排水性沥青路面结构及排水设计研究

维普资讯 http://www.cqvip.com ２２８　西部探矿工程　２００８年第９期　排水性沥青路面结构及排水设计研究　彭新亮　（中交第一公路工程局有限公司，北京１０００１０）　摘要：针对现在广泛采用的密级配沥青混凝土路面的排水性能上存在的问题，分析了开级配排水型　沥青路面在排水方面的优势，对排水路面的排水能力、渗透系数进行了相关探讨，对这种新型路面的　路面结构形式进行了分析，并对路面、边沟排水形式上的设计进行了研究。　关键词：排水性沥青路面；排水能力；排水设计　中图分类号：Ｕ４１７．３文献标识码：Ａ文章编号：１００４－－５７１６（２００８）０９－－０２２８－－０４　路面排水一直都是道路工作者关注的重点之一，水　因素不仅影响高等级公路的行车安全，而且通过渗透等　方式对路基稳定性、路面结构功能产生负面影响［１］。道　路技术人员不仅从排水设施方面优化设置，而且从路基　路表降水。因此，排水路面能使车子轮胎与地面保持良　好接触，避免雨中行车产生水漂和打滑现象。　１．１渗透系数　路面结构出发研究其本身的防水功能。排水路面即开　级配沥青路面（０ＧＦＣ），于２Ｏ世纪６Ｏ年代首次建设，　现在欧，美，日本和澳大利亚已得到大面积推广。日本　公路公团规定新建的高速公路路面都必须使用高性能　的排水路面［２］。目前在日本高性能排水路面已占　６５００ｋｍ高速公路里程的１５　９／６，并以每年１００～１５０ｋｍ　的速度增长。排水路面之所以如此受人们的重视，是与　其本身具有的优越特点分不开的，主要有以下几点优良　特点：①良好的行车舒适性、平稳性，实验证明车辙量的　增加远低于密级配路面；②降水时沥青面层的水可通过　内部的空隙流出，不会在表面形成水膜和径流，避免车　轮因高速行驶所产生的水漂以及打滑现象；③多孔隙的　路面结构可以有效吸收车轮摩擦产生的噪音，是一种环　保型的路面。　ｌ路面排水原理　渗透系数是反映具有空隙的介质透水能力的一个　综合系数，由落水头实验测定Ｌ３］。采用恒水头实验得出　排水性沥青混合料的渗透系数为：　ｋ一　（１）　式中：ｋ——渗透系数；　Ｑ～试件截面的流量；　Ｉ　——试件长度；　Ａ——试件长度；　ｔ——通过流量Ｑ的时间；　ｈ——水头差。　日本通过研究流速与水头梯度的关系得出了透水　系数的计算表达式：　ｋ—　２　２）　式中：ａ、ｐ——回归方程的系数。　试件水流状态必须满足达西定律的适用范围。为　保证层流状态，ＡＳＴＭ建议取低压实度材料的水力坡　度临界值为０．２～Ｏ．３；对于多孔隙排水混合料，应保证　雨水或者融雪水进入到多孔隙的沥青砼表面后，就　可以通过表层内部的连通空隙流出，而不会在表面形成　水膜和径流。即使在使用阶段，由于沙土或其他异物堵　塞，空隙率有所下降，但是路面仍能及时排出大部分的　层流的水力坡度临界值上限为０．０４５。日本排水性铺　（２）通过钻探取芯，经过抗压试验和压水试验，确定　（１）开挖检查，可开挖桩顶３～４ｍ深度，检查其外观　其９０ｄ龄期的抗压强度及渗透系数、透水率。　搭接状况，主要是检查一板墙与一板墙的搭接是否良　４小结　好，墙厚是否符合设计要求，桩体是否规则、致密均匀。　通过对多头小直径水泥土搅拌桩施工质量预控、施　３验收阶段的质量控制　另外也可沿壁状加固轴线，斜向钻孔使钻杆通过，即可　工过程的控制、验收阶段的质量控制，即可保障桩基质　检查相邻桩组的搭接状态。　量，改良软弱地基，提高地基承载力。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第９期　西部探矿工程　２２９　装技术指针规定：排水性沥青混合料的渗透系数应该大　于１０＿。ｃｍ／ｓ。通过对空隙率为１７％、２Ｏ　９，６、２３　的排　水性沥青混合料分别进行了渗透测试实验［４］，与密级配　沥青砼的渗透系数相比，前者一般都大于２．０×　１０＿。ｃｍ／ｓ，后者一般在０．５×１０　ｃｍ／ｓ左右。　１．２排水能力　从排水原理上分析，排水路面的排水能力由两部分　组成：一是排水性沥青混凝土铺装层自身的空隙所拥有　出口　的储水能力，二是铺装层内部经连通孔隙沿道路横坡方　向的排水能力。　（１）储水量计算：储水量大小是与路面设计特性相　关，单位储水量主要由铺装层空隙率决定，整体上跟空　隙率、路面抗滑层厚度、道路宽度等几何因素有关。可　采用下式估算［５］：　Ｑ—Ｗ・Ｉ　・Ｈ・Ｐ　（３）　式中：Ｑ——储水量，ｍ３；　ｗ——道路宽度，ｍ；　Ｉ一道路长度，ｍ；　Ｈ——铺装厚度，ｍ；　Ｐ——空隙率，　。　如果以路面宽度２４ｍ，抗滑层厚度为０．０４ｍ，目标　空隙率２Ｏ　９，６为例，单位长度的储水量为Ｑ一２４×１×　０．０４×２０　一Ｏ．１９２ｍ３。　（２）透水能力：不同的筑路材料有不同的空隙率和　孔径尺寸，水在内部的流动形态也就不近相同。从沿路　表方向和垂直方向上看，渗水状态是不同的，日本的观　察研究表明：沿路表方向上的渗透系数比垂直方向要大　２～３倍，这表明由路表渗透下来的水可以在抗滑层内　很快被排走。　对于空隙细小、流速较小的土壤或配合料，水流流　线互相平行，水的渗流规律可以用达西定律来表示。而　当材料的孔隙较大，流速较快，水流则成为紊流，不宜利　用达西定律来表征渗流规律。排水沥青混合料空隙率　较大，一般情况下都是在２Ｏ％左右，而且空隙率连通情　况没有规律，水在孔隙中流动极无规则。如果不考虑排　水层内的水流状态，只考虑在理想条件下（最大降雨时　路表无径流），路面渗水能力相当于无水头压力时的水　流渗透速度。　假设降雨强度为ｑ（ｍｍ／ｈ），出口断面流量为Ｑ　（ｃｍ３／ｓ），各断面流量为Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，如图１所示。　沿路线方向单位长度的排水路面的断面流量满足　以下关系：　Ｑ２一Ｑ１＋ｑ・ｄｘｌ・ｄｔ　（４）　０＿３一Ｑ２＋ｑ・ｄ】（２・ｄｔ＝Ｑ１＋ｑ（ｄｘｌ＋ｄｘ２）・ｄｔ（５）　Ｑ　一Ｑ　一ｌ＋ｑ・ｄｎ＿１・ｄｔ＝Ｑ１＋ｑ・∑ｄｘ・ｄｔ　（６）　图１排水性沥青路面断面流量计算示意图　设Ｑ１为起始断面的流量，则Ｑ　为０，根据上式递　推，易知∑ｄｘ＝Ｉ　，Ｑ—Ｑ　，故有：　Ｑ：　一１Ｏ×３６００—３６０　一　（７）　此时出口断面的流速ｖ一　：　（ｍｍ／ｓ）　上式中ｖ是在不考虑行车干扰影响下，保证路面没　有积水时，排水路面能容允的降雨量。　２排水路面结构形式　排水性路面的结构设计方法原则上是与沥青路面　相同，在结构设计中需要考虑排水功能层的等效换算系　数以及排水处理的方法。日本道路协会ｌ６ｊ制定的排水　路面技术指南规定，标准排水混合料的等效换算系数可　看作为ｌ＿０，选这个值的依据是通过使用优质骨料并注　重研究骨料配合比，可以使马歇尔稳定度和动态稳定度　与普通的沥青混合料相同或在其之上。　排水沥青路面的上面层采用大空隙的沥青混凝土，　下面采用不透水的沥青混合料结构层，以防止雨水下渗　进入基层。为了确保排水层下的结构不透水，设计中需　要加入一层沥青下封层作为止水层覆盖在水泥稳定碎　石基层上，中下面层的沥青混合料均用密级配的沥青混　凝土。作为排水路面功能层的面层，采用排水混合料，　在排水功能层的下面设置不渗透雨水的封层。具体的　路面结构形式如图２所示。　３排水设计　３．１路面坡度设计　路面横向坡度是路面降雨、融雪排水的必要断面形　式，目前高等级公路正常路段沥青路面横坡常取直线形　式，有些路段考虑行车平稳性等要求路拱形式还采用了　折线甚至抛物线形式。横坡常取２　９，６，验收标准对横坡　度的施工允许偏差为±０．３　９／６，但在多雨地区或者考虑　到表面构造深度的要求，２　９，６的排水横坡偏小，可以在适　当范围内增大ｌ＿７］。对于较小或超高过渡段，合成纵坡应　不小于２．２％。排水性沥青路面主要是以排水层排水　维普资讯 http://www.cqvip.com

２３０　西部探矿工程　２００８年第９期　排水性沥青混　凝土铺装层　沥青上封层　沥青混合料结构层　沥青下封层　路面基层　圈２排水路面结构形式示意图　为主，只有在考虑特大暴雨等异常天气条件下才允许有　径流产生，所以必须保证合成坡度满足要求。　３．２路肩排水设计　由排水面层汇集来的雨水要通过路肩排向排水沟，　由集水管汇集后经横向排水管排出路基，排水性路面的　这种雨水汇集方式注定雨水不能象密级配沥青路面那　样，可以直接漫过外侧平路缘石和硬化或绿化后的土路　肩，通过边坡拦水缘石形成的纵向边坡集水沟，汇流至　边坡急流槽中排至路基外。为确保排水沥青面层雨水　进入基层，在排水平石及路侧排水性沥青混凝土加厚段　范围的基层顶面，铺设自粘性的改性沥青防水卷材，同　时为防止路侧排水性沥青混凝土加厚段与中间正常的　密级配沥青混凝土纵向搭接形成反射缝，则其与路面中　下面层之间的纵向接缝进行错缝布置，并采用改性沥青　玻纤格栅进行局部加固。　雨水在排水层内的渗透能力是与渗透长度是有关　系的，路肩宽度越小可以使雨水在排水层中的渗透路径　越短，图３（ａ）是一种路肩布置方式，雨水经排水层排出　后还有一段自由流动的长度，它的特点是铺装形式简　单，渗水速度快，同时节约成本Ｌ８］。图３（ｂ）是另外一种　布置方式，该路肩形式的排水长度比（ａ）的要长，因此排　水表层的排水效果要差些，且排水表层靠近排水沟位置　的部分还要采取加固措施，防止大粒径集料脱落，这种　布置方式的主要特点是能提供更宽的行车宽度。图３　（ｃ）是另一种路肩设置方式，这种结构的排水长度比上　两种形式的还要长，排水能力更次。排水沟形式由明沟　变成了暗沟，渗透或者径流过来的水要通过覆盖在边沟　上的排水表层材料才能下渗到排水沟内，这种结构形式　可以应用于降雨量不是很大、用地相对紧张的地区；省　去设排水平石的麻烦。　３．３超高段路面表面排水　对于以上排水方式，路面汇水都是从中间向两侧排　出，而对于超高路段，由于高速公路不允许上侧半幅路　面水横向漫流过下侧半幅路面，因此，超高段路面排水　鏊排水性沥青涸　黻麓弱踵爱鳕敛　防水封　・　．‘ｌ＿．一　：偶：　．　，。，　．１ｌ｜Ｌ・　：’　，　‘　’　’　●　。　｝　．　排水沟　基层　图３路肩排水方式　主要是将汇流至中央分隔带附近的积水排出。排水方　案一般采用集中排出方式。集中排出方式需要在上侧　路缘带内每隔一定距离设置集水井，井间用集水管相连　接，另每隔一定距离设置检查井兼横向排水管。此方式　排水能力较差，不能迅速及时排出集水，养护也较困难。　３．４中央分隔带排水　雨水常通过中央分隔带内的填土渗入路面和路基　内，为防止中央分隔带内的渗水浸泡路基和路面结构　层，在中央分隔带与路基和路面的接触面上设置防渗　层，防渗层铺设至路缘石或路面结构层顶。不论是直线　段还是超高段均应设置完善的纵、横向排水设施，及时　将地面水排出路基外。　（下转第２３２页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

２３２　西部探矿工程　２００８年第９期　的各种因素，然后根据现场实际情况采取的各种技术措　面开挖即可行，可从两端掘进；路基较深时，就要采用分　施，充分发挥现场压实机械的工作效率，使所施工的路　基达到压实标准。要重点控制住以下环节：　①认真控制试验段的施工和验收，确定施工单位的　机械组合的可行性，确定不同种类填土最大干密度和最　佳含水量，以及松铺系数。　②检查控制填土含水量，只有在实际含水量接近最　佳含水量时，压实才有效。　层的阶式开挖，为同时分段修筑挡墙，可考虑采用纵向　分段挖法，如边坡拟设防护，当防护不能紧跟开挖施工　时，质量监理也要建议负责不同工序的施工人员加强联　系，紧密配合，暂留一定厚度的保护层，待防护工程施工　时再刷坡挖足。　②弃方处理要慎重，控制施工人员的操作规范性，　弃方应抛至监理指定位置，不允许出现诸如污染水源、　淤塞河道等情况的发生。　③分层填筑、分层碾压。不分层，压实功只作用在　上层，将来的环刀和击实法试验都不能取出真实的压实　度。　④要求全宽填筑，全宽碾压。实践证明，凡不注重　③严格控制排水设立完备，保证路基的地下水、地　面自然降水排除到路线以外的范围。　３结束语　全宽碾压的，当路堤填筑到一定高度时，均出现程度不　同的纵向裂缝，严重的还会反射到路面也出现纵向裂　纹。　工程质量监理的目标是要建立全面质量控制体系，　强化承包人自检体系的管理，热情服务，预先监理，事前　监理，并严格做好中间的质量检验及现场质量验收，搞　好工序监测，严格进行开工报告的审批，预防质量通病　的产生，杜绝质量事故。“百年大计，质量第一”，让我们　⑤分层检查压实度，并严格监理程序，下一层未合　格的土层不允许进行下一道工序。　（２）路基挖方：　①要严格开挖方式的选择，当路基短而浅时，全断　牢记住自己的责任，确保工程质量创优，完成我们这一　代质量监理人员的历史使命。　（上接第２３０页）　４　结论　１９９４（６）：１５—２０．　设计合理、施工得当的排水性沥青路面可以把路表　降水转为结构层内排水，避免了由于路表径流容易产生　的车轮水漂现象，提高了行车安全，另外大孔隙率的表　［７］唐国荣．新颖的路面结构型式——排水性沥青路面Ｉ－Ｊ］．　２００５（２）：１１－１２．　［８］诸永宁．排水性沥青路面排水性能研究与排水设施的设计　Ｉ－Ｄ］．东南大学硕士学位论文，２００４．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ伽Ｄｒａｉｎａｇｅ　Ｓｔｒｎｅｔｎｒｅ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｄｒａｉｎａｇｅ伽ｔｈｅ　Ｐｏｒｏｕｓ　Ａ　ｔ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　层结构可以起到消音降噪的作用。随着改性沥青技术　的发展，特别是高粘度改性沥青、环氧沥青的进一步研　究应用，大大提高了排水性路面的抗车辙能力，并且耐　久性也大幅度提高。排水性沥青路面是经济的，从长远　来看值得在多雨地区高等级公路路面中逐步推广应用。　参考文献：　ＰＥＮＧ　Ｘｉｎ－ｌｉａｎｇ　（Ｆｉｒｓｔ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，　Ｂｅｒｉｎｇ　１０００１０，Ｃｈｉａ）ｎ　Ｅｌｉ中华人民共和国行业标准．ＪＴＪ　ｏ１８—９７公路排水设计规　范［ｓ］．北京：人民交通出版社，１９９８．　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｄｅｎｓｅ　ｇｒａｄｅｄ　ａｓｐｈａｌｔ　ｐａｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｎ　ｄｒａｉｍｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂｒｏａｄｌｙ　ｎＯＷ　ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ　ｕｓｅｄ，ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｂ０ｄｙ　ｏｆ　ａ　ｂｏｏｋ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｎ　ｄｒａｉｎｉｎｇ　ｆｕｎｃ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｏｐｅｎ—Ｇｒａｄｅｄ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｃｏｕｒｓｅ　ｓｔｅｐ，ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｄｒａｉｎｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ　ｐａｖｅｍｅｎｔ，ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｎｅｗ　ｐａｖｅｍｅｎｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｒｏａｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｓｉｄｅ　ｄｉｔｃｈ　ｏｎ　ｄｒａｉｎｉｎｇ　ｆｏｒｍａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｕｓ　ａｓｐｈａｌｔ　ｐａｖｅｍｅｎｔ；ｄｒａｉｎｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ；ｄｒａｉｎａｇｅ　ｄｅｓｉｇｎ　［２］聂淑贞，应荣华．排水性沥青路面使用性能分析［Ｊ］．公路　与汽运，２００６（１２）：４２—４４．　［３］马英。高等级公路路基路面排水设计［Ｊ］．山西建筑，２ＯＯ６　（２４）：３０２—３０３．　［４］徐皓，倪富健，刘清泉，等．排水性沥青混合料渗透系数测　试研究［Ｊ］．中国公路学报，２００４（３）：１—５．　［５］严军，叶奋，黄彭，等．排水沥青混合料透水性能的评价研　究［Ｊ］．公路交通科技，２００２（１９）：３４—３８．　［６］沈金安．开级配多空隙排水型沥青路面［Ｊ－Ｉ．国外公路，