstanding problems of lacking of slip resistance durability of the traditional slip resistance and abrasion resistance layer and lacking of high-quality aggregate, the HET slip resistance and durability thin layer pavement structure has been optimized based on Guanglian Expressway, and the gradation of the HET slip resistance and durability thin layer mixture has been optimized based on the floor material of Guanglian Expressway. The performance of high temperature rutting resistance, water damage resistance and crack resistance have been verified and the test road has been paved. In the construction process, being based on the full-width paving process and the intelligent control system of pavement compaction quality, the ANTI-skid and durable HET thin layer has the advantages of reducing segregation, improving compaction efficiency and improving pavement quality. The test results after construction have shown that HET has good smoothness, high temperature rut proof performance and slip resistance, and can save 33% high-quality stone, reduce the dead load of bridge deck, reduce carbon dioxide emissions, reduce vehicle transport frequency and save construction cost. The asphalt layer of 10cm bridge deck can be optimized to 9cm.

Keywords:HET; expressway; anti-slip wearinglayer; optimized design