超高性能排水磨耗层在广三高速公路中的应用

超高性能排水磨耗层在广三高速公路中的应用

郭江涛

广东冠粤路桥有限公司 广东省 广州市 511400

摘要：随着我国公路养护技术发展水平的不断提升，超高性能排水磨耗层（UHPP）是将间断级配热拌沥青混合料与乳化沥青相结合的一项技术，能够解决路面轻微裂缝、轻微松散，车辙，路面渗水，表面贫油、老化，抗滑性能降低等病害，既可用于旧路面表面功能的恢复，又可用于新建路面的抗滑层。本文依托于广三高速公路中修工程实例，从原材料、配合比设计、施工工艺等方面介绍超高性能排水磨耗层在广三高速公路中修工程中的应用情况。

关键词：超高性能排水磨耗层；预防性养护技术；施工工艺

1  项目概况

近年来，广东省高速公路建设发展迅速，通车里程已破10000公里，高速公路养护维修任务随之增加，对高速公路的养护技术与管理水平也提出了更高的要求。广三高速公路于1994年建成通车，为双向四车道高速公路，并于2003年对全线路面进行大修。于2009年3月～2012年10月进行扩建工程，通过两边扩宽方式扩建为双向八车道。扩建项目建成后，原有的双向4车道改为双向8车道，通行能力大为提高，在较大程度上缓解珠三角地区通往粤西地区的交通瓶颈问题。广三高速公路扩建通车至今近八年，由于大交通量、工程维修难度复杂及不良地质的影响，虽然总体路面状况良好，但部分路段路面病害较多。为了改善路面现有的通车条件，延迟路面损坏，对路况较好、病害轻微且未大规模发展，满足预防养护的K9～K15和K16～K17路段罩面2cm超高性能排水磨耗层进行预防性养护[1]。

1.1  旧路概况

广三高速公路起于广东省佛山市南海区大沥镇，与广佛高速公路相接，途经佛山市南海区、三水区的大沥、松岗、罗村、狮山、小塘、西南等乡镇，终点与已通车的广贺高速公路相通，全长29.986公里。工程按高速公路标准建设，全封闭、全立交，路基宽度 41 米，双向八车道，设计行车速度100km/h。广三高速公路由S55二广高速广州支线和G55二广高速两段组成，S55二广高速广州支线全长22.505km（桩号范围：K0+000～K22+505），G55二广高速全长7.481km（桩号范围：K2714+353～K2706+872）。

1.2  路面状况与评价指标

为全面了解本段路的路面破损状况，并合理制定预防性养护方案，根据佛山市公路工程质量检测所《佛山广三高速公路2018年公路技术状况评定报告》中的检测数据，汇总双向八车道路用性能、路面破损、平整度、车辙的技术指标检测与调查情况，PQI、PCI、RQI、RDI指标按《公路技术状况评定标准》（JTG H20-2007）进行评定，以评定结果为基础进行预防性养护维修及方案选择的决策分析。各车道双向公路技术状况评定指标统计情况详见表1。

表1  各车道双向公路技术状况评定指标汇总表

1.3  预防性养护方案

对不满足国评要求，但路况较好、病害轻微且未大规模发展，满足预防养护的K9～K15和K16～K17路段罩面2cm超高性能排水磨耗层进行预防性养护。预防性养护路段仅对路基段实施，不含大中小桥。应对原路面病害彻底处治（灌缝、挖补、注浆、铣刨重铺等）后方可实施预防性养护。

超高性能排水磨耗层[2-3]是开级配的大空隙排水式沥青抗滑表层，采用专用同步薄层摊铺机将间断级配的热拌沥青混合料铺筑在同步喷洒的高性能改性乳化沥青粘结层上，分UHPP-2型（厚1.5～2.5cm）和UHPP-1型（厚0.8～1.2cm）两种结构。本项目超高性能排水磨耗层采用UHPP-2型结构，设计厚度为20mm。

2  配合比设计

2.1  原材料的技术指标及检测结果

2.1.1  高性能改性乳化沥青。超高性能排水磨耗层粘层油宜采用高性能改性乳化沥青，该改性乳化沥青质量指标要求如表2所示。

表2  高性能改性乳化沥青质量指标要求

2.1.2  壳牌克裂王Super-PMB超高粘改性沥青。各项指标满足表3的技术要求。

表3  壳牌克裂王Super-PMB超高粘改性沥青检测结果

2.1.3  集料。粗集料：3-5mm、5-10mm，河源芙蓉石场；细集料：0-3mm，英德市英城南山长丰矿石加工厂；填料：水泥，广州市越堡水泥有限公司，矿粉，佛山市三水区南山镇角窝北石仔场；各项指标符合沥青路面混合料用集料质量技术要求。各矿料、填料筛分检测结果如表4所示。

表4  各矿料、填料筛分检测结果

2.2  目标配合比设计

2.2.1  确定矿料级配组成。根据各集料、矿粉的筛分数据，按照设计文件中UHPP-2沥青混合料级配范围，经反复计算、调整、试验比选后确定矿料比例为：5-10mm:3-5mm:0-3mm:水泥:矿粉=26.0%:60.0%:10.0%:2.0%:2.0%；按照这个进行掺配，形成表5合成级配结果。

表5  目标配合比合成级配

2.2.2  确定最佳油石比。根据热拌沥青混合料配合比设计程序和设计文件，采用上述设计级配，按0.3%间隔调整5个油石比：4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.6%，进行马歇尔试验，计算空隙率VV、间隙率VMA、饱和度VFA等体积指标如表6所示。

表6  马歇尔试验结果汇总

本次配合比设计经技术经济分析，综合考虑，确定最佳油石比为5.0%。

2.3  配合比验证

根据确定的矿料级配和最佳油石比，对UHPP-2沥青混合料配合比设计进行检验，检验内容有：沥青混合料马歇尔试验、谢伦堡沥青析漏试验、肯塔堡飞散试验、残留稳定度试验、冻融劈裂试验。经验证，混合料各项性能均符合设计文件具体指标，结果见表7。

表7  配合比设计检验结果

2.4  生产配合比设计

经过对拌和站热料仓材料进行筛分，以目标最佳油石比5.0%为中值，进行±0.3%马歇尔试验，根据试验结果选定最佳油石比为5.0%，并按照相应比例形成生产配合比（见表8）。

表8  超高性能排水磨耗层（UHPP-2）沥青混合料生产配合比

3  试验段施工及工艺总结

3.1  改性乳化沥青膜喷洒和UHPP-2热沥青混合料摊铺

高性能薄层专用设备福格勒SUPER1800-3SJ，设备包含受料斗、螺旋输送器、乳化沥青储罐、乳化沥青喷洒和计量系统、宽度可调节的振动熨平板等部分。该设备能够一次性改性乳化沥青膜喷洒和摊铺沥青混合料摊铺及熨平。改性乳化沥青膜在60～80℃的温度下喷洒，喷洒量控制在1.2L/m2，必须精确计量，以保证洒布均匀。必要时，洒布量在现场由工程师根据具体路面情况进行调整。

摊铺热沥青混合料前预热熨平板，预热温度应接近沥青混合料的摊铺温度；沥青混合料的摊铺温度控制162～174℃，不超过190℃。摊铺机料斗受料前应涂刷少量柴油、水混合液，防止混合料与料斗粘结；自卸车缓慢向料斗卸料，摊铺机推动自卸车前进，开始摊铺；混合料必须均匀、连续不间断地摊铺，试验段开始摊铺机起步速度设置为8m/min，摊铺稳定后行走速度保持在10m/min。摊铺过程中，摊铺机螺旋送料器应不停地转动，保证混合料高度不少于送料器高度的2/3，以使摊铺出的混合料表面不发生离析；机械摊铺的混合料，不宜多用人工修整，当出现局部缺料、表面不平整、局部离析等现象必须修整时，须在主管人员指导下进行；路面角隅位置的混合料采用人工整平；摊铺好的混合料要及时碾压，如因故不能及时碾压或遇雨时，应停止摊铺，并对卸下的混合料覆盖保温。

图1  防水粘结层洒布与混合料摊铺一体化施工工艺示意图

3.2  UHPP超高性能排水磨耗层碾压

配备2台12t以上双钢轮振动压路机，以慢而均匀的速度碾压，达到最佳的压实效果。初压温度不低于155℃，静压不少于2遍。终压紧接在初压后进行（以混合料不粘轮为度），温度不低于130℃，静压不少于2遍，并无轮迹。

3.3  衔接处处理

UHPP超高性能排水磨耗层起始点或与含伸缩缝桥面衔接时，首先采用精铣刨机进行长度为30m、深度为2～0cm渐变的纵向顺坡方式，然后用切缝机及电镐将衔接处的根部垂直于道路中线横向切齐并清除干净，确保垂直接缝。

4  试验路检测数据

检测人员于2020年4月20日至22日对广三高速公路铺筑的超高性能排水磨耗层试验路进行了检测。检测项目包括构造深度、摩擦系数及渗水系数，并进行了钻芯取样，观测厚度、级配及层间黏结情况。检测结果均满足设计图纸要求，具体检测结果见表9。

表9  UHPP-2超高性能排水磨耗层试验路检测结果

由表9可以看出，UHPP-2超高性能排水磨耗层各项检测指标均满足设计要求，且将原路面的构造深度增大了74%，平整度标准差降低了38%，且排水性能也大大提高。UHPP-2超高性能排水磨耗层充分发挥了其特性，在加快排水的同时，也大大提高了原路面的抗滑性能。

5  结论

1、UHPP超高性能排水磨耗层沥青混合料采用大孔隙开级配，其孔隙率大于20%。能有效地防止雨天汽车行驶时产生水漂，消除车轮带起的水雾，具有良好的排水、降噪、抗滑性能，是一种有效地预防性养护措施。

2、UHPP超高性能排水磨耗层能够显著提高旧路面、桥面和隧道路面的抗滑指标，加铺后，SFC指标测试结果表明提高70%左右，大大提高了公路运营的安全性。

3、超薄技术能有效地节省宝贵的矿产资源、油气资源，减少加热沥青混合料所产生的废气对大气的排放和污染，符合节能环保国策要求，社会效益和经济效益十分明显。

参考文献

[1]中华人民共和国交通运输部.公路沥青路面养护设计规范:JTG 5421-2018[S].北京:人民交通出版社,2018.

[2]王勇.UHPP超高性能路面的研发与创新[J].中国公路,2019(11):128-129.

[3]曹景超.超高性能排水路面UHPP的应用[J].建材与装饰,2019(14):244-245.