预制型沥青砂泄水口应用研究

2022-05-12刘宏业

交通世界 2022年12期

刘宏业

（石家庄市西柏坡高速公路管理处，河北石家庄 050000）

0 引言

水是危害公路的主要因素之一。路基沉陷、翻浆、路面松散、剥落、龟裂等病害都不同程度地与地面水和地下水的侵蚀有关[1]。高等级公路在设计中除路堑地段外，一般都考虑设置拦水带，将公路表面的水汇集在拦水带内，通过间隔一定距离设置的泄水口和急流槽集中排放到路堤坡脚外，防止冲刷边坡[2]。

由于公路泄水口属于公路附属工程，目前并无相应的规范对其进行详细要求。施工队伍在施工过程中只是按照设计图纸进行形状、尺寸要求，而对其耐久性、美观性等并无实质性的研究。经调研，目前我国高等级公路泄水口一般为水泥混凝土制作，其问题主要表现在如下方面：

（1）耐久性不足

由于冬季雨雪（水）长期汇集于泄水口附近，加之路面积雪清理过程中广泛使用除冰盐，由于混凝土在无法承受每日的冻融、除冰盐腐蚀，造成混凝土泄水口在3～5年内即出现表皮脱落、局部损坏的问题，无法达到预期的效果。

（2）色差问题

由于水泥混凝土泄水口主要为灰白色，而路面拦水带主要为沥青混凝土压制而成。白色—黑色—白色的路面结构形式容易造成司机行车过程中的视觉疲劳，进而形成潜在的行车安全隐患。

（3）更换成本过高

由于目前水泥混凝土泄水口主要采用现场浇筑的方式，混凝土浇筑深度较深、体量相对较大，当泄水口发生冻融破坏需要进行更换时，将造成公路养护成本过高的问题。基于此，拟通过采用沥青混合料制作路面泄水口的方式改善水泥混凝土泄水口出现的诸多问题，对于改善路面工程质量具有一定的指导意义。图1为混凝土泄水口，图2为预制型沥青砂泄水口。

图1 混凝土泄水口

图2 预制型沥青砂泄水口

1 原材料选择

由于沥青混合料具有较好的水稳定性[5]、高温稳定性[6]、低温抗裂性及抗腐蚀性[7]。笔者通过室内试验开展了沥青砂泄水口的物理性能检测，主要使用材料为70#A级沥青、矿粉、机制砂及3～5mm碎石，并对选定配合比制作了马歇尔试件、低温弯曲试件、冻融试件及渗水试件，具体级配范围及试件性能检测结果见表1和表2。

表1 沥青砂泄水口级配范围及实测值

表2 沥青砂泄水口检测数据

通过室内试验数据可以看到，沥青砂泄水口稳定度及流值能够满足目前的沥青混凝土设计规范，同时沥青砂泄水口具有较好的高温稳定性、抗渗水性及抗冻融特性，室内试验数据表明了沥青砂泄水口的技术可行性。

2 预制成型

2.1 设备控制

2.1.1 压实荷载控制

由于沥青混合料需要在高温下进行压实，而对于沥青砂泄水口目前暂无预制构件压实功经验可供参考。因此，针对预制型沥青砂泄水口压实功开展了实验研究，即通过调整不同设备压实荷载以研究不同压实功下的泄水口成型情况，具体见表3。

表3 不同压实荷载下泄水口成型情况

从不同荷载下泄水口成型情况可以看到，在压实荷载达到2.0MPa时，预制型沥青砂泄水口可以有效压实成型；而当荷载低于2.0MPa时，泄水口将存在不同程度的松散、断裂情况，因此，考虑到压实效果及生产经济性，预制型沥青砂泄水口压实荷载应不低于2.0MPa。

2.1.2 振动力及振动频率控制

在确定压实功后仍需要对沥青砂成型装置施加一定程度的振动力，方可保证沥青砂内部的密实度。因此，开展针对沥青砂泄水口成型过程中的激振力研究，具体成型效果见表4。

表4 不同激振效果下的泄水口成型情况

从表4可以看到，泄水口的成型与压实过程中的振动频率及振动力相关性较大。当振动频率由30Hz变化至60Hz过程中，泄水口的成型状态表现为松散—较为松散—密实三种状态，振动频率越高，压实效果越好，说明提高振动频率有利于泄水口的成型。同时观察同一振动频率下不同振动力变化过程可以看到，泄水口的成型状态仍表现为松散—较为松散—密实三种状态，说明提高振动力也有利于泄水口的成型。综合研究表明，预制型沥青砂泄水口成型过程中振动频率不应低于50Hz，同时振动力不应低于5kN。

2.2 成型控制

沥青混凝土的搅拌温度一般控制在160～170℃，当温度超过180℃时容易导致沥青出现老化的情况，进而导致沥青混合料出现耐久性、水稳定性及抗裂性能降低的问题。而成型过程沥青混合料的温度又不得低于90℃，过低的成型温度将导致泄水口成型不密实、内部松散的问题。因此，在沥青砂泄水口成型过程中温度一般控制在100～150℃。

将沥青混合料一次性装入成型试模内，装填高度控制在设计高度的1.2～1.3倍，即压实系数按照1.2～1.3进行控制，压实系数按照式（1）进行计算。

式中：h为填料高度，h0为沥青砂泄水口设计高度。

由于预制型沥青砂泄水口底部比顶部宽度大，因此，在泄水口压实成型后温度低于50℃时即可翻转模具进行脱模。

3 预制型沥青砂泄水口安装

对于公路路肩为土路肩者，一般情况下在泄水口位置浇筑混凝土安装平台，在安装平台上完成泄水口的安装。安装过程中在安装平台上撒布0.6～1.0L/m²的SBR改性乳化沥青作为黏结材料，同时在黏结材料上适量放置与沥青混凝土泄水口同等类型的材料找平，最后将预制的沥青砂泄水口放置于找平层上，用力压紧，即实现泄水口的安装。