黑白复合排水沥青路面技术研究与应用

李佳勋

（邢台路桥建设集团有限公司，河北 邢台054001）

1 引言

我国高等级路面多采用水泥稳定碎石基层沥青路面，随着我国交通流量和汽车载重的增加，该结构出现了较多的病害，课题组研发了一种使用寿命较长的黑白复合排水沥青路面，并在大量的工程实践得到应用。

2 黑白复合排水沥青路面的定义

多孔生态混凝土复合排水沥青路面是一种黑白复合排水沥青路面技术，其中，“黑”代表沥青类材料；“白”代表水泥类材料。该结构的主要特征是由多孔生态混凝土基层代替传统的半刚性基层（如水稳碎石、二灰碎石）或柔性基层（如沥青黑碎、级配碎石），主要承受路面荷载，上面铺筑复合排水沥青路面，以提升行车安全性并降低行车噪声。

3 黑白复合排水沥青路面结构的优点

该结构能有效克服传统路面结构的不足或缺陷，不仅可以解决公路承载力弱的问题，满足现代大交通流、超载车等对公路承载力的要求，而且杜绝了道路因水损害及渠化交通带来的车辙问题，增大了路面的粗糙度，极大地提高了行车安全性，并成倍延长了道路的使用寿命，减少了运营期间的养护工作量和养护费用，比传统技术更经济，可节省大量投资，并且其结构设计和建造均符合我国绿色发展理念，是一种新型的绿色施工技术。

4 黑白复合排水沥青路面的适用范围

黑白复合排水沥青路面可广泛应用于高速公路、重载交通道路及其他等级公路道路，用于城市道路可建造全透水道路，有效缓解城市内涝。采用该结构形式时，可根据气候条件、水文和地质情况建造表层排水、面层排水、基层排水和全透水道路结构。其中，在地质条件好的环境下可建造长寿命透水道路，形成低成本、少维护的全透水式道路结构[1]。

5 传统沥青路面应用现状

5.1 使用年限短

从目前现状看，能够真正达到设计使用年限的道路工程很少。3年一小修、5年一大修、8年一重修的情况普遍存在，更有部分道路当年修当年坏，很难达到沥青道路设计年限。

5.2 公路病害严重

传统半刚性基层沥青路面病害严重，车辙、坑槽、拥包、裂缝、唧浆、推移[2]、桥头跳车等问题不断出现，会极大地缩短道路的使用寿命，同时，给行车安全造成隐患。

5.3 养护费用高

由于道路自身的病害严重，道路养护部门不得不每年进行大量的维修，因为质量标准的差异，维修费用不尽相同。据不完全统计，全国每年用于公路维修的资金达到300多亿元，是一个非常惊人的数字，用此费用能新建高速公路300～500km，可新建二级路约1 500 km，这是一项很大的耗费。

5.4 行车安全隐患

目前，沥青道路的行车安全隐患包括：（1）车辙、坑槽、桥头跳车给安全行驶带来隐患，驾驶者在行驶中会无意识地躲避坑槽、刹车或绕行；（2）雨天路面车辙会积水或形成水膜，影响行车视野；（3）路面摩擦系数减小，粗糙度不足，有些路面横坡大，加上粗糙度不足，遇到雨天尤其是北方冬季冰雨时，车辆容易发生侧滑、翻车事故、车辆追尾等，给安全行驶带来极大的隐患。

5.5 材料资源浪费

年年维修以及大量的维修、开挖、铣刨等工作，造成材料、燃料、资源的大量浪费，且产生的建筑垃圾难以处理。

5.6 生态环境破坏

公路建设过程中对植被产生了破坏，雨水不能直接渗入地下，公路使用过程中的汽车尾气等有害物质直接释放到空气中，尤其是城市道路的雨水不能直接渗入地下问题，使城市地下水位持续下降，形成地下沙漠，增大了城市的运转成本，都是公路建设者需要研究探讨的问题。如何做到节能减排、降噪、补充地下水等要求，使用安全、节能环保的道路建设材料不仅是产品性能上的要求，更是社会发展必然的要求。

6 黑白复合排水沥青路面的结构组成

黑白复合排水沥青路面由多孔生态混凝土基层、应力吸收层、排水面层组成。

6.1 多孔生态混凝土基层

该基层材料是由单一粒径骨料、水泥、水和改性剂拌制而成，直接摊铺成型无须碾压。骨料采用等粒径石料，不含细骨料，骨料表面包覆水泥胶浆相互黏结而形成的多孔骨架-空隙结构，属于网状骨架结构，该结构孔隙率大于22%，28 d抗压强度大于15MPa，抗折强度大于1.5 MPa。这种结构靠骨料之间较大的内摩阻力和水泥胶浆的黏结力形成强度,具有较好的抗冻性能和抗疲劳性能。

6.2 应力吸收层

路面设计厚度参照项目所在地的极端低温、不同种类下承层的裂缝宽度进行设计。试验表明：大应力吸收层在低温下，底口开裂宽度为1 cm，裂缝沿竖向开裂3 cm。故设计需依据下承层低温开裂最大宽度乘以4，为应力吸收层厚度。以保证基层裂缝全部由应力吸收层消解。

选择优质改性沥青胶结料，采用沥青稳定碎石结构。该结构层的功能在于：（1）在低温下吸收来自基层的全部裂缝，使所有下承层裂缝不能穿透本结构；（2）高温稳定性，以优质的胶体，嵌挤的骨架结构提高抵抗车压变形的能力，弹性模量高，有较强的稳定性。

6.3 沥青排水面层

排水面层的设计厚度一般为4～5 cm，孔隙率大于16%。选用优质改性沥青胶结料。排水面层的主要功能是，行车舒适、降低噪声、阻止表面粗糙度过快衰减、雨雪天降低轮雾、减少侧滑、提高路面的安全性能。要求路面必须具备稳定性、抗冻融性、耐水浸性、耐磨性、抗剪性能。

7 路面性能测试

1）行车噪声测试：该结构噪声较传统密级配沥青混凝土面层降低4～6 dB。

2）雨天水雾测试：该结构水雾明显少于传统密级配沥青混凝土路面，行车视野好。

3）行车视野测试：该结构路面无积水，而传统密级配混凝土路面积水严重，车道分界线和道路边界线不清晰。

4）刹车距离测试：实测显示有效刹车距离比传统密级配混凝土路面缩短了10%以上，必将大幅降低交通事故率。

5）承载能力测试：采用标准弯沉车和非标单轴28 t车辆对不同路面测试情况为，邢台市南二环快速路，其承载单轴28 t时的弯沉值最大为28，单位为0.01 mm，在设计弯沉值允许范围内，承载是标准轴载的3倍以上。从测试数据看，南二环可承受五轴车、六轴车的通行，大幅提高道路的承载力。

8 效益分析

8.1 经济效益

通过在河北、河南、湖南、安徽、湖北等地推广应用的工程实践，采用黑白复合沥青路面结构层总厚度较传统半刚性基层复合沥青路面减薄15%以上，特别在高速公路、一级公路和城市主干路等高等级道路中，可省去厚6～10 cm的沥青混凝土下面层和厚18 cm的半刚性基层，结构层厚度减薄后，节约了建筑材料，且多孔生态混凝土承载能力大、施工免碾压，极大地降低了机械费用和人工费用。且该结构使用寿命长，结构病害少，有效降低了后期运营维护费用。邢台市南二环快速路通车运营至今15 a有余，尚未进行大中修，路面未出现车辙、拥包、推移等病害，行车舒适。

8.2 社会效益

1）排水路面结构的排水特点和路面粗糙的特性大幅降低了交通事故。日本研究报道，采用该路面结构后，年事故率降低了85%以上。我国每年交通事故死亡人数约9万人，如推广应用排水路面，能大幅降低因交通事故人员伤亡率。除了经济方面，仅对建设和谐社会，关注人的生命来讲，其意义将十分深远。

2）减少了维护占道时间，增加了行车畅通时间，将节省大量燃油，加快运输周转，对于节能减排、降低流通费占商品成本的比例，也有明显的贡献。

3）施工速度快，建设周期短。相对提前通车，充分发挥了道路的作用，也是对社会效益的贡献。

4）承载力大，可提高车载重量，降低运输成本，提高运输行业效益。

5）排水面层具有明显降噪功能，行车更加舒适，车辆行驶更加平稳，为司乘人员改善了工作环境。

6）在有条件的地方，尤其是山区公路，使用风化石、煤矸石等就地取材填筑路基，直接铺筑本结构，形成全透水道路，不仅响应了保护环境的理念，更重要的是利用建设黑白复合沥青路面结构的道路禁止有土参与，使全部土粒用于优质良田开发。

综上所述，黑白复合沥青路面结构不仅经济效益十分明显，而且社会效益将十分巨大而深远。

9 结语

交通运输部于2020年发布JTG/T 3350-03—2020《排水沥青路面设计与施工技术规范》，推广应用排水沥青路面，而黑白复合沥青路面结构作为一种全新的特殊的排水沥青路面，其计算理论有待深入研究，但很多实体工程通车运营已超过10 a，表现出了优越的路用性能，验证了该结构的安全耐久，可为我国建造高等级长寿命道路结构提供技术支撑。