上海绕城高速公路（同三段）重交通排水沥青路面应用实践.pdf

s 一G一 上海绕城 高速公 路( 同三段) 重 交通排 水 沥青 路面应用实践 赵 旭 ， 乔 丰 ， 孙 文 州 ( 上海 城建 高速 公路 管理 有 限公 司 ， 上 海市 高速 公路技 术 学科 ( 专项 技术 ) 研 究发展 中心 ) 摘要 ： 通过上海绕城 高速 公路 ( 同三段 ) 2 0 0 8年整治工程进行 了重交通排水 沥青路 面试验段 实践， 包括路 面结构补强设 计、 排 水系统设计 、 排水沥青混合料设计 与性能试验 、 排水 沥青 面层施 工与应用效果跟踪研究 ， 初步 表明排水沥青路 面的使用 对提高重交 通道路雨天行 _午的安全性及舒适性具有 良好 的效 果。经严 格的材料选择与设计的开级配 沥青混合 料 ， 可满 足重交通道 路使用性能 要 求 。 关 键 词 ： 整 治 1 二 程 ；重 交 通 ；排 水 沥 青 路 面 ；应 用 实践 0 前 言 排水 沥青 路面 作 为 一 种安 全 的路 面 形 式 ， 自产 生 以来 便受 到道路 建设 者 的普遍 关 注 。与 传统 的密级 配 沥青 混凝 土面层 相 比 ， 排 水 性 沥 青 路 面 表层 采 用 大 空 隙开级 配沥 青 混合料 ， 其 较 大 的孔 隙 ( 通 常 大 于 l 5 ) 赋 予排 水沥 青路 面 如下 优 点 ： ( 1 ) 表 面 粗 糙 ， 构 造 深 度 大 抗 滑性能 高 ； ( 2 ) 雨 天能 够 防止路 表水 膜 的形 成 ， 从 而抵抗 车 辆 的 滑 移 ； ( 3 ) 消 除 或 减 轻 车 尾 喷 水 花 的 现 象 ， 提高 驾驶 员视 线 的清 晰度 ， 显著提 高 车辆 雨天 行 驶 安 全性 ； ( 4 ) 排水 沥 青 路 面 作 为一 种 低 噪 音 路 面 ， 与 普 通 密级 配路 面 相 比 可 以 降低 道 路 噪 音 。路 面 表 层 采 用 大空 隙开 级配 沥 青 混 合 料 时 ， 设 计 空 隙率 通 常 大 于 1 5 0 o ， 使 用 期 间 表 层 混 合 料 几 乎 直 接 暴 露 在 阳光 、 大 气 、 降 水 、 冰 冻 等 自然 环境 因素 下 ， 路 面 在 承担 行 车 荷 载 作用 的 同时 ， 还 直接 经受 较严 酷气候 、 环境 因素 的考 验 ， 对排 水路 面使 用性 能提 出 了较高 的要 求 。L 大 1 此 ， 前 些 年排水 沥青 路 面主要 在轻 、 中交通 道路 中得 到 应 用 ， 而 在重 交通 与复杂 环境 素耦合 作用 下 的重 交通 道 路 中应用较 为 少见 。 我 国经 济 的快 速 发 展 以及 对 外 开 放 力度 的增 强 ， 给交 通运输 业 带来 快 速 发 展 机 遇 ， 同时 也 带 来 了 巨 大 的压 力 ， 运 输 车辆 中 大 型 货 运 车 辆 的 比重 不 断 增 加 。 上海 地 高速公 路 重 交 通 情 况 极 为 普遍 ， 对 行 车 安 全 提 出 了更 高 的要 求 。在 重 交 通 条 件 下 推 广 应用 排 水 沥青路 面 以改善 行车 安全 的呼 声很 高 。上海 市 建设 交 收 稿 日期 ： 2 0 0 9 1 1 2 3 基 金 项 目： 上海 市城 乡建 没 卜 j 交 通委 员会 资助项 目( 重 科 2 0 0 7 0 2 0 ) 通委 “ 十一 五 ” 重大 科 研 项 目“ 重 交 通 条 件下 排 水 沥青 路 面的应用 研 究” 即是 基 于此 需 求 展 开 的 。项 目组 在 对 排 水 沥 青路 面原材 料 、 混合 料 设计 、 结构 组 合 、 施工 工艺 等技 术研 究 的基 础 上 ， 形 成 重 交 通排 水 沥 青 路 面 应 用 成套 技术 ， 为排 水沥 青 路 面 在 重交 通 道 路 工程 中 的应 用 做 了 大 量 基 础 性 研 究 工 作 ， 并 取 得 了 阶 段 性 成 果 。结 合 2 0 0 8年 G1 5 O 1 上 海 绕 城 高 速 公 路 ( 同 三段 ) 整 治T 程 ， 进 行 了重 交 通排 水 沥 青 路 面 的应 用 实 践 ， 跟 踪 评 估 重 交 通 条 件 下 排 水 沥 青 路 面 的 使 用 效 果 。 1 上 海绕 城高 速公 路 ( 同三段 ) 重 交通状 况 上 海绕 城 高速公 路 ( 同三段 ) 为 交通部 规划 的国道 主干线 系统 中的一条 纵 向主干线 -_ _ - 一 同三 国道 的组 成 部 分 ， 在 上海 境 内也 是郊 区环线 高速 公路 G1 5 0 1的重 要 组成 部分 。位 于上 海地 区西 侧与浙 江 、 江苏 毗邻 ， 上 海 通往 省外 的多 条射 线公路 与 其相交 。根 据上 海 港总 体 规划 ， 上 海将 着力 发 展 外 高 桥 港 区 和洋 山港 区两 大 大 型集装 箱 港 区 。随 着 两 大 港 口的 建成 与 服 务 的完 善 ， 上海 地 区 乔 吐 量 的逐 年 上 升 ， 上 海 绕 城 高 速 公 路 ( 同 段 ) 作 为上海 外 同公路 系统 中快 捷 的大型 货运 交 通 出省通 道 ， 承担 着 往 江 苏 方 向及 外 高 桥 港 区往 浙 江 方 向疏解 通道 的重 要作 用 。 自 2 0 0 3年开 通 以来 ， G1 5 0 1 公 路 同三段 交 通量 总 体 上 呈 增 长 态 势 ， 2 0 0 8年 断 平 均 日交 通 量 为 3 9 1 7 2 p c u ， 年 均增 长 率 达 2 9 7 。受 上 海 市 集 装 箱 车辆 弹性 收 费 政 策 影 响 ， 2 0 0 6年 交 通 量 增 幅 最 为 明 N 。 1 2 0 1 0上冯 么赡 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 一 显 ， 集 卡 交 通 大 幅 增 加 ， 总 交 通 量 较 2 0 0 5年 增 加 7 3 6 。现 状集卡 交通 量 占总 量 的 比例 已达 到 3 0 ， 成 为上海绕 城高速 公 路 ( 同三段 ) 主 要交 通 构成 之 一 ， 现 状 的客货 车 交通 比例 为 4 6 ： 5 4 ， 货 运交 通 已成 为 主要 的交 通需求 ， 属典 型的重交 通道路 j 。 伴随着 交通量 特 别是 集 卡 重 车激 增 ， 路 面 出现 大 面积 的裂缝 、 车辙 、 唧浆 、 坑槽 、 网裂 、 沉陷 等路 面病 害 ， 严重 降低 了道路 平整 度 ， 影 响 了行 车安 全性 、 舒 适度 。 弹性 收费后 每年均 花 费 大量 经 费 ， 对 上 海 绕城 高 速公 路病 害严 重路段 进行 整治 ， 确 保行车 安全 。 2上海绕城高速( 同三段 ) 排水沥青路面应用技术问题 根据 2 0 0 8 年 上海 绕 城 高速 公 路 ( 同 三段 ) 整 治工 程 安排 ， 选 择在 外 圈 K1 3 +0 0 0 Kl 3 + l 0 0 ( 超 车 道 、 主 车道 、 紧 急停靠带 ) 、 K2 2 +1 0 0 K2 2 +2 0 0 ( 超 车道 、 主 车道 ) 、 K2 2 +4 0 0 K 2 2 +6 0 0 ( 主车道 、 停 车道 ) 等路 段修筑 排水沥 青路 面 。原路 面存在 的 问题 主要 包括 结 构强 度 不足 、 路 面 裂缝 、 车 辙等病 害 普遍 ， 道 路平整 度 及行 车安全 性不佳 等 。为确 保此次排 水沥青 路 面试验 成功 ， 重点对 如下 几 方 面 问题进 行 了针 对性 的措施 设 计 与研究 ： ( 1 ) 路 面结构补 强 上海 绕 城高速公 路 病害 浅 析与 治理 研究 3 表 明 ， 中央分 隔带 向路基 路 面渗 水 得不 到 及 时排 出 ， 导 致 土 基 、 基层 含水 量增大 ； 重车作用 则加剧 了路面结 构 的损 坏 ， 是 导致路 面结 构 强度 不 足 的重 要原 因 。根据 上海 地区高速公路整治设计原则 ： 属中、 次、 差的原路面结 构 ， 通 常需 要进 行基 层 翻挖 补 强 与潮 湿 土基 翻挖 更换 处 治 。如按 此 方 案 进 行 整 治 可 全 面 提 高 路 面结 构 强 度 ， 但工期 长 、 交通 影响 大 。在 当时改扩建情 况并 不 明 朗 的情 况下 ， 最 终选 择 了综 合造 价低 、 实施 方便 、 交 通 影 响小的路 基与基 层地 聚合 物注浆 补强 的方 案 。试 验 路段注浆前后路 面弯沉测试结果见表 1 ， 经地聚合物 注浆后 路面 弯沉 明显减小 ， 结构强度 明显增强 。 表 l 注 浆前 后 试 验 路 段 弯 沉 比较 注浆前百米代表弯沉 o 0 l mm 注浆后百米代表弯沉 o 0 1 mm 桩 号 超车道 主车道 超车道 主车道 K1 3+ 0 0 0 K1 3+ l 0 0 9 0 4 9 6 8 2 4 9 3 0 4 K2 2+ l 0 0 K2 2+ 2 0 0 7 3 5 7 0 0 1 9 3 1 8 4 K2 2+4 0 0K2 2+5 0 0 8 1 4 I l 9 2 K2 2 + 5 0 0K2 2+6 0 0 6 6 7 1 8 1 原 路面各 面层 采 用 的均 为 普通 沥 青 混合 料 ， 使 用 至今 已发 生损坏 ， 路 面平 整度欠 佳 ， 需 进行铣 刨加 罩处 理 。原路 面沥 青 面 层 为 上 海 早 先 的 “ 4 c m 上 面 层 + 5 c m中面层 +6 c m 下 面层 ” 的典 型结 构 ， 考 虑 到 铣刨 加罩 路段 与相邻 路段 或 车 道 面层 拼接 的需 要 ， 本 次 整 治工 程沿用 了该结 构形式 ， 但对材 料公称 粒径 、 沥青 材 质 、 防水黏层 等 ， 进 行 了针 对 性 设 计 以 确保 路 面 结 构 质量 。 根据前阶段研究成果 ， 表 面层采用 4 c m 厚 的 OGF C 一 1 3混合 料 ， 选用 国产“ 东海” 牌 成 品高 黏沥青 作为胶结 料 ， 国产矿物纤 维作 为稳定剂 ， 来改 善排 水 面 层 混合 料 的高 温稳 定性 、 低 温抗 裂性 、 水 稳 定性 、 抗 飞 散等性能， 以确保 排水面层满 足重交通 道路 的使用 要求 。 中下 面层 均选 用 AC 一 2 0 C 中粒 式 沥 青 混 合料 ， 中面层选用 S B S改性 沥青 ( I - D) ， 下 面 层采 用 7 O号 A 6上冯么魂 N o 1 2 O l O 级沥青 ， 以满 足重交 通道路 对 中下 面层的要 求 ， 确保 路 面结构 稳定 。 为 防止雨 水渗透 至 中 、 下面层 ， 避免水损 坏 的发 生 ， 应增 强排水 面层 与中层 间的层 间黏结 ， 确保 沥青 面 层结 构 整 体 承 担 重 交 通 作 用 。选 择 S B S改 性 乳 化 沥青 ( P C R)材 料 作 为 防 水 黏 结 层 ， 设 计 用 量 为 0 6 k g m ， 按一 0 1 0 1 5 k g m。 进 行 控制 ， 既 要保 证 防水效 果和层 间 的 黏结 ， 又 要 防止 用量 过 大 出现层 间 滑移 和施工期 间黏 轮现象 。 ( 2 ) 排水 系统设置 排水 沥青路 面 与密 实 型 沥青 路 面不 同 ， 主要 以表 面层 结构 内部排水 为主 ， 即降水 渗入表 面层后 ， 蓄积 在 表面层内、 中面层上， 顺着道路横坡 、 纵坡排至路面标 高较低 处 。因此 ， 应 在相应 高度位 置设置 泄流 区 ， 沟通 路 面与 边沟 ， 使 雨水 尽 快排 离 路 面 。原 道路 设 计 边缘 排水 系统采用 的是 U 型 明沟排 水 ， 近路 面一 侧杯 口与 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 原路 面 顶 标 高 相 同 ， 考 虑 到 排 水 标 高 与 原 道 路 产 生 4 c m的高 差 ， 设 计 考 虑将 内侧 杯 口割 掉 4 c m， 使 其 快 速排离 路 面 。此 外 ， 受本 次试验 路 段车道 的 影 响 ， 考 虑 到工 程实施 的经 济性 ， 根 据各路 段具 体情 况 ， 对路 面 横 向排水 系统 也进 行 了增设 ， 如表 2 所 示 。 表 2路 面 横 向 排 水 系统 设 置 情 况 路 段 排 水 系 统设 置 K1 3 十o o 0 K1 3+ l 0 0 ( 超 面层 铣 刨 后 ， 将 沿 线 u 型排 水 明 沟 近 路 车道、 主车道 、 紧急停靠带) 面一侧杯 口割除 4 c m 在紧急 停靠 带 上 每 隔 1 5 m 设 置 一 道 l _ 5 m宽的横 向排 水通 道， 路 段首尾 各 K 2 2 1 0 0 K 2 2 +2 0 0 ( 超 设一道 ， 铣刨 中上 面层 ， 加铺 5 c m 改性 车道 、 主 车道 ) 沥 青 AC 一 2 O ( 、 4 c m 开 级 配 沥 青 面 层 ， 将 1 5 m 宽 的 排 水 通 道 处 u 型 排 水 明 沟近路面一侧杯 口割除 4 c in K2 2 4 0 0 K2 2 +6 0 0 ( 主 面层铣刨后 ， 将沿线 U型排水 明沟近路 车道 、 停 车道) 面一侧杯 口割除 4 c m ( 3 ) 排水 沥青 混合 料设 计与性 能 试验一 I 按 照 马歇尔设 计方 法 ( 双面各 5 0击 ) ， 对 排水 沥青 混合料 材料 进行 了设 计 。试 验段 所 用 “ 东 海 ”牌 高 黏 沥青技 术性 能见 表 3 ， 矿 物 纤 维技 术 性 能 见 表 4， 其 掺 量为矿 料质 量 的 0 4 0 o 。粗 集料 采 用 辉 绿 岩 、 细 集 料 采用石 灰 岩 ， 级 配 设 计 时 主 要 控 制 矿 料 级 配 组 成 中 2 3 6 4 7 5 I n m 档 材料 用量 不超 过 1 0 ， 目标 空 隙率 为 2 0 左 右 ， 则矿料 组成 级配 见表 5。 表 3高 黏 沥 青 性 能 试 验 结 果 试验项 目 试验结果 技术要求 2 5 针 人度 o 1 n l n l 4 3 0 4 0 5 延 度 c m 3 2 3 2 5 软化点 8 9 6 8 O 密 度 ， 1 5 。C g c r n 1 0 2 1 实 测 弹 性恢 复 9 8 8 5 运动黏度 ， 1 3 5 P a S 3 5 1 实测 黏 力 黏度 6 O P a S 1 2 9 5 7 5 0 0 0 0 黏 韧性 2 5 N IT I 3 O 2 2 O 黏 结 力 2 5 N m 2 7 5 l 5 质 量 损 失 0 0 6 1 0 簿 膜老 化 针 入 度 比 8 8 3 7 5 1 6 3 ， 5 h 弹性恢复 8 2 7 7 5 5 延 度 c m 1 8 5 1 5 一一 表 4矿 物 纤 维 原 材 料 试 验 结 果 指标 试 验 结 果 技 术 要 求 纤维平均长度 H l m 4 3 6 表 观相对密度 2 6 2 5 含 水 量 0 4 2 2 外 观 絮 状 絮 状 吸油率 倍 6 7 5 表 5 OGF C一 1 3混合 料 级 配 通过筛孔( 方孔筛 ， ra m) 的百分率 项 目 1 6 0 1 3 2 9 j 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 0 0 7 5 设计级配 l 0 0 0 9 5 1 6 5 4 2 0 0 l 4 3 l 0 8 8 4 6 2 5 1 4 3 级配 上 限 1 0 O 1 O 0 8 0 3 0 2 2 l 8 1 5 1 2 8 6 级配 下 限 l O 0 9 0 6 O 】 2 1 0 6 4 3 3 2 选 定 四个 不 同 的 沥青 用 量 ， 分 别 进行 了混 合 料 体 积指 标 、 析 漏质量 损失 、 飞散 损 失 等指 标试 验 。根据 试 验结 果 ， 同时结合 室 内拌 和效 果 ， 选定 最 佳 沥青用 量 为 4 9 。对 设计 混 合 料 进 行 了析 漏 试 验 、 体 积 指 标 、 抗 飞散 、 水稳定 、 高 温稳定 、 低 温抗 裂 等性 能试 验 ， 结果 见 表 6 ， 各项 指标均 满足 既定重 交通 道路排水 沥青 混合 料 的技 术要求 。 表 6 O GF C混 合 料性 能 试 验 结 果 指标 试验结果 技术要求 析 漏 质量 损 失 0 1 l 0 3 空隙 率 2 0 5 1 8 2 5 肯 塔 堡 标 准飞 散 损失 1 J 7 2 0 残 留 稳定 度 S 8 7 】 8 5 冻融劈裂强度比 9 3 2 8 O 动 稳定 度 次 mm 1 j 6 0 0 4 5 0 0 低温弯曲破坏应变 3 0 6 3 2 5 0 0 3排水 沥青面层施工 与效 果跟踪 3 1 排水沥青路 面施工 在基层补强并 满足要求后 ， 于 2 0 0 8年 l 1 月 2 4 2 6 日， 进行 了上海绕城高速公 路 ( 同二 三 段 ) 重交 通排 水沥 青 路面试验段 施工 ， 结合试验段 的施 工进行 了如下 试验研 究与测试 ： ( 1 ) 拌 和时间控制 矿物纤 维材料采 用人工 直接投放方 法 ， 与矿料 同时 投入拌斗 ， 干拌时间按 8 S 进行控制便可获得 良好的分 散效果 ， 如 图 1 所 示 。 N 。 1 2 0 1 0上冯 魂 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 一 胍 一 图 1 矿 物纤 维 分 散效 果 ( 2 ) 施 ： 【质量 控制 施工 时最低气 温仅为 5 1 O。 (， 为确保 摊铺碾压质 量 ， 将 混合料出厂温度提高至 l 7 5 l 8 5 ， 同时 做好运 输车辆保温措施 。 跟踪测 试表明混合料摊 铺温度 满足不 低 于 l 6 0 的技术要求 。 施工过程 中按照“ 紧跟慢压” 的要求 采用两 台双钢 轮压路机进行碾 压 ， 各 阶段 碾 乐温度 、 碾压设 备 使厢情 况如表 7 所示 。各 路段 完丁 后未 发现 沥青 析漏 而导致 的糊面现象 ， 表观质量 良好 。 表 7 现 场 施 工碾 压 情况 碾 压 阶段 设 备 台数 型号 温度 碾 遍 数 遍 初 压 】， I ) D1 l 0 开 始温 度 ： 1 5 01 6 2 3 复 压 开始 温 度 ： 1 2 3 1 ,3 2 2 1 Y Z C1 2 开 始 温度 ： 9 3 】 0 2 终压 1 2 终 压 完 f ： 温度 6 j 7 3 ( 3 ) 施丁质量检测 施工质量检测 结果 ： 钻 试 验表 明 ， 巾上 面层 层 间黏结 良好 ， 马 氏压实度达 1 0 1 ， 现场 空隙率为 1 8 6 ( 室 内马歇尔试 件空 隙率 为 1 9 4 ) ， 压 实质 量 良好 ； 路面构造深度达 1 6 -2 0 m m， 摆值 均超过 5 5 B P N； 各测 点 渗 水 系 数 均 超 过 7 0 0 mI 1 5 s ， 满 足 不 小 于 6 0 0 mL 1 5 s fl 既定 目标要求 。 8上冯 么咯 N 。 1 2 0 1 0 3 2 应 用效 果跟踪 目前 。 该排水路 面 通车 已有 1年 多时 间 ， 已经受 了 一 个冬 季 、 一个 夏季 的考 验 。跟踪 测试 表 明： 路况 总 体 良好 ： 现场 未发现 坑洞 、 裂缝 等病害 ； 沥青 裹覆石料情 况 良好 ， 未发现石料 飞散 、 沥青膜磨 损现象 ； 开级配排水 沥青面层内部未产生压密性车辙变形， 混合料抗车辙性 能初步得到验证 。雨天效果 ： 排水 沥青路 面表 面无水 膜 、 无积水 ， 行驶 车辆 经 过时 雨雾 现象 明显低 于临 近密 实路面。 后行车辆视线感 良好。防滑性能： 路面构造 深度与通车时相当， 仍为 1 6 2 0 mm； 摆值介于 5 5 6 5 B PN。 防滑性能优 良。 4结 语 结合上海绕城 高速公 路 ( 同三段 ) 进行 的重 交通排 水沥青路面应用实践与研究初步表 明 ： ( 1 ) 采用 同产成 品高黏 沥青 、 矿物纤维稳定 剂 ， 并经 过严 格设计的排水沥青混合料 ， 可 满足重交通道路对 排 水 沥青路 面材料 的高 温稳 定 、 低 温抗裂 、 常温 飞散 等全 面性 能的要求 。 ( 2 ) 重 交通 条件 下 ， 排水 沥青 路 面具有 良好 的路表 服务特性 。路 面构造 深度 1 6 mm 以上 ， 雨 天路 面安全 特性高 ， 路表无 积水 ， 抗滑性 能好 ， 高 速行 车无水 漂 ， 抑 制溅水和水雾 ， 行车视线好 。 参考文献 ： 1 上海市高速公路技术学科( 专项技术) 研究发展中心， 上海市 市政规划设计研究院 重交 通排 水沥青路 面的应用研究 ( 阶 段报告) R12 0 0 8 2 上海市市政规划设计研究院A 3 o公路 同三段北段 ( A l l A 8 ) 拓宽和整治丁程可行性研究报告 J R 2 0 0 9 3 乔丰同- - 高速公路( 上海段 ) 路面病 害浅析与治理 J 中 国市政 T 程 ， 2 0 0 8 ( 4 ) 4 上海市公路T程 质量检测 中心， A 3 0同三高速公路 O 8年下 半年度中修工程路基路面回弹弯沉试验报告 R 2 0 0 8 I s 上海市市政规划设计研究上海市高速公路技术学科( 专项 技术) 研究发展 中心A3 O同三 国道重交通排水沥青路面配 合 比设计报告 R _ 2 0 0 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m