梁庭熹，包聰靈，許新權，青 健，謝光寧

(1.廣東惠清高速公路有限公司，廣州 510623；2.廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

排水瀝青路面是一種大孔隙的瀝青路面，該種瀝青路面采用開級配設計思路，具有較大的空隙率(一般為18%～23%)和豐富的連通孔隙率，能夠使雨水迅速下滲并在內部排出[1]。曹東偉等人[2]的研究成果表明，同等條件下，排水瀝青路面產生的水膜厚度是普通瀝青路面產生水膜厚度的5%～10%，說明排水瀝青路面可以較大程度減少車輛行駛過程中的濺水和噴霧，提高雨天行車安全。此外，排水瀝青路面的骨架空隙結構能夠形成豐富的表面宏觀構造，從而擁有較好的抗滑性能，同時，大孔隙率使得車輪和路面之間產生的噪音具有充分的消散空間，降低行車過程中產生的噪音[3-4]。

在路線縱斷面設計時，不可避免地會出現(xiàn)變坡點和平坡段，這些位置雖然考慮了橫坡排水，但是，廣東降雨量通常較大且急，在平坡段單靠橫坡很難快速排出路表水。鑒于此，在惠清高速公路平坡段采用開級配的排水瀝青路面。本文通過室內試驗和現(xiàn)場試驗路鋪筑驗證，研究了排水瀝青路面在廣東的應用，分析了該新型路面的疲勞性能，為后續(xù)排水瀝青路面在廣東省的應用提供依據和參考。

1 工程概況

惠清高速公路全長125km，主線采用瀝青混凝土路面。為驗證排水瀝青路面的路用效果，在惠清高速公路左幅ZK181+080～ZK182+250平坡段鋪筑長度為1 170m的OGFC-13試驗路面，路面結構見表1。

表1 路面結構型式

2 OGFC-13配合比設計

2.1 原材料

上面層OGFC-13粗集料為輝綠巖，集料粒徑規(guī)格分別為10～15mm、5～10mm、3～5mm；細集料為輝綠巖自制0～3mm機制砂；采用廣東四會市富鴻環(huán)保材料廠生產的礦粉，由石灰?guī)r磨細制成；英德海螺水泥責任有限公司的 PO42.5水泥；瀝青為殼牌新粵(佛山)瀝青有限公司的殼牌(HV型)高粘改性瀝青。

原材料試驗結果見表2～表4。

表2 配合比集料密度試驗結果

表3 (HV型)高粘瀝青主要物理指標試驗結果

表4 RTFOT(163℃，75min)老化后物理指標試驗結果

2.2 瀝青混合料配合比設計

采用馬歇爾方法進行瀝青混合料配合比設計，重點考慮瀝青混合料的抗高溫性能、抗水損害的能力，OGFC-13的配合比設計見表5。

表5 OGFC-13礦料合成級配

通過室內馬歇爾試驗，最終確定最佳油石比為5.2%，瀝青混合料性能指標試驗結果見表6。

表6 OGFC-13瀝青混合料配合比設計試驗結果

3 路用性能

采用路面滲水儀、高精度斷面儀、激光紋理儀、SCRIM橫向力系數測試車對OGFC-13路面路用性能進行檢測和評價。

3.1 表觀效果

上面層OGFC-13試驗路路面平整，整體表觀均勻性好(圖1)，粗骨料分布較均勻，骨料間嵌擠效果較好。

圖1 整體表觀均勻性

3.2 滲水系數

隨機抽取4處進行滲水系數測試(圖2)，檢測結果見表7。滲水系數均大于2 000mL/min,合格率100%。

表7 試驗段路面滲水系數檢測結果

圖2 滲水系數測試

3.3 平整度測試

采用高精度手推式斷面儀Walking Profiler G3在OGFC-13路面選取長度500m進行測試，按照超車道、行車道、慢車道、路肩縱向連續(xù)測試4個斷面，如圖3所示。0.5m計算值作為儲存數據，統(tǒng)計結果見表8。

圖3 測試方案

表8 IRI數據統(tǒng)計分布結果

分析看出，IRI分布在0～1之間的比例占86.96 %，分布在1～2之間的比例為11.76 %，IRI大于2的比例占1.28%，各斷面整體攤鋪的平整度較為良好。

3.4 構造深度測試

采用TM2路面激光紋理儀測試表面紋理。選取200m作為測試樣本，樣本縱向連續(xù)，橫向按間距1m劃分為15個矩形區(qū)域，采用激光紋理儀沿矩形區(qū)域進行表面紋理深度的連續(xù)掃描測試，采樣間距為3mm/道，計算每10m的平均值。測試數據統(tǒng)計結果見表9。

表9 構造深度

由表9數據可知，快車道的平均構造深度最大為1.207，超車道次之為1.205，慢車道最小為1.181。整體而言，構造深度較大，能夠滿足設計要求。

3.5 橫向力測試

采用SCRIM橫向力系數測試車進行橫向力系數檢測。將測試結果修正成20℃溫度標準值，檢測路段橫向力系數檢測統(tǒng)計結果見表10，共抽檢177點，平均值57，代表值56，合格153點，合格率為86%。

表10 橫向力系數SFC檢測結果

4 抗車轍性能分析

4.1 計算模型

采用ABAQUS建立該路面結構的二維蠕變參數模型，分析OGFC-13路面的抗車轍性能。

參照設計文件，結合相關文獻[6]的研究成果，路面結構形式和各層材料參數見表11。

表11 路面結構及參數

計算假設層間完全連續(xù)，各層材料為各向同性均勻體[7]。根據文獻[8]的研究結果，車胎對路面的作用并不是圓形分布，而是隨著輪壓、車輛荷載和輪胎花紋等變化而變化，車輛輪胎與路面的接觸形狀更加接近矩形，接地長度L=0.15～0.30 m。本研究采用如圖4所示的長方形均布荷載作為輪壓作用范圍。

圖4 輪載作用簡化圖

將100kN荷載作用等效呈矩形時，荷載寬度B=18.6cm，輪胎接地壓強為P=0.7MPa，在接地壓力和接地長度一定的情況下，根據行車速度V，有：

t0=L/V

式中:V為行車速度；L為接地長度；t0為每次輪載時間。

因此，本文研究時將輪載作用1萬次等效為荷載累計作用時間為100s進行分析。100萬次及荷載作用10 000s的車轍計算結果如圖5所示。

圖5 100萬次荷載車轍云圖

4.2 計算結果

根據設計文件，本文依托項目的15年單車道累計交通量為2.01×107次，因此，本文計算了軸載作用10萬次到2 000萬次的車轍量，結果如表12和圖6所示。

圖6 車轍和荷載作用次數的關系

由表12和圖6可知：隨著荷載作用次數的增加，隆起值和凹陷值逐漸增大；當荷載作用為1 500萬次時，車轍為1.95cm，接近2cm，隆起值始終小于凹陷值；當荷載作用次數為100萬次時，隆起值對車轍的貢獻率占總車轍變形的9.46%。隨著荷載作用次數的增加隆起值對車轍的貢獻率增大，當作用次數為2 000萬次時，隆起值對車轍的貢獻率占總車轍變形的21.6%。

5 結語

OGFC-13作為一種功能性磨耗層，在排水、降噪等方面有較大的優(yōu)點，但對其實際路用效果和抗車轍性能的優(yōu)越性研究較少。本文通過配合比設計、路用性能檢測和車轍有限元模型計算，得出以下結論：

(1)OGFC-13在配合比設計時應采用優(yōu)質的磨耗層碎石，且應采用高粘瀝青，目標孔隙率一般為18%～23%。

(2)OGFC-13施工后構造深度較大且分布均勻；平整度指數IRI大于2的僅占1.29%，各斷面整體平整度分布情況基本一致，整體攤鋪的平整度較為良好；共抽檢177點，平均值57，代表值56，合格153點，合格率為86%。

(3)隨著荷載作用次數的增加，隆起值和凹陷值逐漸增大，隆起值始終小于凹陷值。當荷載作用為2 000萬次時，車轍為2.22cm，表明該路段OGFC-13路面能夠滿足抗車轍的要求。