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标题 排水沥青路面提早开放交通的可行性分析
范文 李俊+曹东伟+李明亮



摘 要：为了分析排水沥青路面提早开放交通的可行性，采用洒水的方式减少排水沥青混合料内部热量，在洒水过程中对不同阶段的路表温度进行实时监测。结果表明：洒水可有效降低排水沥青路面表面温度，与邻近未经洒水降温的排水沥青路面相比，开放交通前经过洒水降温后路表温度降低约9 ℃。推荐最佳洒水降温工艺为：以0.3 kg·m-2的洒水量在施划标线前洒水4遍，施划标线后洒水2遍。
关键词：排水沥青路面；路表温度；洒水设备；降温
中图分类号：U416.217 文献标志码：B
文章编号：1000-033X（2017）03-0082-04
Abstract： In order to analyze the feasibility of early opening to traffic for porous asphalt pavement， inner heat of porous asphalt mixture was reduced by watering， and pavement temperature in different stages of the watering process was monitored in real time. The results show that the surface temperature of porous asphalt pavement could be about 9 ℃ lower before opening to traffic compared with porous asphalt pavement without watering； the optimal cooling process is recommended with watering 4 times before marking lines and watering 2 times after that with the amount of 0.3 kg·m-2.
Key words： porous asphalt pavement； pavement temperature； watering equipment； cooling
0 引 言
與普通路面相比，排水沥青路面的大空隙结构将水流通道迁移到路面内部，而非普通路面的路表，因此雨天其路表也是“干燥”的。这不仅增加了雨天行车能见度，而且大幅缩短了刹车距离。此外，排水沥青路面因其大空隙特征，还具有降低噪声、减轻眩光、缓解热岛效应、节约材料等突出优点，是道路路表特性品质提升的最佳路面形式[1-3]。
中国公路交通行业正逐步进入“建养并重，趋于养护”的发展趋势，考虑到排水沥青路面使用性能的优越性，在旧路改造工程中加铺排水沥青罩面的养护工程数量及规模逐年增加。排水沥青路面作为一种开级配大空隙率的路面结构，其结构强度与粗集料之间的骨架嵌挤作用提供的摩阻力以及高黏度改性沥青提供的黏结力有关。排水沥青混合料铺筑之后，混合料内部结构中粗集料之间的嵌挤骨架已初步成形，但是由于混合料内部温度较高，高黏度改性沥青尚未完全发生固化反应，部分自由沥青还未能渗入粗集料内部形成结构沥青，故排水沥青路面结构强度仍未大幅度提升[4-6]。
排水沥青路面一般在养生24～48 h后方能开放交通，这种养生条件在高速公路新建项目中较易达到，但是在高速公路养护工程中，要考虑到交通顺畅、行车安全以及工程成本等问题，满足上述养生要求的难度较大。《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ 073.2—2001）和《公路养护技术规范》（JTG H10—2009）均规定：日常养护工程中，摊铺、压实后的热拌沥青混合料路面，应待摊铺层自然冷却且路表温度低于50 ℃后方可开放交通。《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中还规定：需要提早开放交通时，可洒水降低混合料温度。因此在排水沥青罩面养护工程中，对于需要提早开放交通的路段，可以采用洒水降温的方式[7-15]。
为了达到提早开放交通的目的，本文依托宁宿徐高速公路2016年度排水沥青路面工程，选取G2513淮徐高速公路徐淮方向K126+900～K126+700路段约200 m长的排水沥青路面作为提早开放交通试验段，研究洒水对排水沥青路面温度降低趋势的影响，并结合试验段实施情况推荐最佳的洒水降温工艺。
1 沥青及沥青混合料
1.1 沥青
排水沥青混合料所使用的沥青是由92%SBS改性沥青和8%高黏度添加剂（HVA）复合改性制备的高黏度改性沥青，其主要技术性质如表1所示。
1.2 沥青混合料
排水沥青混合料矿料合成级配结果如表2所示。混合料外掺0.1%（占沥青混合料的质量百分比）聚酯纤维，油石比为4.8%，其主要路用性能检测结果如表3所示。
2 排水沥青路面洒水降温工艺
2.1 洒水设备
采用多功能洒水车进行排水沥青路面洒水降温作业，洒水车应能单、双侧以及上、下侧等多方向可控，且低速行驶时可以提供足够的压力以保证雾状喷洒。
2.2 试验段铺筑过程
排水沥青路面试验段摊铺、碾压等关键工序施工情况如表4所示。由表4可知，试验段整个铺筑过程共耗时2.5 h，其中摊铺过程耗时1.25 h，平均摊铺速度为2.7 m·min-1。根据施工现场温度监测情况可知，排水沥青混合料摊铺温度均在155 ℃以上，碾压结束之后排水沥青路表温度为70 ℃～75 ℃，远远高于规范要求的开放交通的温度范围。
由于排水沥青路面试验段施工时正值夏日，且碾压结束时间为12：00，试验段自然冷却养生所处
的时间段刚好为太阳热辐射最为强烈的时段，因此排水沥青路表温度下降较慢，试验段养生至13：00时路表温度方能降低至60 ℃，此时开始对试验段进行洒水降温处理。
2.3 试验段洒水降温过程
排水沥青路面开放交通之前需要施划标线，因此将试验段洒水降温过程以施划标线为节点分为2个阶段：为了保证施划标线车辆不对刚铺筑成型的排水沥青路面造成结构性损坏，第1阶段洒水降温过程主要将路表温度稳定维持在50 ℃以下，满足规范对开放交通温度的要求；标线施划完毕之后，继续洒水降温，避免热辐射以及混合料储存热量等造成路表温度回升至50 ℃以上。
2.3.1 第1阶段洒水降温过程
待养生至13：00时，超、行车道路表温度为60 ℃左右，应急车道为50 ℃左右。第1阶段降温开始时约25 t（含水约12 t）的洒水车行走于应急车道进行洒水降温。
第1遍（往返1次计作1遍，下同）洒水后，路表温度降至50 ℃左右，由于内部温度较高，出现明显的水蒸气。第2遍洒水后，路表温度降至40 ℃左右，水蒸气现象减轻。10 min后温度上升至45 ℃左右，待养生至13：30时，超、行、应急车道路表温度基本维持在50 ℃左右，洒水车仍行走于应急车道进行洒水降温。第3遍洒水后，路表温度降至45 ℃左右，无明显的水蒸气，但有热浪。第4遍洒水后，路表温度降至40 ℃左右，热浪现象减轻。
2.3.2 标线施划阶段
宁宿徐2016年度排水沥青路面工程设计了热熔标线和透水标线2种标线。因此，标线施划耗时较长，试验段标线施划共计耗时约2 h。具体为：待养生至14：00时，路表已基本干燥，准备施划标线；养生至16：00时，标线已全部施划完毕。标线施划期间，路表温度14：00时为45 ℃，15：00时为50 ℃，16：00时为45 ℃。
2.3.3 第2阶段洒水降温过程
待养生至16：30时，标线强度已基本形成，路表温度维持在45 ℃左右，洒水车行走于行车道进行洒水降温。
洒水5～6遍后，路表温度降至38 ℃左右，可轻微感觉到热浪；洒水7～8遍后，路表温度降至36 ℃左右，几乎感觉不到热浪；洒水9～10遍后，路表温度降至34 ℃左右，感觉不到热浪；洒水11～16遍后，路表温度均维持在34 ℃左右。
至此，洒水降温过程全部结束，17：30时路表温度回升至40 ℃左右。养生至18：00时，开放交通，试验段养生共计约6 h。此时，试验段路表温度维持在约37 ℃，邻近未洒水路段路表温度维持在46 ℃左右。
为了方便分析洒水过程中温度降低的变化趋势，将试验段整个洒水过程中的各个阶段监测温度绘制成图，如图1所示。
由图1可知，通过洒水降低路表温度主要发生在前两遍洒水过程中，第2遍洒水之后路表温度较洒水前降低了15 ℃，降低幅度达到了25%。此后由于混合料内部积存的热量仍比较大，加之热辐射作用，路表温度有所回升，在第3遍洒水前路表温度由45 ℃升高至50 ℃，发生了路表温度的第1次回升。
第4遍洒水后，路表温度继续降低，基本上稳定维持在50 ℃以下，但是在此后标线施划过程中温度出现了第2次回升，虽然有热辐射的作用，但也表明此时混合料内部积存了一定的热量。在标线施划过程中，随着热辐射的减少以及混合料内部温度的进一步散失，路表温度第1次出现了未经洒水而主动降低的现象。
第6遍洒水后，路表温度降低至38 ℃，此后虽然连续进行了10次洒水，但是路表温度仅降低了4 ℃左右；考虑到自然冷却带来的影响，此时继续洒水已经起不到降低温度的作用。与未经洒水降温的排水沥青路面相比，开放交通前试验段路表温度维持在37 ℃左右，而未洒水路段路表温度维持在46 ℃左右，降低幅度为9 ℃，表明采取洒水的方式可以有效降低排水沥青路面的路表温度。
2.3.4 洒水降温工艺
洒水车罐内储存12 t水，试验段面积为2 350 m2，分16次全部喷洒完毕，通过计算可知，每次洒水量为0.32 kg·m-2。通过在洒水过程中观测水的下渗现象认为：每次洒水量不宜过小，以免路表温度较高时水分蒸发量过大，导致排水沥青路面温度降低不均匀；但每次洒水量也不宜过大，以免发生水漫流，造成水资源的浪费，洒水量过大亦会加剧水损坏，对排水沥青路面的路用性能产生不利影响。
根据研究结果，推荐排水沥青路面最佳的洒水降温工艺为：以每次0.3 kg·m-2的洒水量在施划标线前洒水4遍，施划标线后洒水2遍。
3 试验段总结
试验段开放交通3 d后，未见明显的车辙或掉粒现象，表明采用洒水降温的方式降低了混合料内部温度，在短期内不会对排水瀝青路面造成明显的损坏。建议对交通试验段进行长期观测，并结合室内试验验证长期洒水降温是否会对排水沥青路面使用性能产生不利影响。
由于交通试验段设置在中央分隔带开口处，车辆至此处需借道行驶，会有频繁的车辆减速制动行为，尤其是重车制动时，会在局部路面留下明显的轮迹带。因此，对于排水沥青路面设置在需借道行驶、服务区、收费站或其他需制动减速的路段，建议将交通试验段安排在铺筑作业的起点位置，这样既增加了相对养生时间，必要时还可增加洒水遍数。
4 结 语
（1）由于排水沥青混合料内部储存的热量以及热辐射作用，洒水量不足时路表温度在降低之后出现2次回升现象，分别是在2～3遍洒水期间以及标线施划期间。
（2）与邻近未经洒水降温的排水沥青路面相比，开放交通前试验段路表温度维持在37 ℃左右，而未洒水路段路表温度维持在46 ℃左右，降低幅度为9 ℃，表明采取洒水的方式可以有效降低排水沥青路面的路表温度。
（3）对于需要提早开放交通的排水沥青路面，推荐排水沥青路面最佳的洒水降温工艺为：采用每次0.3 kg·m-2的洒水量，在施划标线前洒水4遍，施划标线后洒水2遍。
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[责任编辑：党卓钰]
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更新时间：2024/12/22 17:18:06