沥青路面结构性破坏的定义 [排水性沥青路面结构]
排水性沥青路面结构
一、概述
排水性沥青路面采用大空隙开级配沥青混合料(设计空隙率17－23％)作表层，排水表层下的中、下沥青面层必须采用密实型沥青混凝土，使雨天渗入到排水功能层内的水横向除到路面结构以外，是一种高性能、高品质的高速公路路面结构类型。
图1 排水性沥青路面结构示意图
1. 必要性
普通沥青路面降雨后由于存在表面水膜，路面抗滑能力降低，同时导致水漂、溅水、水雾等问题,对行车安全会造成隐患。日本调查发现，普通铺面的高速公路雨天事故率是晴天事故率的9倍；我国雨天事故率是晴天事故率的5倍左右[]，多雨地区的高速交通安全问题更为突出。
排水性沥青路面有以下的优点：①排水沥青路面表面粗糙，构造深度大，抗滑性能高。②排水性沥青混合料的大空隙构造具有很好的排水功能，故路面在雨天表面不积水，防止了高速行车车辆形成“水漂”的可能性。③车辆行驶时不会产生溅水和水雾现象，车辆行驶视线好，大大提高雨天行车的安全性。日本调查发现采用排水沥青路面后雨天事故可减少80％。④排水沥青路面还是一种低噪音路面，与普通密级配路面相比，可以降低噪音3dB左右；在雨天条件下，排水沥青路面会有非常明显的降噪效果。 2. 国外应用
由于排水性沥青路面优良的使用品质与服务功能，排水性沥青路面在西欧、美国与日本高速公路得到了非常广泛使用。西欧于上世纪60年代、美国于
70年代开始推广使用此种路面。排水沥青路面在日本被称为“超级路面”，从80年代后期开始研究，虽然起步较晚，但发展较快，目前已形成较为完善的排水性沥青混合料设计方法，应该说日本是研究和应用排水性沥青路面最成功的国家，日本道路公团则强制规定所有新建或改建的高速公路表面层必须采用排水性沥青路面。在城市道路的交叉口，出于减噪与安全目的城市街道，排水路面也被较多使用。
二、我国适用范围
根据交通部西部科技项目《山区公路沥青面层排水技术的研究》、江苏省科技项目《排水性沥青路面应用技术研究》研究成果，结合国外大量工程经验，提出现阶段我国修筑排水性沥青路面的适用范围。 1. 适用公路类型
现阶段排水性沥青路面适用公路类型宜限制于高速公路，有出入口控制、全立交的城市快速路也可以考虑使用。 2. 气候条件
2.1. 降雨量：年降雨量在800mm 2.2. 温度：冬季冰雪较少地区
3. 地域与省份：根据我国气温资料与省会城市30年平均降雨量，推荐在长江沿线及以南区域修筑排水性沥青路面，具体有安徽、江苏、上海、武汉、福建、广东、海南、广西、江西、湖南、云南、贵州、重庆和四川。
图2-1 1971－2000年南方各省年平均降雨量
三、路面结构设计
1. 排水性沥青路面典型结构
2. 排水功能层类型的选择
排水性沥青路面面层类型的选择可根据降雨量按下表选择。
表3-1 排水性沥青路面面层类型选择
说明：①PAC10表示最大公称粒径为10mm的排水性沥青混合料；②交通量较大，重车较多的情况，设计空隙率考虑低限；③车道宽度大(如6车道)可考虑高限；④降雨强度按小时平均计算；⑤城市减噪目的双层式排水性沥青路面。
3. 其他结构层类型选择与推荐
中面层采用密实型沥青混凝土，具体类型选择时第一要考虑密实防水，其次在高温地区、重载车辆较多条件下要兼顾抗车辙性能，具体可按下表。
表3-2 排水性沥青路面中面层类型选择
采用半刚性基层时，宜采取抑制反射裂缝的结构性措施，如增加下面层厚度，设置土工网格或沥青碎石层等。
4. 防水粘结层
防水粘结层在排水性沥青路面结构中起两个方面的主要作用：①与普通密级配沥青混凝土相比，排水沥青面层与中面层之间的接触面积减少了约15%～25%，因此设置防水粘结层可以增加界面结合强度，确保层间的完全连续条件。②防止雨水下渗到中面层出现水损坏，提高路面结构耐久性。
此外，我国目前路面结构多为半刚性基层沥青路面，裂缝难以避免。使用延伸性较好的防水粘层材料，可以作为裂缝的应力吸收层，阻止裂缝的向上反射，确保防水效果。
结构设计中，对排水功能层与中面层层间结合进行抗剪强度验算： τ层间≤τR(T)
式中：τ层间为排水功能层与中面层层间计算剪切应力；
τR为高温T温度时实际测定的层间剪切强度。
5. 结构设计方法
排水性沥青路面与其他沥青路面最主要的区别是表面功能层的不同，因此在路面结构设计上差别并不大，可以采用我国《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97）设计方法设计排水性沥青结构。根据不同沥青、不同设计空隙率的排水沥青混合料试验结果，推荐排水功能层结构设计参数如表1。
表1 排水沥青混合料的设计参数
说明：沥青采用高粘度改性沥青
四、路面表面排水系统设计与典型方案
1. 设计内容与方法
排水沥青路面的路面排水设计包括路表水入渗设计、路面内部排水系统设计和排水层退水时间检验三个部分。
1）路表水入渗设计主要根据降雨强度和渗透系数确定路表水入渗率； 2）路面内部排水系统设计主要是选择确定路肩排水结构形式案，按照水力学渗流计算方法确定表层内部排水状况，根据渗流量大小进行内部排水系统各附属设施设计，包括集水沟的宽度、深度、集水管开孔面积、集水管管径等参数；
3）排水面层内的退水时间检验，按下式进行：
t=
nelKxi
ln
hDmax
≤2h
式中：h为排水表层铺装厚度； Dmax为排水表层材料的最大粒径；l为排水渗流长度；ne
为排水表层材料的有效空隙率；Kx为排水表层材料的横向渗透系数；i为道路的综合坡
度。
图4-2 浅碟型排水沟方案
图4-3 U型排水暗沟方案
3. 特殊部位排水设计
在超高路段、纵坡较大和桥面等特殊部位，路表排水设计方案局部有特殊调整(方案从略)。
五、排水沥青路面材料设计
1. 原材料 1.1. 沥青
排水性沥青路面要求使用高粘度改性沥青，其技术要求见下表。
表5-1 高粘度改性沥青技术要求
1.2. 矿料
排水性沥青混合料中粗集料应该均匀、洁净、干燥，破碎面多，符合我国现行技术规范的高速公路表层集料基本可用于排水性沥青混合料，其中对针片状颗粒含量、软石含量、压碎值等关键性指标要求更为严格。在规格上，当采用最大公称粒径为13mm的排水沥青混合料时，粗集料的可采用S10与S12两种规格材料；也可以直接使用S11单一规格的粗集料，但对于S10与S11要求4.75mm的通过率较低，不宜超过5％。
细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，与沥青有良好的粘结能力，禁止适用石屑。在规格上，要求2.36mm具有95％以上的通过率，并有连续的级配组成。
排水性混合料的填料要求采用石灰岩矿粉，矿粉应干燥、洁净。 1.3. 防水粘结层
防水粘结层在排水性沥青路面结构中起着至关重要的作用，可采用两种材料，一种是改性乳化沥青，其技术要求可参考现行技术规范；二是喷涂型防水粘结层材料，其技术要求可见下表。
表5-2 喷涂型防水粘层材料技术要求
说明：剪切强度与拉拔强度宜采用沥青混合料材料。
2. 配合比设计
级配对排水性沥青混合料性能有非常至关重要的影响，要求既保证沥青混合料具备较大的空隙率满足排水功能；粗骨料颗粒也要形成充分的嵌挤结构，使排水沥青混合料各种性能稳定而耐久。推荐工程中常用最大公称粒径13.2mm和16mm的排水沥青混合料级配范围见下表。
表5-3 排水性混合料集料级配范围
配合比方法如下：①检验原材料的技术指标；②根据空隙率预估公式确定初步配比方案；③根据沥青膜厚度和集料表面积预估沥青用量，不同沥青按不同膜厚计算；④击实成型MASHALL试件与车辙试件，检验体积指标，主要是空隙率能否达到目标空隙率的要求；⑤如果达到要求后再按±0.5%，±1%变化沥青用量，分别进行析漏试验、飞散试验确定根据最佳沥青用量，通常以沥青析漏试验的反弯点作为最佳沥青用量，而且析漏量一般不超过0.8%(烧杯法)，参照马歇尔试验结果，选择合适的沥青用量作为最佳沥青用量；⑥最后对混合料性能试验进行验证，包括排水性能、抗水损坏性能、飞散试验与车辙试验等。
试配排水性沥青混合料集料级配时，目标空隙率可根据下两式估算：
NMAS=13.2mm时，y=0.3755-0.0083P2.36-0.0038P0.075-0.0015Pδ NMAS=16.0mm时，y=0.2611+0.0008P13.2-0.0075P2.36-0.0022Pδ 式中：y为空隙率；P2.36为2.36mm孔径筛孔通过率； P0.075为0.075mm孔径筛孔通过率； P13.2为13.2mm孔径筛孔通过率；Pδ为4.75mm孔径筛孔通过率和2.36mm孔径筛孔通过率之差。 3. 排水沥青混合料设计技术要求
排水性沥青混合料应具有优良的抗滑和排水功能，同时又要有其他良好的路用性能，如强度特性、抗车辙、抗水损坏、抗飞散等，更主要的无论是服务功能特性还是材料强度性能，都要有很好耐久性。排水性混合料设计时的技术指标因满足下表要求。
表5-4 排水性混合料设计技术要求
六、其他 1. 施工
排水性沥青路面施工中的关键技术是混合料的温度控制和压实工艺。多条试验路的工程实践表明，利用现有的拌合、摊铺、压实等施工设备情况下就可以修筑高质量的排水性沥青路面；施工单位经过简单培训可以掌握排水性沥青路面施工技术。
2. 施工质量管理与控制
在质量管理与控制方面，对排水沥青混合料要加强温度检测；2.36mm和0.075mm通过率严格控制；车辙、水损坏和CANTABRO飞散损失作为施工中的常规检测指标予以重点监测。。排水性沥青路面施工后的质量检验指标与标准也有所变化。 3. 成本费用
与同厚度的抗滑表层相比，排水性沥青路面的成本要增加10～30％。与SMA路面相比，初期成本基本持平或略有增加，但路面耐久性会比SMA略低。 4. 存在问题
排水性沥青路面有下面2个技术问题：①在使用5年以后，路面空隙有会有一定堵塞，排水功能会逐渐下降。②冬季会消耗更多的融雪剂。
七、技术资料与参考文献
[1]山区公路沥青面层排水技术的研究课题总报告，交通部公路科学研究所,东南大学，重庆渝邻高速公路有限公司，2004年9月
[2]公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004），北京：人民交通出版社，2004 [3]日本道路协会，排水性铺装技术指针(案)，东京：丸善株式会社，1996
[4]交通部公路科学研究所等，《高速公路沥青路面抗滑技术标准研究》报告，2003年1月 [5]Prithvi S. Kandhal, Rajib B. Mallick，Design of New-Generation Open-Graded Friction Courses, NCAT, 1999
[6]Prithvi S. Kandhal, Rajib B. Mallick, Open-Graded Friction Course: State of the Practice, NCAT, 1998
[7]盐通高速排水性沥青路面实施技术文件,交通部公路科学研究所,东南大学,2005年4月
[8]盐通高速排水性沥青混合料目标配合比设计方案,排水性沥青路面应用技术研究课题组,2005年8月
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