排水路面在沿海地区高速公路养护工程中的应用

韦 毅

(1.广西交科集团有限公司,广西 南宁 530007;2.高等级公路建设与养护技术、材料及装备交通运输行业研发中心,广西 南宁 530007;3.广西道路结构与材料重点实验室,广西 南宁 530007)

0 引言

广西沿海地区为广西年降雨量最多区域,在气候上偏向热带海洋季风气候,年平均降雨量往往≥2 000 mm,尤其在夏季频繁出现日降雨量≥50 mm的暴雨天气。通过运营单位反映,双向八车道等宽幅路面的“零坡段”路段位置,强降雨后常出现因排水不畅造成路面积水的情况。车辆在行驶至该路段时,路面积水水膜厚度大,使汽车轮胎与路面接触面积小,车辆刹车距离大大增加或急速减速时车辆打滑,高速行驶车辆水漂大,严重影响后车行驶视线从而造成交通事故发生。排水沥青路面具有空隙率大、行车噪声小、高温稳定性好等特点,可大大减少强降雨后路面出现积水从而导致交通事故频发的情况。本文依托沿海某高速公路,通过对零坡路段实施专项养护工程,铣刨旧沥青上面层重铺排水沥青面层工程实例,对养护工程路面结构方案进行设计,对PAC-13排水沥青混合料配合比进行室内试验设计,阐述施工过程中与新建路面不同的施工质量控制要点,通过连续两年路面技术状况检测评估养护工程实施后的效果,为解决宽幅路面排水不畅造成的行驶隐患、全面提高运营路段安全性能及服务水平提供借鉴。

1 路面方案设计

1.1 路面结构组合设计

广西沿海地区某高速公路当前为双向八车道,单向行车道宽度达15 m,属于宽幅路面,设计时速为120 km。项目建成通车运营后,部分路段存在排水不畅、雨天事故多发的情况。为消除雨天路面积水、增加行驶安全性,该项目对雨天排水不畅路面积水、事故多发路段应用大空隙排水沥青路面,以解决因路面易积水引发的行车隐患问题,全面提升该运营路段的安全性能和服务水平。路面结构组合如表1所示。

表1 路面结构组合表

1.2 边部排水设计

PAC-13排水路面工程实施范围内,超高段将利用缝隙式集水沟切割开槽方式进行排水,路拱横坡路段则采用切割边沟开槽的方式进行排水,均为每间隔1 m开一处排水槽,开槽尺寸为宽10 cm、深6 cm。开槽槽底应低于铣刨后旧路中面层顶面。槽底有一定横坡,集水沟侧稍低,以保证雨水顺利排至集水沟内。

2 排水沥青混合料配合比设计

2.1 原材料

2.1.1 SBS改性沥青

SBS改性沥青性能见表2。

表2 SBS(Ⅰ-D)改性沥青性能试验结果表

由表2可知,所用沥青均符合设计文件技术要求。

2.1.2 添加剂

所用添加剂为高黏剂和聚酯纤维。高黏剂掺量为SBS改性沥青质量的8.7%,聚酯纤维掺量为沥青混合料质量的0.1%。具体使用方法为:将一定质量的高黏剂、聚酯纤维和集料一起加入拌和锅中,拌和90 s后,再加入SBS改性沥青拌和90 s,最后加入矿粉拌和90 s,即制备得到PAC-13排水沥青混合料。

2.1.3 矿料

矿料吸水率及密度试验结果见表3。

表3 矿料吸水率、密度试验结果表

2.2 目标配合比设计

2.2.1 矿料级配设计

根据矿料的筛分结果,调试两组不同的PAC-13矿料级配以确定目标配合比。按油石比4.8%制作马歇尔试件,测定VV、VFA和VMA等指标,在符合设计要求条件下根据工程经验确定矿料级配,测试结果见表4。试件成型过程中马歇尔试件击实次数为50次,集料的烘料温度为185 ℃,沥青的加热温度为165 ℃,沥青混合料的拌和温度为180 ℃,击实成型温度控制在170 ℃～175 ℃。根据工程经验,选择合成级配一作为初拟矿料级配并进行后续验证,如表5所示。

表4 两组矿料级配的设计组成结果表

表5 初拟级配的体积分析结果表

2.2.2 油石比确定

通过析漏试验和飞散试验确定油石比。根据图1的谢伦堡沥青析漏试验结果,PAC-13 的最大油石比OACmax=4.80%;根据图2的肯塔堡飞散试验结果,PAC-13 的最小油石比OACmin=4.72%。根据《排水沥青路面设计与施工技术规范》 (JTG/T 3350-03-2020)[1],PAC-13的最佳油石比为最大油石比4.8%,其马歇尔试验结果见表6。

图1 析漏损失与油石比关系曲线图

图2 飞散损失与油石比关系曲线图

表6 4.8%油石比下的马歇尔试验结果表

由表6可知,设计的排水沥青混合料PAC-13的马歇尔试验指标均满足规范及设计文件要求。

2.3 性能验证

2.3.1 水稳定性

对所设计的排水沥青混合料PAC-13进行残留稳定度试验和冻融试验,分别以残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比评价其水稳定性能[2],见下页表7～8。

表7 浸水马歇尔残留稳定度试验结果表

由表7、表8可知,设计的排水沥青混合料PAC-13的残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比均满足规范及设计文件要求。

表8 冻融劈裂试验结果表

2.3.2 高温稳定性

对所设计的排水沥青混合料PAC-13进行车辙试验。根据表9试验结果可知,所设计的排水沥青混合料PAC-13的动稳定度符合其技术要求。

表9 车辙试验结果表

根据室内试验结果和混合料的各项技术要求,表明本次所设计的排水沥青混合料PAC-13的各性能指标均符合其技术要求,可作为排水沥青混合料PAC-13生产配合比设计的依据。

3 施工工艺质量控制要点

对在运营中的高速公路进行铣刨重铺排水沥青路面,施工中除按照新建高速公路施工要点进行质量控制外,还需对旧路铣刨、防水粘结层施工,摊铺碾压等工艺提出更高的质量控制要求。

3.1 铣刨

采用精铣刨对原路沥青上面层进行处理,尤其应注意对铣刨深度的控制;为保证路面横向排水通畅,还应注意对铣刨面横坡的控制,可适当增加横坡。应防止出现局部铣刨过深造成下雨积水点情况的出现。

3.2 防水粘结层施工

防水粘结层采用SBS改性热沥青作为胶结料,并撒布一定量的碎石或预裹附沥青碎石,粘结层沥青撒布量宜控制在1.5±0.2 kg/m2,碎石规格为5～10 mm,碎石应采用辉绿岩[3],进行拌和楼滚筒除尘,含泥量≤3%。在保证施工不粘轮的情况下,建议碎石撒布量采用下限值。

3.3 拌和

拌和过程要严格控制SBS改性沥青和集料的加热温度以及SBS改性沥青混合料的出厂温度[1]。PAC-13混合料拌和时间根据具体情况确定,以沥青均匀裹覆集料为准。间歇式拌和机每盘的生产周期为65～75 s,其中干拌时间为20 s,湿拌时间为45～55 s。施工流程第一步:骨料+聚酯纤维,加热温度185 ℃～200 ℃,干拌时间为20 s;第二步:掺入SBS改性沥青+高黏添加剂,沥青温度≥160 ℃、拌和10～20 s;第三步:掺入矿粉,拌和35 s。

3.4 运输

运输车应全部用篷布覆盖,用以防止运输途中沥青混合料降温过快、遭受雨水和其他污染等。出料后,后场技术员对每辆运输车的沥青混合料出厂温度进行检测,合格后方可运输出场。到达施工现场后,技术员对每辆运输车的沥青混合料到场温度再次进行检测。混合料到场温度过低会导致现场碾压温度不够,平整度下降、成型后的路面空隙率过大。

3.5 摊铺

采用1台摊铺机进行全幅摊铺,避免出现施工纵缝及确保摊铺横坡;保持摊铺机连续且稳定运行,是提高路面平整度的重要手段。摊铺机不得随意变换速度或中途停顿,摊铺速度应与拌和楼产能相匹配,宜控制在1.5～4.0 m/min。

3.6 碾压

初压采用2台钢轮压路机静压1～2遍,复压采用2台钢轮压路机同进同退组合碾压3～4遍,终压采用胶轮压路机1～2遍,最后紧跟1台钢轮压路机碾压1遍收光。应注意碾压遍数的控制,过压会导致空隙率过小,从而影响渗水性能。

4 检测结果及后续跟踪监测

4.1 工程检测结果

对铣刨重铺排水路面路段进行工程质量检测,结果汇总如表10所示。

表10 排水路面工程检测结果汇总表

4.2 跟踪监测结果对比分析

采用多功能检测车,施工后连续两年对实施路段进行路面技术状况检测,对比分析试验路段的总体性能及耐久性。检测结果如后页表11所示。

表11 试验路段施工后路面技术状况检测结果表

由表11检测结果可知,PAC-13排水路面经过2年的使用,各路段两年的PQI评分均在90分以上,说明路面具有优良的使用性能。从各路段PQI评分结果看,2022年PQI与2021年PQI差值分别为0.31、1.69,两年评分结果十分接近,表明2022年PAC-13路面使用性能总体与2021年保持在同一水平。各路段PCI、RQI、RDI、PBI等分项指标评分与2021年检测基本相同,SRI为检测结果中相对差别较大的指标,其中G75下行3车道K2030+800～K2031+900路段的2022年SRI评分为86.93,较2021年的91.30下降了4.37,评分等级由“优”下降为“良”;G75下行3车道K2052+200～K2053+400路段的2022年SRI评分为87.29,较2021年的90.00下降了2.71,评分等级由“优”下降为“良”,表明此路段抗滑性能有一定程度的下降。

5 结语

经过本文研究认为,排水沥青混合料在沥青混合料配合比设计时通过适当提高路面高温稳定性,注重旧路铣刨及防水粘结层施工工艺质量等技术要求,路面经过两年使用后仍具有良好的路面技术状况。通过排水沥青路面大空隙率的特点,能有效解决多雨地区宽幅路面“零坡段”雨天路面积水,行驶车辆易打滑发生交通事故的问题,为后续类似养护工程的建设实施及排水沥青路面的技术推广提供经验借鉴。