公路工程OGFC排水性路面混合料设计与施工

肖健

（河北省交通规划设计院，河北石家庄 050011）

1 工程概况

某公路工程路线全长16.5km，是某省建设规划的重点高速公路，可以实现省内公路网有效连接，从而促进该省经济的快速发展。该工程所在地主要为丘陵地貌，大小不同的山丘绵延起伏，总体上呈现南高北低的趋势，各丘陵之间的高度差约在50～200m，同时工程区域内分布有软基地层、熔岩地层等不良土质。工程整体属于亚热带暖湿润型季风气候，夏季降雨量较大，秋季多绵雨天气，结合工程实际情况，为保证公路的使用寿命，拟采用排水性路面结构。基于此，本文对该工程OGFC 排水性路面设计与施工技术展开分析。

2 排水性OGFC路面混合料设计与施工

2.1 排水性路面的优缺点

2.1.1 路面优点

（1）排水性沥青路面与透水路面均可以实现路面的快速排水，但两者之间存在本质的不同，透水路面多用于路面行车道之外的位置，在排水过程中主要采用垂直透水的方式，将积水直接排向公路下方的土层，而排水性路面多用于行车道位置，在排水时以横向排水的方式为主，将路面积水汇集排放至设置的排水系统中，且排水时可以避免路面上形成水膜。因此，该路面结构不仅具有快速实现排水优点，还可以防止因水膜引起的行车溅水问题，从而改变驾驶人员的可见度，保证公路的行车安全。

（2）排水性路面结构一般都具有大孔隙的特点，以便于积水的快速排出。因此，在车辆行驶过程中产生的噪声，可以被路面之间的空隙吸收。以某高速公路工程调查结果为例，该公路沿线44处居民点检测中，存在22处路面行车噪声超过《城市区域环境噪声标准》（GB/3096-93）规范标准，超出幅度约在1.7～4.5db。经试验分析得知，若采用排水性路面结构建设，则行车噪声可降低3～5db，经降噪后的路面完全满足规范要求，表明排水性沥青路面具有降噪的优点[1]。

2.1.2 路面缺陷

虽然排水性沥青路面具有排水性能强、行车体验好且路面低噪声的优点，但该路面结构的缺点也十分明显。由于路面结构中OGFC 沥青混合料的空隙率较大，在路面行车过程中容易造成混合料发生析漏、快速氧化、脱层或松散等问题，当路面病害问题进一步发展，就会对公路的耐久性造成威胁，降低公路的使用寿命，针对此缺点则需要施工单位向混合料中掺加改性剂进行解决，采用的改性剂应为高黏改性剂，但我国目前此类改性剂仍处于研究阶段，难以充分改善排水性路面结构的缺点。

2.2 OGFC各类原材料要求

2.2.1 粗集料

在OGFC 沥青混合料中粗集料的占比在80%以上，对混合料的性能存在巨大的影响，同时依据OGFC 混合料的成型机理，粗集料是增加混合料空隙率的重要原材料，在拌和过程中由于粗集料的嵌挤作用可以确保OGFC混合料的空隙率及强度。因此，本次施工采用的粗集料选择碎石材料，其各方面指标均应满足规范要求，碎石的表面保持粗糙、干净、干燥，碎石的压碎值宜不大于26%，洛杉矶磨耗值宜不大于28%，相对密度宜不小于2.60g/cm3，吸水率宜不大于2.0%，坚固性宜不大于12%，不满足规范要求的碎石材料不得用于施工中[2]。

2.2.2 细集料

与粗集料相比，在OGFC 混合料中细集料的占比较小，但对混合料的性能影响较大，在普通沥青路面中用的细集料主要由天然砂、机制砂和石屑组成，针对OGFC 沥青混合料不适合采用天然砂，因此采用的细集料由机制砂和石屑组成。其中机制砂采用优质的石料利用制砂机生产，石屑则利用破碎机筛分选取，经加工后的细集料必须清洁、干燥、无风化、无杂质问题，其相对密度宜不低于2.50g/cm3，细集料粒径0.3mm 以内的坚固性宜不低于12%，0.075mm 以内的含泥量宜不高于3%，通过试验检测后的细集料入场存储。

2.2.3 沥青及改性剂

（1）由于OGFC 混合料中细集料的占比较小，混合料中的沥青材料难以被充分吸收，造成形成的沥青膜较薄，从而影响沥青混合料的稳定性。为确保沥青与集料之间的有效黏结，本次施工宜采用性能优良的沥青材料，结合工程实际情况拟采用新加坡壳牌90#基质沥青，此类沥青的软化点为45.5℃，针入度为88（0.1mm），延度在100cm 以上，密度为1.02g/cm3，溶解度为99.5%，与设计要求的软化点不小于45℃，针入度在80～100（0.1mm），延度不小于25cm，溶解度不小于99.3%，完全满足设计要求。

（2）对OGFC 沥青混合料而言，单纯采用沥青材料其黏结度难以满足性能要求，需要采用高黏度的沥青材料。本次施工计划采用进口的TPS改性剂材料，该改性剂为一种淡黄色的颗粒，主要成分为热塑性橡胶，同时改性剂中还具备黏结性较强的树脂以及增塑剂，当向沥青材料中掺加TPS改性剂后，经充分拌和可将基质沥青改性为高黏度的改性沥青，改性剂的掺加量可通过实验确定，经试验检测得知改性后的沥青满足工程需要。

2.2.4 矿粉

矿粉是沥青混合料中的重要组成部分，主要作用是将沥青吸附于自身表面形成油膜，从而与细集料产生黏附作用。在OGFC 沥青混合料中要求的空隙率较大，矿粉的用量宜控制在较小的占比，总用量保持在2%左右即可，选择的矿粉材料应具有较高品质，本次施工选择的矿粉为磨细得到的石灰粉，矿粉内部应保持干燥、干净的状态，外观无结块现象，性能应满足亲水系数小于1，塑性指数小于4%，粒径小于0.6mm的过筛率为100%，粒径小于0.15mm 的过筛率为90%～100%，粒径小于0.075mm 的过筛率为75%～100%等要求[3]。

2.3 OGFC混合料配比设计

2.3.1 目标空隙率确定

本工程排水性路面主要依靠混合料之间的空隙率增加排水速度，在OGFC 沥青混合料配比设计中应先确定目标空隙率。空隙率是指混合料内部空隙的体积与材料总体积的比值大小，如混合料的空隙率设计过小，则难以实现排水性路面的排水效果，甚至会影响混合料的孔隙连通性，如混合料的孔隙率设计过大，虽然可以有效快速地实现排水目的，但会对公路的耐久性造成影响，降低公路的使用寿命，为得到合理的目标空隙率，施工单位可以利用公式进行计算获取，具体见公式（1）：

式中：VV 表示目标空隙率大小（%），Pm为利用体积法测量得到的时间干毛体积密度，（g/cm3），Pt为时间的最大理论密度（g/cm3）。

通过公式计算的值，本次施工OGFC 混合料的目标空隙率宜控制在15%～25%。

2.3.2 级配设计

确定目标空隙率后进行OGFC 混合料的级配设计，在级配设计中主要利用马歇尔试验完成，密度测量时可使用《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）规定方法，本次级配设计中，共选取3组样本进行记级配试验，样本均采用5.0%油石比，壳牌90#的基质沥青，使用的沥青材料中掺加的TPS用量为12%，在完成马歇尔试件的制作后，对试件双面各击实50 次，并利用体积法测定试件孔隙率，然后再经过实验结果分析确定混合料的级配。由试验结果得知，设置的3组样本中，第1 组的2.36mm 筛孔的过筛率为13.2%，第2 组的2.36mm 筛孔的过筛率为16.8%，第3 组的2.36mm 筛孔的过筛率为15.0%，与设计要求相比，第2 组和第3 组的过筛率均满足设计要求，但考虑工程实际情况，本次选择第3组作为合理级配[4]。

2.3.3 最佳沥青用量确定

除级配确定外，还要对OGFC 混合料的最佳沥青用量进行设计，针对沥青最佳用量的设计可通过谢伦堡沥青析漏试验以及肯塔堡飞散试验确定。其中谢伦堡沥青析漏试验可求取最大沥青用量，肯塔堡飞散试验可确定最小沥青用量，通过实验结果来选择最佳沥青用量，本次实验中以4.5%沥青用量为基准，按照0.2%的差值增加沥青用量。经过对不同沥青用量下2种实验结果的分析得知，当沥青用量达到4.9%时，混合料的飞散损失率为12.0%，析漏损失率为0.12%，此时与设计要求完全相符，同时按照4.9%沥青用量制作成马歇尔试件，未发生沥青流动问题。因此，本工程OGFC 混合料最佳沥青用量确定为4.9%。

2.4 OGFC混合料路用性能试验

2.4.1 高温稳定性

通过上述方式确定OGFC 混合料的配比后，在路面施工前要对混合料的路用性能进行检测，其中针对混合料的高温稳定性主要利用车辙试验完成，其主要检测的是OGFC 混合料在指定温度下的抗塑性变形能力。本次检测指定温度为60℃，检测时通过车辙试件与车轮之间的往复运动，使试件在车轮反复作用下产生压密、剪切、推移和侧向流动，然后利用车辙曲线，计算沥青混合料动稳定性，经检测结果得知，本工程设置的5组车辙试件中动稳定度最小为3 156次/mm，与设计要求的不小于3 000次/mm相比，满足要求[5]。

2.4.2 抗剥离耐久性

由于OGFC 沥青混合料排水时须允许水通过其内部结构，可能造成混合料内部材料在长期水冲刷下出现剥离现象，影响混合料的耐久性。为避免此问题的发生，在混合料路用性能检测中，需要对OGFC 混合料的抗剥离耐久性进行检测，检测的方式为浸水马歇尔残留稳定度试验，通过观察试件中混合料对空隙中水分的敏感程度，最终判断混合料的抗剥落现象和耐久性，经过对试验结果分析得知，设置的所有试件中最小的残留稳定度比为90.2%，与设计要求的不小于80%相比，完全满足性能要求。

2.4.3 低温抗裂性

公路长期处于外界环境中，混合料不仅要具备一定的高温稳定性，还有保持足够的低温抗裂性，针对OGFC 混合料的低温抗裂性检测，检测人员可通过冻融劈裂试验来完成，通过观察对比OGFC 混合料试件在受到水损害前后劈裂破坏的强度比，以评价沥青混合料的低温抗裂性能，经过对试件检测结果的分析得知，设置的所有试件中抗冻融劈裂强度比值最小为95.8%，与设计要求的不小于95%相比已经可以正常使用。

2.5 OGFC混合料铺筑技术

（1）经过对OGFC 沥青混合料配比设计及路用性能检测合格后，可以开始OGFC 混合料的铺筑施工，本工程施工采用的混合料由施工场外的拌和站制备完成，再利用自卸式运输车运送至施工场地，在拌和过程中拌和时间不得低于60s，拌和后的混合料宜保持均匀无离析问题。在向运输车装载混合料时，由于OGFC 混合料的黏度较大，装载前应在车厢底部涂刷足够的油水混合物，装载后利用双层篷布遮盖混合料实现保温目的，然后启动运输车匀速运送至施工场地，并将车辆挂空挡停放于摊铺机前方10～30cm的位置[6]。

（2）路面开始摊铺时等待卸料的运输车不得少于5辆，摊铺作业前先检查摊铺机械的性能，并对熨平板进行预热，其预热温度宜控制在100℃以上，经检测且预热完成后在专人的指挥下向前顶进运输车卸料摊铺，整个摊铺过程必须符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中的要求，摊铺机的施工速度控制在2m/min 以内，针对机械无法摊铺的位置，由人工利用小型的工具完成，每段摊铺完成后必须及时检测OGFC排水性路面的各项指标，发现问题及时上报，若经检测合格则立即开展碾压作业。

（3）本工程OGFC 排水性路面的碾压分为初压、复压和终压，初压时主要采用静压的方式，利用双钢轮压路机完成，初压的目的是稳压OGFC 混合料，保持混合料内部的稳定性与黏结性，碾压1～2 遍即可；复压采取振动碾压的方式，利用双钢轮压路机与胶轮压路机组合完成，复压的目的是增加OGFC 混合料的压实度，使其满足设计要求，振压过程中需遵循低频高幅的原则，共振动碾压4～6 遍；终压于复压之后采用双钢轮压路机作业，主要目的是消除路面轮胎痕迹，实现路面的平整光滑，需收面碾压1～2遍。

3 结语

在公路设计过程中采用OGFC 排水性沥青路面结构，不仅可以保证路面的排水效果，避免积水对基层的侵蚀，还能够有效地降低路面行车噪声，增加路面的抗滑能力，但OGFC 排水性路面使用的混合料要求较高，对路面的施工工艺要求严格，为保证工程施工质量，需要施工单位严格结合施工标准进行路面的摊铺和碾压，从而有效促进公路的使用性能，促进我国公路行业的进一步发展。