排水降噪铺装在城市高架上的应用

排水降噪铺装在城市高架上的应用

王海林

南京市河西新城区国有资产经营控股（集团）有限责任公司江苏南京 210019

摘要：随着我国基础设施建设水平的发展，公路和城市道路对路面的要求越来越高，已经不仅仅是局限于一定的平整度、足够的强度，对行车舒适性、安全以及周边环境协调相容性上提出了更高的要求。车辆增多，车速的提高，道路交通噪音污染日趋严重，政府交通部门及道路相关科研工作院所对于开发出能够显著加强路面排水、降低城市道路交通噪音的路面材料与结构也越来越重视。本文依托南京应天大街西延高架桥工程，研究了排水降噪路面铺装和特点和技术分析，对提升纬七路的使用性能和建设水平具有重大现实意义。

关键词：排水降噪；大空隙混合料；城市高架

城市高架道路车流量大，车速快，较好的解决了城市分区间的交通联系，承担了室内主要的跨区域交通。同时由于高架道路经常穿越密集的居住区,路面排水不畅和行车噪音过大问题非常突出,对桥面铺装的排水降噪问题进行充分且具有针对性的技术研究，具有重要意义。南京市地处长江中下游，雨量充沛，应天大街西延线是连接南京内环快速路和长江隧道的重要通道，穿过人口密集的居民区，因此对路面的排水、降噪功能有特殊要求，研究应用排水降噪铺装对于提高应天大街的使用性能和建设水平更具显著的现实意义。

一、排水降噪路面的特点

排水降噪路面一般采用大空隙率的沥青混凝土层取代传统的密集配混凝土面层，与传统的密集配沥青混凝土相比，排水降噪性能的沥青面层具有较高的骨架嵌挤状态，结构稳定性好，较粗的表面纹理提供了良好的抗滑性能，特别是它的高空隙率能将降雨期间的表面水迅速通过内部连通孔隙排至路缘，使路面不易积水，从而降低水溅、水漂和水雾现象，保证行车安全，具有的功能及特点如下：

1.路面排水功能

大空隙混合料路面提供了排水通道，使雨水能迅速下渗向路边缘排走；另外，其具有较高的宏观纹理，能够储存一部分来不及排走的雨水，因此减少水膜产生对行车带来的危害。

透水性是大空隙混合料路面最重要的特性，但这一特性随时间的增加而减弱。这主要由孔隙的阻塞造成的。但在非机动车和行人限行的全封闭的城市高架上，大空隙混合料路面孔隙阻塞现象并不突出，甚至不需要专门的清洗养护措施。

2.吸音降噪性能

车辆在公路上行驶辐射的噪音由机械噪声、轮胎、路面接触噪声和喇叭声构成，随着车速的提高和机械噪声的降低，车辆行驶的轮胎噪声就显得越来越突出。大空隙混合料面层有很多孔隙，当轮胎把空气压缩时，空气会渗入面层孔隙，因空气有空间消散，压缩比低，故行车噪音小。另外，车辆机械运转所发出的噪音扩散至一般路面时，其反射量大；若为大空隙混合料路面，有一部分噪音会为路面吸收，其反射量自然减少。

3.抗滑与安全性能

有研究表明大空隙混合料路面在湿路条件下，增加了高速行驶的抗滑阻力。在干燥路面条件下，在中、低车速时，大空隙混合料路面的抗滑阻力与传统的密实沥青路面相当，而在高速行驶下，大空隙混合料路面具有较高的抗滑阻力。

由于大空隙混合料路面不积水，雨天不产生行车水花和水雾，减低雨天行车反光量，而且抗滑能力好，因此大大提高了交通安全型。

二、排水降噪铺装应用的技术分析

解决应天大街西延高架排水降噪铺装问题应主要从以下三个方面进行：

1. 胶结料的选取

排水降噪铺装是典型的开级配沥青混合料，粗集料的用量占80%以上，在形成粗集料骨架的同时缺乏细集料填充，如果使用普通沥青，则难以使粗集料的骨架产生足够的限制约束作用，必然会造成沥青混合料的感温性差，抵抗车辙、变形的能力差，和易性差等弱点，所以为了防止沥青热熔滴落堵塞孔隙，同时防止车轮荷载冲击作用下表面骨料飞散，多使用改性后的高粘度沥青；此外，其孔隙率大，沥青与空气的接触面积大，因此需要在沥青中加入抗氧化的成分，以提高混合料的耐久性能；同时大空隙率使沥青的温感性十分重要，这样才能在温度发生较大变化时使粗集料骨架结构产生足够的约束和限制。

2.沥青混合料的耐久性研究

沥青混合料的耐久性能对于整个路面的结构的寿命起到至关重要作用。由于南京所处的地理气候夏季高温多雨，因此，沥青混合料的耐久性能中高温稳定性和水稳定性尤为重要。

一般来说，选择优质的材料，采用合适的沥青用量，进行适当的级配设计，能显著地提高沥青混合料的高温稳定性，同时沥青材料本身的特性对沥青混合料高温性能的影响也是不可忽视的，沥青的高温粘度越大、劲度越高、与集料的粘附性越好，相应的沥青混合料抗高温变形能力越强。通过添加合适的改性剂可大幅度提高沥青的高温粘度，从而改善沥青混合料的高温稳定性。

沥青混合料的水稳定性是评价路面稳定性的重要指标。为了较为全面的反映降噪排水沥青混合料的综合性能，此项目采用高温车辙试验和Flow Time试验评价混合料的高温性能，采用10C低温小梁试验混合料低温性能评价，采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂以及浸水车辙试验，综合评价混合料的水稳定性，采用不同的排水试验方法，测试混合料的排水性能。通过以上试验，综合评价排水降噪沥青路面的性能。

3.铺装层间的防水粘结层选择

在沥青路面结构中粘层的作用在于使上下沥青层粘结成一体。对降噪排水路面，必须在其摊铺前，在下卧层上喷洒粘层材料，这是由降噪排水路面的结构特性决定的。因为大孔隙率沥青混凝士表层与下层的接触面积比一般沥青混凝土小，设置粘层可以增强两层间的粘结强度；降噪排水路面雨水渗入表层后，靠表层内部的连通孔隙向路面边缘排出，不允许再向下渗透，尽管下卧层采用密级配沥青混凝土，可以起到较好的防水作用，但毕竟还仍存在一定的空隙，设置粘层后可增强防水效果。鉴于上述分析，对用于降噪排水路面的粘层材料的性能要求，应显著高于一般路面对粘层的要求。

4.铺装与混凝土板之间的界面处理

高架道路桥梁桥面柔性铺装成功与否的首要问题是铺装界面的抗剪和粘结问题。不重视界面处置方式，过分倚重于某些材料的特性，不仅直接给桥面铺装的质量埋下了隐患，而且使施工繁杂，造价大幅提高。桥面板的预处理对整体桥面铺装体系的抗剪强度有着重要的影响。

三、应天大街西延高架排水降噪铺装结构设计

1.铺装结构方案研究

橡胶沥青0GFC和高粘沥青PAA均能够降低行车噪音。从室内试验情况看，采用橡胶沥青OGFCI3时，橡胶沥青OCFC合适的层厚宜为3cm;采用高粘沥青PA-13时，合适的层厚宜为4cm，以下就这两种方案进行了比较：

表1 铺装结构类型组合Ⅰ

组合Ⅰ铺装的主要特点：

①上层OGFC采用橡胶沥青作为胶结料可以提高铺装的耐久性，并降低行车产生的噪声，采用橡胶沥青作为胶结料，符合循环利用、再生利用的趋势；

②OGFC作为表面功能层，层厚较薄，空隙不容易堵基，因此一般不需要进行专门的养护;

③铺装下层采用改性沥青AC20S,施工工艺较为成熟，整个铺装结构造价在140元/m²左右。

表2 铺装结构类型组合 Ⅱ

组合Ⅱ铺装的主要特点：

①上层PA采用高粘改性沥青作为胶结料，下面层采用改性沥青SMA13,组合结构价格较高，总造价在160元/m2左右。

②目前国内用于高粘沥青的改性剂TPS多从日本进口，各项技术均由日本控制，价格较高。

本次建议采用国产成品高粘沥青，各项性能基本可以满足要求。该方案是目前排水路面的主流方向，相比现场生产的橡胶沥青的质量易于控制，尤其对于市政工程的特点有较好的符合性。

2. 高粘沥青PA13设计及性能验证

①混合料设计:高粘沥青PA13沥青混合料属于开级配结构类型，混合料设计以混合料的马歇尔试件空隙率满足要求为前提，以路用透水性良好为目的，混合料的最佳沥青结合谢伦堡沥青析漏试验、肯塔堡飞散实验并结合混合料的施工和易性确定

②高粘沥青PA13沥青混合料性能验证：水稳定性根据设计油石比及级配进行浸水马歇尔试验检验；高温稳定性根据60°C，0.7MPa条件下进行复合车辙试验检验；低温抗裂性根据－10°C条件下小梁弯曲试验检验；渗水性能采用常规渗透仪测试室内成型的车辙板测试渗透系数

③

3、.界面处理对铺装层抗剪切能力的作用

优良的界面处理可以保证桥面铺装层与水泥混凝土面板之间的有效粘结、抗剪、应力吸收和防水功能。目前，在一些大型水泥混凝土桥面铺装过程中，大家对防水粘结材料的选择较为重视，而对于桥面板的处置方式并没有得到足够的重视，事实上桥面板的预处理方式对整个铺装结构的性能有着重要的影响。

通过对桥面板的处理提高铺装层的抗剪切能力，较单纯提高粘结层粘结性能有如下优点:

(1)粗糙的混凝土板表面产生的抗剪切能力远远高于单纯依靠提高粘结层的粘结能力而获得的抗剪切性能；

(2)混凝土板表面粗糙的物理形状基本不会受到温度影响，由其产生的抗剪切的能力不会因为温度的升高而降低；

(3)通过界面处理提高铺装层的抗剪切能力较采用昂贵的粘结层材料价格低廉，施工也比较简单。

无尘自动喷砂机、精铣刨均可以对桥面板进行有效的处理，满足桥面铺装的要求。应天大街西延高架地处居民住宅区，若采用精铣创对桥面进行处理，则需要采用鼓风机进行清扫，容易造成较大灰尘，而喷砂处理则不需要采用鼓风机进行清扫，对周围环境影响小，因此建议在应天大街西延高架工程中对桥面板采用喷砂处理。

4.防排水设计研究

防排水设计是排水降噪铺装成功的关键，在应天大街高架西延线工程中，横坡上游采用乳化沥青+沥青止水带方案，横坡下游采用乳化沥青+预制排水槽方案，预制排水槽宽10cm,高8cm,横坡上游在铺装沥青混凝土前，与构造物结合部位先贴止水带，组成铺装结构的防、排水体系。排水槽在铺装施工结束后安装，排水槽要略低于路面5-10mm，以使排水畅通。

结语

应天大街西延线采用排水降噪沥青路面这一新型路面设计，经过通车后的实际检验，能够有效降低路面雨天积水,减少汽车行驶时的水飘,水雾的产生;同时显著降低路面与轮胎之间噪音，减少城市高架道路行车对沿线居民的噪音干扰，提高路面抗滑性能,为驾驶员提供了良好的视觉环境，为安全行车提供有力保障。