楊 夢(mèng)，湯天樂，胡 琦

(1.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410015；2.湖南省高速公路集團(tuán)有限公司衡陽(yáng)分公司，湖南 衡陽(yáng) 421000)

0 引言

路面積水問題是路面修養(yǎng)護(hù)工程的一大“頑疾”，湖南許多高速公路均存在積水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響行車安全，特別是超高漸變段等公路合成縱坡較小的路段，暴雨期間路面匯水難以迅速排除，易成為事故頻發(fā)的交通黑點(diǎn)[1]。

規(guī)范[2]規(guī)定各級(jí)公路最小合成坡度不宜小于0.5%，在超高過渡的變化處，合成坡度不應(yīng)設(shè)計(jì)為0%。當(dāng)合成坡度小于0.5%時(shí)，應(yīng)采取綜合排水措施，保證路面排水暢通。

1 超高漸變段路面積水問題產(chǎn)生原因及常見處治措施

1.1 超高外側(cè)路面積水問題產(chǎn)生原因

高速公路由直線段的雙向路拱橫斷面逐漸過渡到圓曲線段的全超高單向橫斷面時(shí)，其間必須設(shè)置超高漸變段，正常路拱面層水在縱坡和橫坡作用下為散排，而在超高漸變段，路面外側(cè)逐漸抬高，橫坡由正坡向負(fù)坡漸變，或由負(fù)坡向正坡漸變，特別是在橫坡度為0%的斷面，路面的排水方向發(fā)生突變，導(dǎo)致雨天超高漸變段容易產(chǎn)生路面積水。

1.2 常見處治措施

目前針對(duì)超高漸變段路面積水問題常見的處治措施主要有以下幾種：

1)延長(zhǎng)中央分隔帶中溝的長(zhǎng)度及加密橫向排水管。早年建設(shè)的高速公路進(jìn)行超高外側(cè)中溝設(shè)計(jì)時(shí)，中溝的起點(diǎn)一般設(shè)計(jì)在橫坡為零的位置，但由于縱坡的關(guān)系，往往從漸變段起點(diǎn)開始公路的綜合坡度就很小，水流速度慢，排水困難。延長(zhǎng)中溝長(zhǎng)度并適當(dāng)加密橫向排水管，可提高排水效率。

2)嵌入式橫向排水路面[3]。由于超高外側(cè)積水主要發(fā)生在超車道上，在超高漸變段的超車道上，每隔一定距離，開挖一定寬度及深度的截水溝，再采用透水材料進(jìn)行回填。

3)路面切槽構(gòu)建微型截水溝[4]。在超高漸變段區(qū)域每隔一定距離進(jìn)行切槽設(shè)置微型截水溝，采用小型銑刨機(jī)或人工方式，從溝面中間向四周切割路面至規(guī)定的寬度、深度，路面積水通過切槽引流至中溝內(nèi)。

4)振動(dòng)標(biāo)線[5]。為避免普通熱熔標(biāo)線對(duì)路面徑流的“水壩效應(yīng)”，在超高漸變段范圍設(shè)置振動(dòng)標(biāo)線。由于振動(dòng)標(biāo)線突起塊之間有凹槽，汽車輪胎壓上之后會(huì)產(chǎn)生隆隆的響聲,這種響聲會(huì)提醒司機(jī)汽車正處于特殊道路上,從而引起司機(jī)的警覺而讓其減速行駛；另一方面，由于振動(dòng)標(biāo)線表面是凸凹相間的，當(dāng)下雨時(shí)，雨水會(huì)沿著凹槽排走，突起塊不會(huì)被雨水覆蓋，仍能和輪胎發(fā)生摩阻力，保證行車安全。

這些處治措施對(duì)路面積水都有一定的改善效果，但仍不能徹底解決超高外側(cè)路面積水問題，特別是中雨等級(jí)以上的降雨或降雨時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，超高漸變段仍積水嚴(yán)重。本文以南岳高速公路為例，對(duì)采用排水瀝青路面解決這一難題進(jìn)行應(yīng)用研究。

2 排水路面

排水瀝青路面，即表面層由空隙率在18%以上的瀝青混合料(厚度一般為4～5cm)鋪筑，路表水可滲入路面內(nèi)部并橫向排出的瀝青路面類型，又稱多空隙瀝青路面。由于其多空隙結(jié)構(gòu)特征，降雨情況下雨水滲入路面內(nèi)部并橫向排出，從而消除嚴(yán)重影響行車安全的路表水膜，這種路面在雨天具有突出的排水和抗滑性能[6]。

南岳高速公路現(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)為：4 cm改性瀝青SMA-13上面層+6 cm改性瀝青AC-20C中面層+7 cm普通瀝青AC-25C下面層+1 cm改性瀝青同步碎石封層+透層+36 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層+18 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層。雨天部分路段積水嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)積水處大都位于超高漸變段，故本次選取了南岳高速公路K11+750～K12+100上行全幅車道開展排水路面解決超高漸變段積水問題的試驗(yàn)性工程應(yīng)用。方案如下：

1)表面層采用全幅車道銑刨原SMA-13路面，重鋪PA-13排水面層，超高漸變段路表積水通過排水面層排入中溝，通過橫向排水管排出路外。

2)防水黏結(jié)層：采用改性乳化瀝青，用量為0.8 kg/m2，分2次灑布，第1次灑布完破乳后，進(jìn)行第2次灑布，第2次灑布破乳后進(jìn)行排水瀝青路面的攤鋪。

3)邊部改造：在中溝路段，對(duì)靠近中溝一側(cè)的中面層進(jìn)行開挖，挖出深6 cm、寬20 cm的溝槽后，對(duì)水泥砼中溝和邊溝溝身側(cè)壁以5～10 m為間隔進(jìn)行打孔，然后回填碎石至中面層頂面，保證路表積水通過路面排入中溝。對(duì)于路肩低側(cè)路段，則對(duì)土路肩每隔4 m橫向切5 cm寬、12 cm深的槽，確保排水路面排水路徑通暢，如圖1所示。

a)平面圖

b)邊部立面圖

3 瀝青混合料設(shè)計(jì)

3.1 原材料

試驗(yàn)段所用粗集料及高黏瀝青的檢測(cè)結(jié)果如表1 、表2所示，其他原材料的各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)均滿足現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

表1 粗集料主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目壓碎值/%洛杉磯磨耗損失/%磨光值軟弱顆粒含量/%粗集料與SBS改性瀝青的黏附性/級(jí)表觀相對(duì)密度吸水率/%針片狀顆粒含量/%9.5～13.2 mm4.75～9.5 mm9.5～13.2 mm4.75～9.5 mm9.5～13.2 mm4.75～9.5 mm堅(jiān)固性/%試驗(yàn)結(jié)果12.314.1460.652.9522.9590.610.766.86.91.1技術(shù)要求≤20 ≤28 ≥42 ≤1 5≥2.6≤2.0≤10 ≤15 ≤12

表2 高黏瀝青主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目針入度(25 ℃,100 g,5 s)/0.1 mm延度(5 ℃,5 cm/min)/cm軟化點(diǎn)(TR&B)/℃運(yùn)動(dòng)黏度(170℃)/(Pa·s)動(dòng)力黏度(60℃)/(Pa·s)閃點(diǎn)/℃溶解度/%離析,軟化點(diǎn)差/℃彈性恢復(fù)(25℃)/%25 ℃相對(duì)密度TFOT后殘留物質(zhì)量變化/%針入度比(25 ℃)/%延度(5 ℃)/cm試驗(yàn)結(jié)果45331011.282681 00031699.621.5981.033 -0.102 8525技術(shù)要求≥40≥30≥85≤3≥200 000≥230≥99≤2.5≥95— ±1.0 ≥65≥20

3.2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

3.2.1級(jí)配設(shè)計(jì)

排水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)應(yīng)考慮排水功能和力學(xué)功能的平衡。因此設(shè)計(jì)3組級(jí)配,從細(xì)到粗分別命名為級(jí)配1(m1#∶m2#∶m3#∶m礦粉=50∶33∶11∶6)、級(jí)配2(m1#∶m2#∶m3#∶m礦粉=53∶32∶9∶6)、級(jí)配3(m1#∶m2#∶m3#∶m礦粉=55∶32∶7∶6)。其合成級(jí)配曲線如圖2所示，3種級(jí)配體積指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，通過比較馬歇爾穩(wěn)定度和空隙率，選定級(jí)配2 為PA-13目標(biāo)配合比的礦料級(jí)配。

圖2 PA-13混合料級(jí)配合成圖

3.2.2確定設(shè)計(jì)瀝青用量

通過選定級(jí)配2并預(yù)估最佳油石比為4.6%，分別按0.5%間隔進(jìn)行5組油石比的謝倫堡析漏和肯塔堡浸水飛散試驗(yàn)(見圖3)。從圖3可以得出，肯塔堡飛散損失率的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)油石比為4.60%，謝倫堡析漏損失率的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)油石比為4.66%，分別以肯塔堡飛散損失率和謝倫堡析漏損失率對(duì)應(yīng)的拐點(diǎn)作為最大油石比和最小油石比，結(jié)合各油石比對(duì)應(yīng)的體積指標(biāo)、PA-13瀝青路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和衡陽(yáng)地區(qū)所處地理環(huán)境，取最大油石比和最小油石比中值，得出：PA-13最佳油石比為4.6%。PA-13在最佳油石比OAC=4.6%時(shí)，其各項(xiàng)體積指標(biāo)與強(qiáng)度指標(biāo)如表3所示。

圖3 最佳油石比確定圖

表3 最佳油石比對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)體積指標(biāo)與強(qiáng)度指標(biāo)項(xiàng)目混合料最大實(shí)測(cè)相對(duì)密度試件空隙率VV(體積法)/%試件毛體積相對(duì)密度穩(wěn)定度MS/kN凍融劈裂/%謝倫堡析漏損失/%肯塔堡浸水飛散損失(20℃)/%滲水系數(shù)/(ml·min-1)車轍/(次·mm-1)試驗(yàn)結(jié)果2.68821.72.1066.0588.60.277.45 1069 842技術(shù)要求—18～25—≤3≥80≤0.8≤15≥5 000≥5 000

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

湖南省應(yīng)用排水瀝青路面起步較晚，從2016年開始，目前只在龍永高速、岳望高速及潭邵大修中鋪筑過試驗(yàn)段[7]，養(yǎng)護(hù)中修工程暫無排水路面施工的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。由于傳統(tǒng)中修養(yǎng)護(hù)工程中，生產(chǎn)AC混合料或SMA混合料的拌和樓沒有排水瀝青專用高黏劑及聚酯纖維的投放裝置，如何運(yùn)用傳統(tǒng)中修采用的拌和樓生產(chǎn)排水瀝青路面專用PA-13瀝青混合料，是該工藝在中修養(yǎng)護(hù)工程中能否得以推廣的首要難題。以下從排水系統(tǒng)改造、排水瀝青混合料生產(chǎn)、碾壓幾個(gè)方面詳細(xì)介紹養(yǎng)護(hù)中修工程排水瀝青路面施工關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 排水系統(tǒng)改造

為保證路表水順利排出，對(duì)現(xiàn)有中溝及路肩低側(cè)進(jìn)行改造。

1)在中溝路段，對(duì)靠近中溝一側(cè)的中面層進(jìn)行開挖，開挖深6 cm、寬20 cm的溝槽后，對(duì)水泥砼中溝和邊溝溝身側(cè)壁以5～10 m為間隔進(jìn)行打孔，然后回填碎石至中面層頂面，保證路表積水通過排水路面排入中溝(見圖4a)。

2)在路肩低側(cè)路段，則對(duì)土路肩每隔4 m橫向切5 cm寬、12 cm深的槽，確保排水路面排水路徑通暢(見圖4b)。

a)中溝路段改造

b)路肩改造

4.2 混合料生產(chǎn)

原則上，高黏劑和聚酯纖維2種產(chǎn)品最好同時(shí)采用投料機(jī)添加。但是，本次排水路面施工是湖南省第1次在高速公路中修養(yǎng)護(hù)工程中應(yīng)用的試驗(yàn)工程，瀝青拌和樓為臨時(shí)租賃，沒有配置專門投料機(jī)。本項(xiàng)目均采用人工投放拌缸(能在拌和過程中充分分散，且與混合料拌和均勻)。瀝青拌和樓配置3人，1人負(fù)責(zé)用電子秤稱重高黏劑，1人負(fù)責(zé)投放聚酯纖維，1人負(fù)責(zé)投放高黏劑。

經(jīng)過多次試拌后，調(diào)整并確認(rèn)了最終拌和時(shí)間及拌和工藝(見圖5)，具體工藝如下：

圖5 拌和時(shí)間及拌和工藝

1)固定每盤瀝青混合料產(chǎn)量2.5 t，則每盤混合料需添加聚酯纖維2.5 kg，在廠家稱重按每袋2. 5 kg分裝。高黏劑需現(xiàn)場(chǎng)電子秤稱重，每盤混合料需8.8 kg。

2)每次添加纖維、高黏劑應(yīng)與拌和機(jī)的拌和周期同步進(jìn)行，纖維、高黏劑在冷態(tài)條件下，與集料同步添加，纖維+集料+高黏劑拌和10 s后,加入礦粉，繼續(xù)拌和5 s。

3)噴灑瀝青，繼續(xù)濕拌35 s，直到所有集料顆粒全部裹覆瀝青混合料，以瀝青混合料拌和均勻?yàn)槎取?/p>

4.3 混合料碾壓

由于排水瀝青路面空隙率高達(dá)18%～25%，粗集料基本為點(diǎn)與點(diǎn)接觸，容易壓實(shí)，也容易將集料壓碎，造成瀝青混合料局部失去黏聚能力，從而導(dǎo)致掉粒飛散等病害。排水瀝青路面碾壓主要需控制均勻壓實(shí)和對(duì)集料多次碾壓搓揉以達(dá)到穩(wěn)固。本次試驗(yàn)路碾壓方案如下。

1)單車道：1 臺(tái)13 t振動(dòng)壓路機(jī)靜壓4遍；靜壓完成后，1臺(tái)膠輪壓路機(jī)碾壓2遍；最后采用113 t雙鋼輪壓路機(jī)終壓1遍，消除輪跡。

2)雙車道：2臺(tái)13 t 振動(dòng)壓路機(jī)并聯(lián)靜壓4遍；靜壓完成后，1臺(tái)膠輪壓路機(jī)碾壓2 遍；最后采用1臺(tái)13 t雙鋼輪壓路機(jī)終壓1遍，消除輪跡。

5 質(zhì)量檢測(cè)及效果評(píng)估

施工前，對(duì)舊路面SMA-13上面層進(jìn)行了檢測(cè)，路面施工完后，按照要求再次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表4所示，排水瀝青路面各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)良好，特別是路面滲水系數(shù)由之前的不滲水提高到5 235 ml/min。通過雨天觀測(cè)，路面積水問題得到了有效解決(見圖6)。

表4 試驗(yàn)路成品路面檢測(cè)數(shù)據(jù)項(xiàng)目平均滲水系數(shù)/(ml·min-1)平均構(gòu)造深度/mm平均摩擦系數(shù)(BPN)壓實(shí)度代表值/%施工前檢測(cè)值不滲水1.155488.7施工后檢測(cè)值52350.936699.0

a)施工前

b)施工4個(gè)月后

6 結(jié)語(yǔ)

排水瀝青路面具有較好的排水性能，可有效解決高速公路超高漸變段排水不暢問題，降低雨天行車事故率。相比新建工程及大修工程，中修養(yǎng)護(hù)工程拌合樓生產(chǎn)水平稍低，通過對(duì)拌和時(shí)間、拌和工藝、碾壓工藝等進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，有效解決了排水路面在湖南省中修養(yǎng)護(hù)工程應(yīng)用的施工難題，同時(shí)驗(yàn)證了在中修養(yǎng)護(hù)工程中采用排水路面施工的可行性，以及排水路面在解決超高漸變段路面積水問題上的有效性。排水瀝青路面在湖南地區(qū)高速公路養(yǎng)護(hù)中修工程中解決超高緩和段積水問題具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。