楊 夢(mèng)，湯天樂(lè)，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(wèn)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(chē)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(guò)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(wèn)題產(chǎn)生原因及常見(jiàn)處治措施

1.1 超高外側(cè)路面積水問(wèn)題產(chǎn)生原因

高速公路由直線(xiàn)段的雙向路拱橫斷面逐漸過(guò)渡到圓曲線(xiàn)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(jiàn)處治措施

目前針對(duì)超高漸變段路面積水問(wèn)題常見(jiàn)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(kāi)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(chē)道上，在超高漸變段的超車(chē)道上，每隔一定距離，開(kāi)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(guò)切槽引流至中溝內(nèi)。

4)振動(dòng)標(biāo)線(xiàn)[5]。為避免普通熱熔標(biāo)線(xiàn)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(xiàn)。由于振動(dòng)標(biāo)線(xiàn)突起塊之間有凹槽，汽車(chē)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(chē)正處于特殊道路上,從而引起司機(jī)的警覺(jué)而讓其減速行駛；另一方面，由于振動(dòng)標(biāo)線(xiàn)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(chē)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(wèn)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(lèi)型，又稱(chēng)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(chē)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(chē)道開(kāi)展排水路面解決超高漸變段積水問(wèn)題的試驗(yàn)性工程應(yīng)用。方案如下：

1)表面層采用全幅車(chē)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(guò)排水面層排入中溝，通過(guò)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(kāi)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(guò)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(mǎn)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(guān)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(xiàn)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(chē)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(kāi)始，目前只在龍永高速、岳望高速及潭邵大修中鋪筑過(guò)試驗(yàn)段[7]，養(yǎng)護(hù)中修工程暫無(wú)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(méi)有排水瀝青專(zhuān)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(zhuān)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(kāi)挖，開(kāi)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(guò)排水路面排入中溝(見(jiàn)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(jiàn)圖4b)。

a)中溝路段改造 b)路肩改造

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(méi)有配置專(zhuān)門(mén)投料機(jī)。本項(xiàng)目均采用人工投放拌缸(能在拌和過(guò)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(chēng)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(guò)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(jiàn)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(pán)瀝青混合料產(chǎn)量2.5 t，則每盤(pán)混合料需添加聚酯纖維2.5 kg，在廠(chǎng)家稱(chēng)重按每袋2. 5 kg分裝。高黏劑需現(xiàn)場(chǎng)電子秤稱(chēng)重，每盤(pán)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(chē)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(chē)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(guò)雨天觀(guān)測(cè)，路面積水問(wèn)題得到了有效解決(見(jiàn)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(wèn)題，降低雨天行車(chē)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(guò)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(wèn)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(wèn)題具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。