透水瀝青路面優(yōu)化設(shè)計方法

黃卓

（邢臺路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北邢臺 054000）

0 引言

普通瀝青路面不具備透水性能，當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)降雨時，路面積水無法快速排出，容易引起城市內(nèi)澇。為避免這一問題的發(fā)生，可在公路建設(shè)時，采用透水型瀝青混凝土路面，該路面結(jié)構(gòu)具備常規(guī)瀝青路面的使用性能，還有良好的透水性，可有效解決城市內(nèi)澇問題。

1 工程概況

某公路工程全長5.525km，為城市主干道，在交通路網(wǎng)中具有較為重要的作用。該公路沿線的地勢為東南高、西北低，區(qū)域內(nèi)未發(fā)生超過4.5 級以上的地震災(zāi)害，工程所在地的氣候條件為亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨集中在5～10 月，年均降雨量約為1 430mm。2019 年6月下旬，該市出現(xiàn)一次持續(xù)時間較長的降雨，因部分道路排水不暢，引起城市內(nèi)澇災(zāi)害。為此，在該城市主干道建設(shè)中，要求采用透水瀝青路面，以此來滿足排水需要，降低內(nèi)澇災(zāi)害的發(fā)生概率。以下重點(diǎn)對該公路透水瀝青路面優(yōu)化設(shè)計方法展開分析。

2 透水瀝青路面優(yōu)化設(shè)計方法

2.1 材料配合比設(shè)計

2.1.1 集料級配

在對集料級配設(shè)計時，以現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求作為主要依據(jù)，結(jié)合集料的篩分結(jié)果，對透水瀝青混合料中的集料比例優(yōu)化調(diào)整，通過計算得到集料的級配組成，過16mm 篩孔的質(zhì)量百分率為100%，過0.075篩孔的質(zhì)量百分率為3.7%[1]。

2.1.2 馬歇爾試驗(yàn)

依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，并以同類工程經(jīng)驗(yàn)作為參考，選用設(shè)計級配，對透水瀝青混合料做馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)中的油石比確定為4.5%。通過本次試驗(yàn)，對最佳的瀝青用量予以確定。由試驗(yàn)結(jié)果可知，透水瀝青混合料在油石比為4.5時的孔隙率為21.9%，相對密度為2.574g/cm3，上述指標(biāo)與規(guī)范要求相符，通過優(yōu)化調(diào)整后，最終將透水瀝青混合料的油石比定為4.4%[2]。

2.2 材料的主要設(shè)計參數(shù)

透水瀝青混合料是一種具有良好透水性和抗滑性的材料，由于此類材料需要形成孔隙結(jié)構(gòu)，以滿足透水要求，所以其粗集料占比較大，瀝青以改性瀝青為主，確保膠結(jié)效果，在這一前提下，混合料的抗拉和抗剪強(qiáng)度會出現(xiàn)不足的現(xiàn)象，會對透水瀝青路面的使用壽命造成一定影響。通過透水層的設(shè)置，能夠使水從路面結(jié)構(gòu)中快速排出，路面的整體使用性能隨之提升。對透水路面檢測后發(fā)現(xiàn)，其路用性能的各項指標(biāo)均高于規(guī)范要求值。為此，在透水瀝青路面設(shè)計時，可對材料的主要參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計出來的透水瀝青路面路用性能與規(guī)范要求相符。

2.2.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與抗車轍變形能力有關(guān)，當(dāng)瀝青路面在高溫下出現(xiàn)剪切變形后，受到車輛荷載的作用，路面便會出現(xiàn)車轍病害。評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性時，可以采用的試驗(yàn)方法較多，其中結(jié)果可靠性較高的是車轍試驗(yàn)、單軸貫入試驗(yàn)。

（1）對瀝青混合料做車轍試驗(yàn)，可依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，評價混合料的抗車轍性能。通過車轍試驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確測出瀝青混合料的動穩(wěn)定度，該指標(biāo)可以反映高溫條件下，瀝青路面的抗車轍性能。車轍試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)如下：在規(guī)定的溫度下，向試件施加荷載，測定試件形成的車轍變形速率，即每次產(chǎn)生的變形為1.0mm時，施加荷載車輪行走的次數(shù)。本次試驗(yàn)中，將規(guī)定溫度設(shè)為60℃，施加荷載的車輪壓力為0.7MPa，制作好的試件在試驗(yàn)溫度條件下，存放6h，得出的車轍試驗(yàn)結(jié)果為動穩(wěn)定度6 059 次/mm，超出規(guī)范要求的3 000 次/mm 一倍[3]。為進(jìn)一步增加混合料的高溫穩(wěn)定性，可減少瀝青用量。需要注意的是，若瀝青用量過少，混合料的力學(xué)性能會有所下降，所以必須控制好減少的幅度，以免對混合料的使用性能造成影響。

（2）瀝青混合料在重載車輛的作用下，容易發(fā)生剪切破壞，會引起車轍?；诖耍谠O(shè)計透水瀝青混合料時，要將混合料的抗剪強(qiáng)度作為考慮因素?？梢圆捎脝纬樨炄朐囼?yàn)評測瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度，制作圓柱形試件，試驗(yàn)溫度為60℃，用鋼壓頭對試件施加荷載，準(zhǔn)確記錄下貫入壓力，通過計算得出試件的剪切強(qiáng)度[4]。

2.2.2 水穩(wěn)定性

水損害是瀝青路面最為常見的病害問題，具體成因如下：水滲入混合料空隙后，在車輛荷載作用下，會產(chǎn)生動水壓力，使包裹在集料表面的瀝青薄膜開裂，水從開裂的位置處滲入后，會導(dǎo)致瀝青的黏結(jié)性大幅下降，當(dāng)黏結(jié)作用完全喪失后，瀝青薄膜便會從集料表面剝離，混合料出現(xiàn)松散的狀況，路面隨之破壞。在對瀝青混合料的水穩(wěn)定性評價時，可以采用凍融劈裂試驗(yàn)，由試驗(yàn)結(jié)果可知，透水瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比為84.78%，大于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的80%[5]。

2.2.3 抗疲勞性能

疲勞裂縫是瀝青路面較為常見的病害之一，該病害的產(chǎn)生與車輛荷載作用存在密切關(guān)聯(lián)?？捎糜跒r青混合料抗疲勞性能測定的方法較多，結(jié)果可靠性比較高的有彎曲試驗(yàn)、拉伸壓縮試驗(yàn)等。本工程采用彎曲試驗(yàn)，對透水瀝青混合料的抗疲勞性能檢測評價，將制作好的試件切割為一定尺寸的小梁試件，通過控制應(yīng)變加載模式開展彎曲試驗(yàn)，加載頻率設(shè)定為10Hz，試驗(yàn)溫度為15℃。由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)應(yīng)變水平為400με，試件油石比為4.4%時，抗疲勞能力為364 080，當(dāng)油石比超過最佳油石比時，試件的抗疲勞性能不增反降[6]。

2.3 路面結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計

與普通的瀝青路面相比，透水瀝青路面在應(yīng)用方面具有一定的特殊性，這種特殊性主要體現(xiàn)在路面所具備的透水性能上。此外，普通路面的要求結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、承載力足夠，而透水瀝青路面要在穩(wěn)定和承載力達(dá)標(biāo)的前提下，最大限度提高路面的透水能力，以此來滿足透水要求?；诖?，在對透水瀝青路面設(shè)計時，要分析各層的功能，采用組合優(yōu)化的設(shè)計方法，使設(shè)計出來的路面透水性能達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2.3.1 透水面層

在透水瀝青路面中，面層位于最上層，需要承受車輛荷載并受到氣候影響，該層選用的材料和結(jié)構(gòu)對透水瀝青路面的路用性能影響較大。面層要具備足夠高的強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性、抗車轍能力、水穩(wěn)定性、抗滑性等。可作為面層的材料相對較多，不同的材料特性有所差別，為確保所選的面層材料滿足使用要求，應(yīng)綜合考慮：工程所在地的水文地質(zhì)條件、氣象情況、預(yù)期性能等[7]。

2.3.2 透水基層

該層的主要用途為承受車輛荷載傳遞的作用力，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。在公路中，基層因需要承重，故此必須使其具備足夠的剛度和強(qiáng)度，還要有一定的抗疲勞破壞能力。而對于透水瀝青路面而言，除以上特性外，基層應(yīng)有良好的透水性?；诖?，在透水瀝青路面優(yōu)化設(shè)計中，可將柔性基層作為首選。

2.3.3 墊層與反濾隔離層

土基中存在大量的細(xì)小顆粒物，這些顆粒物的體積較小，受到水的作用，容易反滲到基層中，通過反濾隔離層的設(shè)置能夠避免這一問題。而墊層能夠起到消散車輛荷載的作用，避免水侵入土基造成強(qiáng)度下降，引起土基破壞的情況發(fā)生[8]。在墊層與反濾色隔離層的設(shè)計中，材料的選擇是重點(diǎn)，將粒徑較小的碎石或是中粗砂作為首選，以此保障路面的透水效果。

3 結(jié)語

透水瀝青路面設(shè)計是一項專業(yè)性較強(qiáng)的工作，為確保設(shè)計出來的路面結(jié)構(gòu)具有良好的透水性和路用性能，在設(shè)計時，要對相關(guān)因素加以綜合考慮，優(yōu)選路面材料并對路面結(jié)構(gòu)組合加以優(yōu)化。