广东省常年气温较高,夏季路面温度高达70℃。在高温重载作用下,高速公路沥青混凝土路面面临着严峻的考验。为了提高路面施工质量,广东省高速公路沥青混凝土路面建设中逐渐应用了PG改性沥青混合料路面技术中国沥青网sinoasphalt.com。关于PG技术,源于美国在20世纪90年代的SHRP计划。路畅等对特定气候环境与路面结构下的温度场进行研究并取得了相关成果,周庆华等对PG分级进行研究并发现其对基质沥青具有较好的适用性,王辉等采用PG分级技术对广东省常用的沥青进行了等级划分。但是基于广东省高温多雨及重载交通条件下针对PG76等级改性沥青混凝土路面使用性能进行的研究甚少,本文结合广东省某高速公路对PG76等级改性沥青混凝土路面行驶质量、破损状况等路用性能进行跟踪检测评价,分析PG76等级改性沥青混凝土路面长期应用的效果及适用性,以期为今后路面建设方式的选择提供参考。
工程概况
该高速公路主线新建线路长约270km,连接线长约32km,合计总长302km。其中桥梁总长70km/226座,隧道总长36km/28座,桥隧合计总长106km,桥隧比例为35%。全线共有互通式立交27处、服务区7处、停车区2处,另设主线收费站3处、管理中心2处、集中居住区2处、养护中心6处。全线采用高速公路技术标准,其中扩建段设计速度为100km/h,路基宽为41m;主线起点至终点段设计速度为120km/h,路基宽为34.5m,于2014年底建成通车。
交通量分析
2014年9月开通至2015年7月。分析数据后可知:(1)该高速公路通车以来总体交通量较大,日混合交通量在45000辆/d以上;(2)交通组成中对路面影响较大的4类、5类车合计所占比例约为30%;(3)根据2015年4月份数据统计,沿线货车中度以上超载车比例约为10%,轻度以上超载货车比例约为20%。
路面使用性能分析
该高速公路建成通车后,交通量迅速增加,并且重载车的比例较高。为了分析该高速公路PG76等级改性沥青混凝土路面长期应用的效果及适用性,于2015年7月底8月初对代表性路段的路面表观状况、平整度、车辙深度、抗滑性能、弯沉、渗水系数等指标进行检测与分析。
路面损坏状况
对选取的高速公路典型路段双向六车道路面状况进行调查,路面状况较好,基本无病害。
路面行驶质量
采用多功能道路检测车对所选复合式路段和组合式路段进行了平整度检测,每100m均值作为测试值进行统计。由检测结果统计可知:从不同结构类型来看,复合式路段的平整度状况稍好于组合式路段,复合式路段的国际平整度指数IRI均值小于组合式路段,而且复合式路段的IRI均匀性好于组合式路段;复合式路段中间车道和慢车道的IRI变异系数分别为19.9%、22.9%,组合式路段两个车道变异系数分别为32.1%、33.4%。
路面车辙深度
采用多功能道路检测车对所选复合式路段和组合式路段的中间车道和外侧慢车道进行了车辙深度检测,每10m间距车辙深度值作为测试值进行统计。由检测结果统计可知:从不同路面结构类型来看,复合式路段的路面车辙状况好于组合式路段,中间车道和慢车道复 合式路段的车辙深度在0~5mm范围的比例分别为84.5%、80.5%,而组合式路段的比例分别为80.1%、61.6%,复合式路段车辙小于5mm的比例大于组合式路段;另外,复合式路段车辙深度的变异系数小于组合式路段。
路面抗滑性能
采用路面横向力系数检测车对所选复合式路段和组合式路段的中间车道和外侧慢车道进行了横向力系数SFC检测,每20m间距SFC值作为测试值进行统计。由检测结果统计可知:复合式路段和组合式路段的路面抗滑性能良好,两个车道的路基段SFC均值都在45以上,处在优良等级。从不同路面结构类型来看,复合式路段的路面横向力系数SFC状况好于组合式路段,中间车道和慢车道复合式路段的横向力系数SFC代表值分别为63.3、65.7,而组合式路段的横向力系数SFC代表值分别为56.0、53.6。
路面结构强度
采用贝克曼梁弯沉检测仪对所选复合式路段和组合式路段的外侧慢车道左右轮迹进行了路面弯沉检测,每20m间距检测1处。由检测结果可知:复合式路段和组合式路段路面弯沉较小,代表弯沉值均小于设计弯沉,其中复合式路段路面弯沉值小于组合式路段。
路面渗水状况评价与分析
对该高速PG76等级改性沥青路段路面的渗水系数随机选点检测,每200m测一处,共检测77处。从检测结果来看:所测路段路面渗水状况良好,渗水系数小于等于10ml/min的测点数占73%,渗水系数小于等于30ml/min的测点数占95%,各段渗水系数均值小于30ml/min,符合相关要求。
路面构造深度评价与分析
采用手工铺砂法对该高速PG76等级改性沥青路段路面的构造深度进行检测,每200m测定一处,共检测77处。从检测结果来看:各段构造深度平均值大于0.7mm,符合相关要求。
经济性分析
寿命周期成本分析方法的核心,就是考虑道路工程项目在整个寿命周期(使用年限)内所发生的一切与道路有关的费用,不仅是建造费用,而是在整个分析阶段都精打细算,考虑成本。现有研究表明,对于重载交通等级高速公路,PG76等级改性沥青复合式路面建设初期投入费用比普通改性沥青混凝土路面多19.5万元/km,在不考虑社会效益、客户费用等的情况下,PG76等级改性沥青复合式路面寿命周期(30年)内总费用比普通改性沥青混凝土路面少116.5万元/km。另外,即使路面进入维修期,PG76等级改性沥青混凝土路面出现坑槽、龟裂等病害的概率也要低于普通改性沥青混凝土路面。如果再考虑混合料施工、废料处理对环境的污染和路面频繁破坏对社会造成的不良影响等因素,采用PG76等级改性沥青将具有更强的技术优势和更好的经济社会效益。
结语
(1)从通车近10个月的路面调查结果来看,虽然该高速公路交通量较大,货车或重型车比例高,但路面状况依然良好,路面渗水状况、路面构造深度、路面平整度、车辙状况以及抗滑性能等指标均能满足设计及规范要求。
(2)重载交通下PG76等级改性沥青复合式路面平整度状况、车辙状况、路面抗滑性能、代表弯沉值状况均优于组合式路面,可以发现PG76等级改性沥青复合式路面相比组合式路面具有明显的优势。长期路用性能及抗疲劳性能对比,则有待进一步的观测和研究。
(3)PG76等级改性沥青混凝土路面初期工程造价比普通改性沥青混凝土路面工程造价要高,但是PG76等级改性沥青混凝土路面路用性能较优良,PG76等级改性沥青混凝土路面在整个寿命周期内具有较好的经济社会效益。