排水沥青路面长期性能观测与评价

尘福涛， 赵立东， 刘 帆， 黄士周

(中路交建(北京)材料工程技术有限公司， 北京 102199)

随着经济社会不断发展，人民的出行水平要求不断提高，“高安全”“环保”“以人为本”的交通建设理念也越加凸显。具有大空隙特征的排水沥青路面具有以下优点：①表面构造深度大，抗滑性能高；②大空隙特征具有很好渗水和排水功能，故路面在雨天表面无积水，能够防止路面形成“水漂”，行车视野清晰；③是一种低噪声路面，与密级配路面相比，可以降低路侧噪声3 dB以上，尤其在雨天条件下，排水沥青路面有非常明显的降噪效果[1-4]。排水沥青路面达到了现有路面技术中的“顶端路用性能”，在欧美、日本等发达国家被作为高安全、高舒适性铺装广泛应用[5-6]。但随着排水沥青路面使用年限的增加，由于路面堵塞病害的积累，其路用性能和服务功能相应也会存在一定的衰减[7]，因此，亟须对服务一定年限后的排水沥青路面的路用性能和服务功能衰减量及衰减趋势进行检测和分析，以判定是否有必要采取一定养护措施维持其良好的路用性能、服务功能及获取最佳的养护时机。

1 检测和分析路段概况

近年来，排水沥青路面在国内不断推广及应用，目前已经累计超过300 km，尤其在江苏省内，应用总里程已经超过160 km，其中80%以上为在原路面加铺4 cm的排水沥青罩面，以达到结构补强的目的。3条排水沥青路面结构形式如图1所示。

图1 路面结构形式

为分析服务一定年限后的排水沥青路面的路用性能和服务性能衰减量及衰减趋势，选择G328盐通、G1515盐靖、G2513淮徐3条高速公路所铺筑的排水沥青路面段落，组成“老、中、新”3种不同服役年限的排水沥青路面作为检测和分析样本，其中，G328盐通排水沥青路面总里程为16.8 km，服役年限已达到11年，在 2015年针对路面飞散掉粒病害进行过 “喷洒式”养护[8-10]；G1515盐靖高速公路排水沥青路面铺筑约64.4 km，服役年限已达到4年；G2513淮徐高速公路排水沥青路面铺筑共约82.2 km，服役年限1年。G1515盐靖高速公路及G2513淮徐高速排水沥青路面至今均未进行过任何系统性养护[11-15]。

依据《公路沥青路面养护设计规范》(JTG 5421—2018)，高速公路沥青路面功能性修复预期使用年限为5～8年[16]，本文以8年计， G328盐通排水沥青路面使用已超过设计使用年限，G1515盐靖排水沥青路面正处于设计使用年限中期，G2513淮徐处于设计使用年限初期。

2 排水沥青路面路用性能分析

江苏省高速公路管理公司每年都会对所管辖的路段进行路况检测，以获取路面使用现状。检测项目主要包括路面破损、路面车辙、路面抗滑、路面平整度等。本文结合路况检测数据对排水沥青路面路用性能随服役年限的变化趋势进行分析。由于路面破损种类多样性，不便于统计分析且路面抗滑后文有针对性分析，因此本文仅对路面平整度水平及路面车辙状况两项指标进行统计分析。

由于G2513淮徐高速公路排水沥青路面服役年限较短，因此分析对象主要包括服役中期和服役后期的G1515盐靖高速及G328盐通高速公路排水沥青路面，指标发展趋势如图2、图3所示。

图2 路面车辙指标发展趋势

图3 路面平整度指标发展趋势

由图2可知，随着服役年限的增长，排水沥青路面段落平均车辙指标均呈现持续增长趋势，G328盐通高速排水沥青路面在服役11年时，排水沥青路面平均车辙深度依然可维持在6～7 mm，依据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)[17]评价依然为优，说明排水沥青路面开级配特征对于抵抗车辙变形具有显著效果。由图3可知，排水沥青路面服役中后期平整度相对于中前期有一定的增长，中后期整体在1.1～1.6 m/km波动，依据《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)，使用11年的排水沥青路面平整度水平评价仍为优良。

3 排水沥青路面服务功能观测与评价

对G328盐通、G1515盐靖、G2513淮徐3条高速公路所铺筑的排水沥青路面进行路面服务功能检测，主要包括路面排水、路面抗滑以及路面降噪功能。

在选定路段上进行渗水、摆式摩擦、手工铺砂和噪声声级测定等试验，通过测试所得的路面渗水系数表征路面的排水性能；以摆式摩擦仪摆值[18]以及手工铺砂法[19]所得结果计算的构造深度，表征路面的抗滑性能；以测得的噪声声级[20]并通过比较表征排水路面的降噪性能。在抗滑和排水性能测试中需要注意，为使数据更具代表性，各检测段落至少选取3个断面，每个断面间距为100 m，并在每个断面的应急车道中间位置、应急车道左侧轮迹线、行车道中间和行车道右侧轮迹线位置都进行相关试验。

3.1 排水沥青路面排水功能

采用路面渗水仪测定G328盐通、G1515盐靖、G2513淮徐3条高速公路所铺筑的排水沥青路面渗水系数，检测数据如表1、图4所示。

表1 不同路段渗水系数

图4 渗水系数随服役年限趋势图

排水沥青路面渗水系数的衰减主要在于灰尘、车辆带来的沙砾、轮胎脱落的颗粒和绿化带植物产生枯枝败叶在车辆作用下形成的木屑等，这些杂物普遍较轻，在车辆行驶过程产生的气流作用下易分散到整个断面范围内，对原有的空隙产生堵塞。

从表1可以看出，行车道位置的渗水系数要稍高于应急车道位置的渗水系数，主要原因在于行车道长期受车轮荷载，对路面产生振动、泵吸以及加速路面结构内水运动等作用，从而减缓了路面的堵塞。

从图4可以看出，由于路面因空隙堵塞，排水沥青路面渗水系数是逐年衰减的，中后期衰减速率更大，但使用超过10以上的排水沥青路面仍具有一定的排水功能，路用性能和各项服务功能也都优于与SMA路面。因此，排水沥青路面在使用年限内如无特殊需要可不进行养护，对于排水功能要求较高的路段或区域，如高速服务区、公园等区域，可在合适时机采用清孔车对排水沥青路面进行清孔。由于现行规范没有对不同使服役年限的排水沥青路面渗水系数作出明确要求，如确需清孔养护，可以以渗水系数值衰减至初始检测值一半作为养护时机。

3.2 排水沥青路面抗滑功能

采用摆值与路面构造深度两种指标对路面的抗滑性能进行评价，摆值通过BM-III型摆式摩擦系数测定仪进行测定，构造深度采用人工铺砂法进行测定。

采用BM-III型摆式摩擦系数测定仪检测G328盐通、G1515盐靖、G2513淮徐3条高速公路所铺筑的排水沥青路面抗滑水平，检测结果如表2、图5所示。

表2 不同路段摆值(BPN)

图5 摆值(BPN)随服役年限趋势图

从表2可知，服役10年以上的排水沥青路面摆值检测数据(BPN)略低于新建普通路面，但远高于《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2017)对新建路面的抗滑要求值。

在同一横断面上应急车道中间位置的摆值稍高于其余位置，说明其抗滑性能表现较好。而行车道右轮迹线位置的摆值要稍低于同一断面中的其余各点，表明其摩擦系数较之其余各点要低，抗滑性能表现较差。

从表3可以看出，排水沥青路面的构造深度检测指标与检测位置相关性不大，从图6可以看出，随着排水沥青路面服役年限的增加，路面构造深度呈先衰减后基本趋于稳定的趋势，稳定阶段一般从3～4年后开始。

表3 不同路段构造深度

图6 构造深度随服役年限趋势图

根据《公路沥青路面设计规范》JTG D50—2017[21]中对沥青路面抗滑性能的要求，在最大降雨强度下，高速路面的构造深度需不小于0.55 mm。由于排水沥路面大空隙特征，即使在使用11年，路面构造深度依然在1.5 mm以上。

3.3 排水沥青路面降噪检测与分析

3.3.1 HT-8352声级计噪声测试

1)仪器准备。采用HT-8352声级计对排水沥青路面降噪效果进行检测。该款声级计可以测量30～130 dB范围内的噪声，精确度可达到±1.4 dB，该测量范围可以满足大多数高速公路的噪声测量要求[22]。声级计及软件界面如图7所示。

图7 声级计及噪声统计软件SLMB

2)测点布置。将HT-8352声级计固定在三脚架上，距离路表1.5 m左右，距离土路肩内边缘30 cm 左右，如图8所示。连续监测和记录20 min噪声数据。测得规定时间段的最大、最小值以及平均值进行统计和分析。

图8 噪声测试装置图

G328盐通、G1515盐靖、G2513淮徐3条高速公路排水沥青路面噪声测试数据见表4。

表4 不同路段排噪声水平

排水路面由于具有较大的空隙率，车辆行驶中因“泵吸”原理产生的轮胎/路面噪声声能，在通过路面孔隙时，部分能量被孔隙结构吸收，从而达到降噪的效果[22]。排水沥青路面会因为服役时间长短，使排水路面具有不同的噪声水平。

从图9可知，相对于普通密级配路面，使用11年的排水沥青路面降噪水平依然维持在1 dB(A)左右。考虑到不同测试路段交通量有所不同，从而会造成噪声测量上存在一定误差，但综合来说，随着使用年份的增加，排水沥青路面降噪水平呈现缓慢衰减趋势。对比分析3条高速公路的降噪数据，排水沥青路面在使用11年内，降噪水平平均每年衰减0.3 dB(A)。排水沥青路面服役中前期(4年)，降噪水平平均每年衰减0.6 dB(A)，设计使用年限中期(4年)至使用11年内，降噪水平平均每年衰减 0.1 dB(A)，说明排水沥青路面使用中后期降噪水平相对于使用中前期衰减速率更为缓和。

图9 噪声水平随服役年限趋势图

3.3.2 IMP-PI-SCT吸声测试

采用IMP-PI-SCT吸声系数测试仪对排水沥青路面的吸声效果进行检测，该仪器可用于测定垂直或倾斜入射条件下吸声材料的细声系数，测量频率范围分布在300 Hz～10 kHz[23]。IMP-PI-SCT吸声系数测试仪如图10所示。

图10 IMP-PI-SCT吸声系数测试仪

对于测得的吸声系数，每个点都选取频率在800 Hz左右是吸声系数的峰值。对于每个桩号横断面的4个位置，重复测两次吸声系数并取平均值。结合路面信息，经过整理，3条高速公路排水沥青路面吸声系数具体数据见表5。

表5 不同路段吸声系数

从表5中数据可以看出，使用10年以上的排水沥青路面吸声水平依然在60%以上。同一横断面4个位置中，应急车道的吸声系数基本都小于行车道的吸声系数，主要是由于应急车道仅有少量车辆荷载，而在行车道上，车辆的快速行驶会让轮胎对路面产生振动、轮胎的泵吸效应以及雨雪天气动水压力冲刷等原因一定程度上缓解孔隙堵塞问题，增大连通空隙率，因此行车道的吸声系数会明显优于应急车道，相同原理，行车道中心位置要略小于轮迹带位置。

为了更好地分析排水沥青路面吸声系数与服务年限增长的变化规律，选择具有车辆荷载的行车道轮迹带位置吸声数据进行作图分析，如图11所示。

图11 吸声系数随服役年限趋势图

由图11可知，随着服役年限的增加，排水沥青路面吸声水平呈现缓慢衰减趋势，服役中前期衰减速率相对于中后期更为迅速，这也证实了前小节数据检测和分析的结论。

4 结论

通过对G328盐通、G1515盐靖、G2513淮徐3条高速公路所铺筑的排水沥青路面选定段落进行路用性能和服务功能的检测与分析，主要结论如下：

1)排水沥青路面在使用超过10年后，仍能够保持优良的车辙和平整度等路用性能。

2)排水沥青路面降噪水平随着服役年限的增长是逐渐衰减的，中前期相对于中后期衰减更为迅速，服役11年的排水沥青路面依然可降噪1 dB(A)。

3)使用10年以上的排水沥青路面BPN值以及构造深度均远高于规范要求值，无须针对排水沥青路面的抗滑水平的衰减开展养护措施。

4)排水沥青路面渗水系数逐年衰减，但使用超过10以上的排水沥青路面仍具有一定的排水功能，路用性能和各项服务功能也都优于SMA路面。因此，排水沥青路面在使用年限内如无特殊需要无须进行养护。

5)运营使用超过10年的排水沥青路面，除路面排水和降噪功能有一定的衰减之外，其他各路用功能和服务功能保持良好，依然能够保持普通路面相同的使用性能。说明排水沥青路面是一种典型的安全、环保、耐久型路面。