淺析瀝青路面排水基層性能及施工工藝

■王少偉 ■黃石市頤陽(yáng)公路工程咨詢(xún)監(jiān)理有限責(zé)任公司，湖北 黃石 435000

1 研究背景

常見(jiàn)瀝青路面多采用半剛性基層。瀝青路面的透水基層，水泥穩(wěn)定碎石透水性能主要作用體現(xiàn)在使?jié)B入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分能夠在降水過(guò)程之后在一定時(shí)間內(nèi)排除。為了更好掌握、控制瀝青路面使用性能及壽命周期，有必要對(duì)瀝青路面排水基層性能及施工工藝開(kāi)展相關(guān)研究。

2 相關(guān)理論

2.1 空隙率

通常所說(shuō)的混合料的空隙，包含連通空隙、半連通空隙和閉空隙，乃指其總體積減去骨架所占體積的剩余部分。所有空隙占混合料總體積的百分率，稱(chēng)作全空隙率，簡(jiǎn)稱(chēng)空隙率。其中，水能夠自由通過(guò)并順利排除的空隙稱(chēng)為有效空隙。參考相關(guān)資料，排水混合料的有效空隙率與全空隙率之間存在較好的相關(guān)性。較為常見(jiàn)的貧混凝土的空隙率與有效空隙率之間的關(guān)系式為:

2.2 滲透系數(shù)

混合料的透水性以滲透系數(shù)表征，滲透系數(shù)又稱(chēng)水力傳導(dǎo)系數(shù)。日本學(xué)者相關(guān)研究表明，根據(jù)不同滲水方向滲透系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析得出:水平方向的滲透系數(shù)為垂直方向值大小的3～4 倍。顯而易見(jiàn)，由垂直方向滲透出來(lái)的水分在水平方向能夠較快地排走。所以，混合料的滲透性能主要在于垂直方向的滲透能力。排水基層混合料滲透性能要求與其排水能力相關(guān)，即與及排水基層的設(shè)計(jì)寬度、厚度以及面層的設(shè)計(jì)滲入率有關(guān)。

2.3 滲透系數(shù)與空隙率的關(guān)系

通常，透水材料滲透系數(shù)估算公式主要有以下幾種算法:

2.4 路表水滲入率

通過(guò)對(duì)滲入率設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析，不難得知，瀝青路面的一定損壞狀況的路面滲透系數(shù)是影響路表水滲入率大小的關(guān)鍵。當(dāng)路面下為不透水層時(shí)，進(jìn)入其內(nèi)部的自由水總是通過(guò)路面下形成的脫空進(jìn)行流動(dòng)的。由于脫空部分的特殊性，它對(duì)水分的粘滯作用是和排水層不同的。得到脫空的滲透系數(shù)以后，根據(jù)已有的滲入率測(cè)試數(shù)據(jù)，可得出按照路面養(yǎng)護(hù)等級(jí)及路面類(lèi)型分類(lèi)的面層滲透系數(shù)，即可用于路表水滲入率、排水層滲流量的相關(guān)計(jì)算。當(dāng)降雨強(qiáng)度/量小于這個(gè)數(shù)值時(shí)，因?yàn)樗侄急蛔韪粼诼访娼Y(jié)構(gòu)之內(nèi)，就不必進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的排水層設(shè)計(jì)。

3 排水基層的力學(xué)特性

半剛性基層在我國(guó)瀝青路面中被廣泛采用。設(shè)在的瀝青穩(wěn)定碎石排水基層下的半剛性基層，其剛度比前者相對(duì)較高，故而通常在荷載作用下處于受壓狀態(tài)，混和料的力學(xué)性能應(yīng)采用抗壓回彈模量表征。設(shè)計(jì)施工位于瀝青面層下的排水基層，主要起兩方面作用，即疏干面層和作為路面結(jié)構(gòu)的一部分承受行車(chē)荷載的作用。顯而易見(jiàn)，它既須具有足夠的力學(xué)性能又要具備足夠的排水能力。

通過(guò)分析加入排水基層對(duì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形狀況的影響，從結(jié)構(gòu)角度提出針對(duì)排水基層材料性能方面的有關(guān)要求，同事對(duì)設(shè)置排水基層的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出合理化建議。其中，表面水滲入路面結(jié)構(gòu)中的量，按路面類(lèi)型分別按以下公式計(jì)算確定:

排水層用于收集路面滲下的水流，并將之導(dǎo)引入設(shè)于路面邊緣的集水溝。由于從排水層向集水溝的滲流比較復(fù)雜，因此只進(jìn)行排水層不受環(huán)境影響或影響可以忽略范圍內(nèi)的水力計(jì)算。由于這種水面線(xiàn)改變影響的范圍相對(duì)于道路的寬度來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)，因此計(jì)算時(shí)假定水流在排水層整個(gè)范圍內(nèi)自由水面線(xiàn)是穩(wěn)定不變，且保持平行的。根據(jù)滲入率設(shè)計(jì)中的式(3-3)，得出排水層中的滲流量為:

根據(jù)滲入率設(shè)計(jì)，排水層中的水流處于滿(mǎn)流狀態(tài)，所以，代入式(3-3)，得出排水層范圍內(nèi)的滿(mǎn)流時(shí)的滲流流量/速如式(3-4)所示。

4 排水基層施工工藝

排水基層施工主要分為下承層準(zhǔn)備、攤鋪、碾壓等三個(gè)施工環(huán)節(jié)。①下承層準(zhǔn)備——排水基層的下承層，即二灰碎石項(xiàng)面應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí)，路拱符合驗(yàn)收要求。將乳化瀝青封層設(shè)置在二灰碎石頂面，用以防止透過(guò)排水基層的水繼續(xù)往下滲透，具體做法為“一油一料”。②攤鋪——在攤鋪施工前，在位于道路外側(cè)架設(shè)一條直徑為的鋼絲線(xiàn)，同時(shí)按縱向間距每隔設(shè)置基準(zhǔn)架，按照水準(zhǔn)測(cè)量的基準(zhǔn)線(xiàn)高度，在基準(zhǔn)架上將基準(zhǔn)線(xiàn)固定，在確認(rèn)檢查無(wú)誤后，供攤鋪時(shí)使用。同時(shí)，在攤鋪施工前，確認(rèn)橫坡控制系統(tǒng)的總儀表業(yè)已安裝到位，并接通線(xiàn)路，確認(rèn)總儀表指示燈正常顯示。瀝青穩(wěn)定碎石排水基層的松鋪系數(shù)按1.15 攤鋪;水泥穩(wěn)定碎石排水基層的松鋪系數(shù)按1.2 攤鋪。③碾壓——按前面研究的施工工藝，嚴(yán)格控制碾壓溫度。先用8 雙鋼輪壓路機(jī)靜壓l 遍，再帶振壓1 遍，然后用10 單鋼輪壓路機(jī)帶振壓2 遍，最后用25 雙膠輪壓路機(jī)復(fù)壓2 遍，用灌沙法測(cè)其壓實(shí)度，達(dá)98%以上，滿(mǎn)足要求。

排水基層的具體施工過(guò)程中，需把握排水基層須同時(shí)滿(mǎn)足空隙率、壓實(shí)度相關(guān)要求。因而，需要著重保證好壓路機(jī)噸位、碾壓遍數(shù)、松鋪系數(shù)等三個(gè)要素控制工作，同時(shí)注意污染防控。①首先，注意保證瀝青穩(wěn)定碎石排水基層的下承層即半剛性底基層平整、密實(shí);同時(shí)確保鋪設(shè)于下承層上的乳化瀝青稀漿封層必須滿(mǎn)足規(guī)范要求。②應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定的規(guī)格在瀝青混合料拌和廠拌制合格的排水基層材料，再通過(guò)自卸卡車(chē)保溫運(yùn)輸至工地，確保攤鋪施工采用攤鋪機(jī)進(jìn)行。施工期間，相關(guān)溫度要求主要為:拌和溫度在140℃～150℃之間控制，攤鋪壓實(shí)溫度不低于120℃，碾壓終了溫度不低于65℃。③松鋪系數(shù)、碾壓遍數(shù)可通過(guò)試驗(yàn)段具體確定，可采用6～8光輪壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)施工。在每次試壓后，應(yīng)對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石排水基層鉆芯取樣，然后測(cè)得芯樣的毛體積密度、壓實(shí)度、空隙率等指標(biāo)。直至同時(shí)滿(mǎn)足壓實(shí)度、空隙率相關(guān)要求后，方可最終確定其松鋪系數(shù)、碾壓遍數(shù)。根據(jù)相關(guān)研究，建議松鋪系數(shù)控制范圍為1.15～1.20，6～8 光輪壓路機(jī)碾壓次數(shù)控制范圍為3～4 遍。④為了防止排水基層表面受到破壞，應(yīng)嚴(yán)禁在已完成的或正在碾壓的路段上，壓路機(jī)進(jìn)行急剎車(chē)和“調(diào)頭”操作。⑤關(guān)于瀝青穩(wěn)定碎石排水基層橫、縱向接縫的處理，參照瀝青面層施工要求實(shí)施。⑥應(yīng)在瀝青穩(wěn)定碎石排水基層完工驗(yàn)收合格后，及早進(jìn)行瀝青面層施工，并切實(shí)注意排水基層污染防控。

［1］JTGT D33-2012.公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2012.

［2］顧慰慈.滲流計(jì)算原理及應(yīng)用.中國(guó)建材工業(yè)出版社.北京:2000，8.

［3］黃勇生，項(xiàng)新里.排水瀝青路面混合料試驗(yàn)研究.國(guó)外公路，2001，02.

［4］姚祖康等.路面結(jié)構(gòu)的內(nèi)部排水設(shè)施.公路，1997，05。

［5］JTG F40-2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.