全透式路面的可行性研究

冯永艳 丁颖杭

一般认为路基应保持干燥，以提供稳定的承载力，故传统路面设计均采用不透水结构或半透式结构组合。但随着近年来海绵城市理念的推广，对道路透水性提出了新的要求。最新路面结构要求慢行系统可采用全透式结构组合，但占道路大半面积的机动车道仍然采用不透水结构，并在必要处加设防渗土工布以保证机动车道范围的路基土干燥。为了更好地响应海绵城市的建设理念，建设更为环境友好的道路系统，本文试图寻找建设全透式机动车道的可行性条件，以大幅度提高道路建设的整体透水率，为海绵城市建设理念的贯彻实施提供保障。

一、路基土湿化破坏机理

地下水位上升或连续降雨都会导致路基土湿化。土体湿化后水-土之间发生一系列相互作用，如：颗粒软化、棱角破碎、相互滑移、重新分布填充等，最终导致填筑体的沉陷或者变形。

已有的研究成果表明，湿化会引起附加侧向应变，降低强度，但降低程度与土体性质直接相关。土体随着含砂质量分数的降低，承载能力随之降低。

土体湿化所产生的附加轴向应变和附加体应变使得土体变得更加密实，呈现一种类似超固结的状态。当进一步剪切时，潜在滑动面上的颗粒间由于相互错动而引起挤压，当相互挤压所产生的合力超过了围压时，便表现为剪胀。剪胀的出现使得潜在滑动面变为明确的滑动面，会加速土体的变形和破坏，这也是湿化后土体抗剪强度下降的原因之一。当围压较大时，颗粒间相互错动挤压的合力无法超过围压，剪胀现象便会减弱甚至消失。此时由于颗粒间相互错动的阻力加大，土体抗剪强度会得到一定程度提高，部分软弱土颗粒被压碎。

土体湿化后除对土体本身的物理力学性质产生影响外，还会加速破坏路面结构，如图1所示。路基土孔隙水过多时，空隙间联通，土体孔隙水压力增大，有效应力减小。当车辆荷载作用时，路基土挤压变形，联通的孔隙水形成动水，反复冲刷路面结构底层，造成结构层底水损坏，板底脱空，进一步发展，路面结构失去支撑，造成路表凹陷，造成结构层的整体破坏。

图1 孔隙水对路面结构层的破坏示意图

除常规湿化破坏外，在寒冷地区湿化路基还存在冻融现象，存在路基冻胀融陷的问题。严重影响路基安全。

故传统路基需保持干燥，维持最佳含水率，保证压实度。对浸水路基要采取特别的处理措施，如设置排水盲沟、换填垫层、设置防渗土工布等，保证路基和结构安全。

二、路基土干湿状态判别

路基干湿状态的划分是确定路基是否会发生湿化破坏的指标。《城市道路路基设计规范》给出了路基干湿类型划分标准，以路床顶面以下80cm深度内的平均稠度wc为判定指标。可见路床顶面以下80cm深度范围是十分重要的，要保证干范围内土体的干燥或采用耐水高强度材料。

除直接判断外，由于我国幅员辽阔，地域差距巨大，通过自然分区判别也是行之有效的手段。通常我国北方地区地下水位较低，南方地区地下水位较高。山区地下水位较低，沿海平原沟谷地下水位较高。

三、我国透水路面的发展

国内从20 世纪90 年代才开始对透水道路结构进行探索试验，已取得了一些初步成果，但发展比较缓慢，应用也未全面推广。胡世金建议采用上面层OGFC、中面层粗粒式ATPB-25 或ATPB-30、底面层特粗式ATPB-40、基层级配碎石、底基层天然砂砾，以及灰土防水、渗沟和排水沟排水的透水沥青路面结构。该结构组合为全透式路面，但对应用条件并未加以限制。其指出，当路基不怕水时，可以不设防水层，路面透下来的水直接渗走，如果水不能渗走则应设置排水系统将水排走。当路基怕水时，则必须做防水层和排水系统将水排走。

JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》第7 章“沥青面层”中规定“排水表层宜为30～40 mm”，“条文说明”里提出排水面层厚40～50 mm，使用时根据道路实际需求可在30～50 mm 中选取。未考虑全透式路面，实际不能称之为透水路面。

近几年来，海绵城市建设发展迅速，但透水路面仍然仅用于慢行系统。对荷载较大的机动车道范围仍然未有涉足，与海绵城市建设的势头相悖。如何处理好荷载影响，扩大透水路面的适用范围，选择优良的结构组合，又维持在经济合理的造价水平，是本文重点讨论的内容。

四、全透式路面设计条件及处理方式

由前述可知，维持路基干燥是使用透水路面的前提条件。路床顶面以下80cm深度范围是荷载影响的敏感区域。故全透式路面结构的设置前提为路床顶面以下80cm深度范围路基土应为砂性土，有良好的透水性，且本身性质稳定，不会因泡水造成较大的强度降低或形变。

当路床顶面以下80cm深度范围路基土性质不良时，需换填处理方可采用全透式路面。砂性土的选用受地下水位高低的影响。地下水位过高，逼近结构层底时建议采用碎石换填。具体数值及砂性土性质对应可参见《城市道路路基设计规范》。

由于全透式路面的水的下渗通道是通畅的，有可能导致雨天路基范围地下水急剧升高。为保证地表雨水下渗后不过高抬升地下水位，造成在荷载作用下的结构水损坏，全透式路面结构下需设置集水、排水管道，将过多下渗的雨水迅速排出路基范围，如图2所示，维持地下水位在一定的高度。

图2 透水路面设置示例图

若地下水位过高，无法维持安全距离，需特别限定路面结构的材料，要选用耐久的抗冲刷材料，或设置隔水层。

五、结语

本文从实际出发，依托工程经验，从多个角度分析了全透式路面在重交通作用的机动车道范围应用的可行性，并提出限定条件，得出以下主要结论：

1.保证路床顶面以下80cm深度范围路基土性质稳定是设置全透式路面结构的前提条件。

2.地下水位线需与路面结构底层保持一定距离，该距离与路基土性质有关，当不能保证距离时，可采用耐久的抗冲刷的路面结构材料或设置隔水层。

3.可通过设置排水设施，维持安全的地下水位。