多孔水泥混凝土路面在山区公路中应用研究进展

包 琪，许纯梅，史晓娜

(西南林业大学 土木工程学院，昆明 650224)

中国是一个多山国家，山地面积占全国总面积的2/3。以云南省为例，山地面积占全省总面积的比例高达94%[1]。众所周知，山区地质情况复杂，地势落差较大，很多路段常采用连续升坡或连续降坡展线的方法克服高差；或为了改善公路线型和节省占地在地形复杂的山区公路选线中，采用隧道可为选线提供最佳方案。山区公路特殊的道路结构、交通组成及所处恶劣的自然环境，长期重载和水分的侵蚀使得相当一部分山区道路在未达到设计年限时就发生不同程度的破坏；同时，不能及时排干的路表水导致路面抗滑系数下降，交通事故发生概率明显增大，而且是重、特大交通事故较多，对国家和人民生命财产造成巨大的损失。因此，山区道路路面铺筑材料的合理选择显得尤为重要。

多孔水泥混凝土作为一种新型路面材料，是一种由水泥、粗集料和水拌制而成的贫混凝土[2]。多孔水泥混凝土路面具有良好的表面性能，形成的骨架孔隙结构可以迅速排干路表水，提高路面的整体强度，防止“水飘”现象发生，避免夜间行车时，水面对车灯的反射造成驾驶员的错觉，保证了行车所需的抗滑性及行车安全[3]。此外，多孔水泥混凝土路表暴露的大量粗集料使路面具有良好的抗磨耗性能，同时满足排水、抗滑及降噪等方面的要求。本文针对山区公路病害形成特点展开分析入手，提出多孔水泥混凝土作为一种新型路面材料在山区公路中特殊路段(长坡、急弯、路肩及凹型竖曲线)和山区公路隧道中的合理应用。

1 多孔水泥混凝土在山区公路中特殊路段的应用

山区公路在选线过程当中，由于受到地势、地形和坡向等约束条件，常出现一些特殊线形路段。

一方面，为了克服高差，路线设计中不可避免会遇到“长”、“陡”坡的问题。当坡度、坡长较大时，不仅行车舒适性很差，而且行车速度和安全性将受到极大的限制，在荷载、自然条件和交通环境等多种复合因素的作用下，采用沥青路面将会频繁产生病害，上坡段出现车辙，下坡段出现推移、拥包和开裂，早期水损坏现象严重[4]。加之货车在长下坡路段频繁制动导致制动器温度过热而刹车失灵的问题，常在车上加装淋水器，在行驶过程中不断给车轮淋水降温[5]。不能迅速排干的路表水降低了车辆行驶所需的抗滑能力，埋下安全隐患；另外，山区公路不可避免的出现凹形竖曲线，纵坡较大时，由原坡形成的凹向竖曲线底部因排水不畅或不及时而极易汇水，不封水的沥青混凝土路面长期浸泡在水中，导致沥青与集料之间的粘结能力下降。与此同时，路面受到行车荷载的反复作用，形成坑槽、唧浆和麻面等病害，大大降低了沥青混凝土路面的使用寿命及行车舒适性。

另一方面，受山区地形限制，设计过程中最小转弯半径不能完全符合设计规范要求，当弯道处车辆行驶速度较大时，由于向心力不足造成车辆滑移甚至侧翻。进而引起急弯路段上的沥青路面受压密变形、磨光和磨损两个变形同时作用[6]，造成路面构造深度明显减小，而在汽车轮胎与环境荷载的综合作用下，因沥青路面被磨光，其抗滑性能持续下降[7]，车辆受离心力的作用极易产生滑移侧翻。大量的统计数据表明：道路交通事故发生率与路面的抗滑性能密切相关，路段的雨天事故发生率与晴天事故发生率均随路面抗滑指标值的提高而下降，路面排水不畅是引起车辆打滑进而造成交通事故的主要原因之一。

此外，山区高速公路修筑路肩时受地形地貌条件的约束，相对平原和丘陵地区应适当缩减路肩设计宽度可以有效减少修筑难度和工程造价。但过窄的山区高速公路路肩会增加驾驶员行车时的心理紧张度和心理负担，这样在长时间行车过程中，驾驶员容易过早疲劳导致操作失误，甚至有时出现行驶车辆偏离行车轨道，引发道路交通事故。同时，山区公路半填半挖路段相对较多，很多驾驶员在夜间行驶由于视线不佳容易行出行车道而驶向路肩，在不及时使回行车道的情况下，有很大可能侧翻入悬崖，安全隐患不容忽视；

大孔隙结构使多孔水泥混凝土道路具有良好的排水性能和降噪效果。2004年，长安大学郑木莲[8]采用自行设计的渗透仪对4种级配的集料进行试验，得到了渗透系数与空隙率之间的关系，当有效空隙率ne(%)为33.5时，渗透系数K(cm/s)可达17.25。国内外研究的试验结果表明，多孔水泥混凝土的透水系数范围为0.1～1.5cm/s。荷兰的经验表明，多孔层厚4cm，保持孔隙率25%能最大限度的降低交通噪音。对荷兰等国家对欧洲项目进行分析得知，多孔水泥混凝土面层比其他面层结构的降噪效果要好，此时多孔水泥混凝土的孔隙率为17.3%[9]。同时，多孔水泥混凝土路表暴露的大量粗集料使路面具有良好的抗磨耗性能。按规范要求，新建水泥混凝土路面的摩擦系数(BPN)值要大于45，多孔水泥混凝土的BPN值可高达55，其抗摩擦性能满足要求，使路面保持较好的完整性[9]。因此，针对山区公路特殊路段(长坡、急弯及凹型竖曲线)，尤其当纵坡大于6%时，不宜铺设沥青类路面的长坡路段，可以铺筑多孔水泥混凝土路面，其良好的排水性能不但避免了水损害的加剧，同时提高了道路的抗滑能力，保证路面的平整性及行车安全。此外，当驾驶员行驶在铺有多孔水泥混凝土的路肩时，车身发生的轻微颤是提醒驾驶员已经偏离行车道的重要信号，警示驾驶员应尽快将车辆驶回安全地带，减少车辆侧翻坠崖事故的发生。

2 多孔水泥混凝土在山区公路隧道中的应用

公路隧道具有改善路线线形、缩短行车里程、提高运性效率及保护环境的重要作用，是高速公路穿越山岭重丘区的比较经济的工程方案[10]。由于公路隧道一般位于大山、河流等特殊地段上，具有线形复杂多变、温差小、湿度大、空气污染严重和交通噪声大等特点。随着经济建设的近一步深入，长大隧道将越来越多的出现在高速公路中。

当前，隧道沥青路面施工常用的热拌沥青混合料所释放出的热量及有害气体不能有效快速的散开，导致隧道内施工环境恶劣，对施工人员身体造成巨大伤害，摊铺设备和碾压设备也会因发动机水温过高而频繁停机。据资料显示[11]：在生产沥青混合料的过程中，温度升高10℃，每吨混合料将多产生0.9kg的CO2排放量，将混合料温度降低30℃，改性沥青混合料CO2排量削减13%。为解决热拌沥青带来空气污染的问题，出现了温拌沥青混合料这种环保型材料。温拌沥青拌制过程中不仅依然存在有害气体排放，同时拌和温度的下降导致强度降低，不能作为隧道内路面材料的最佳选择。开放交通阶段，为了避免隧道内由于交通事故引起的车辆火灾的火势蔓延，常采用阻燃沥青作为面层铺筑材料，但其价格昂贵，造成材料预算过高。路面磨耗(使用过程中车辆与道路产生磨耗)和路面污染(烟尘积聚)、路面潮湿(纵坡路段货车刹车产生的水滞留在隧道进口处，不易风干)引起隧道路面抗滑性能下降[10]，造成隧道内交通事故频繁发生。此外，当隧道的长度超过1000m后，解决噪音和照明等运营环境问题便显得尤为重要[12]。隧道内行驶车辆产生的噪音发生反射、共振和叠加对驾驶者有着非常消极的影响。噪声持续时间之久能使人的反应能力下降，心理恐慌、烦躁，容易诱发交通事故。美国职业安全与健康管理局(OSHA)《职业安全与卫生条例》规定：当噪声超过80dB时，会对人的听力造成很大的伤害。朱文[12]等人对重庆部分隧道进行了现场声级测量，测量数据表明，4座隧道(2座普通混凝土路面和2座沥青路面)内的噪声水平都在85dB之上。

多孔水泥混凝土可以厂拌后运送到隧道内进行施工，几乎“0污染”的施工环境受到广大施工人员的青睐。并且凭借多孔水泥混凝土良好的排水性能及降噪性，道路在运营阶段满足了车辆安全行驶的抗滑要求的同时，保证了隧道内友好的行车环境。目前，国内外学者对多孔水泥混凝土的降噪特性均有相关研究。Desornet实测数据表明这种路面可以降低6dB(A)的噪声[13-14]。2006年，交通部公路科学研究所[15-16]在广西铺筑了一条多孔水泥混凝土试验路，测量结果表明，多孔水泥混凝土路面降噪约5dB(A)。

公路隧道尤其是长达隧道内的光线较暗，应采用具有高漫反射率的材料作为隧道内路面摊铺材料，以获得良好的照明效果[17]。一般隧道内明亮的混凝土路面反射系数为0.24～0.31，明亮的沥青路面反射系数为0.18～0.21[18]，水泥混凝土路面的高反射系数对道路安全具有重要作用，有助于提供道路标线或背景灯能见度对比，从而防止眩光。多孔水泥混凝土路面弥补了沥青混凝土路面及普通混凝土路面的诸多不足之外，在相同条件下可减少隧道内照明要求，有助于节约能耗。因此，白色多孔水泥混凝土路面在公路隧道中应用具有社会效益和经济效益。

3 结束语

我国幅员辽阔，山区众多。由于山区道路受山区地形、地势及自然环境等因素影响，对山区道路路面材料的选择提出了更高要求。通过分析山区公路病害形成的特点，论述了多孔水泥混凝土作为一种新型路面材料在山区公路中特殊路段和山区公路隧道中的合理应用是保证路面完整性及预防道路交通事故的有效方法之一。为特殊路段(长坡、急弯、路肩及凹型竖曲线)和山区公路隧道存在的安全隐患提供了良好的技术借鉴。同时，针对多孔水泥混凝土存在的不足提出以下建议。第一，空隙率的大小及分布特征以是影响多孔水泥混凝土材料各项指标的关键因素，由于不同空隙率范围呈现出的材料性能有所不同，应加强对材料内部细观结构特征与其宏观性能间的关联性发展研究。第二，研究彩色多孔水泥混凝土的制备、性能、铺筑技术和养护方法，让彩色多孔水泥混凝土路面为山区公路增添活力，同时起到正确诱导驾驶员视线的作用，保证行车安全。

【参 考 文 献】

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