透水沥青路面优化设计方法

2022-07-12黄卓

交通世界 2022年16期

关键词：车辙集料试件

黄卓

（邢台路桥建设集团有限公司，河北邢台 054000）

0 引言

普通沥青路面不具备透水性能，当出现强降雨时，路面积水无法快速排出，容易引起城市内涝。为避免这一问题的发生，可在公路建设时，采用透水型沥青混凝土路面，该路面结构具备常规沥青路面的使用性能，还有良好的透水性，可有效解决城市内涝问题。

1 工程概况

某公路工程全长5.525km，为城市主干道，在交通路网中具有较为重要的作用。该公路沿线的地势为东南高、西北低，区域内未发生超过4.5 级以上的地震灾害，工程所在地的气候条件为亚热带季风气候，降雨集中在5～10 月，年均降雨量约为1 430mm。2019 年6月下旬，该市出现一次持续时间较长的降雨，因部分道路排水不畅，引起城市内涝灾害。为此，在该城市主干道建设中，要求采用透水沥青路面，以此来满足排水需要，降低内涝灾害的发生概率。以下重点对该公路透水沥青路面优化设计方法展开分析。

2 透水沥青路面优化设计方法

2.1 材料配合比设计

2.1.1 集料级配

在对集料级配设计时，以现行规范标准的规定要求作为主要依据，结合集料的筛分结果，对透水沥青混合料中的集料比例优化调整，通过计算得到集料的级配组成，过16mm 筛孔的质量百分率为100%，过0.075筛孔的质量百分率为3.7%[1]。

2.1.2 马歇尔试验

依据现行规范标准的规定要求，并以同类工程经验作为参考，选用设计级配，对透水沥青混合料做马歇尔试验，试验中的油石比确定为4.5%。通过本次试验，对最佳的沥青用量予以确定。由试验结果可知，透水沥青混合料在油石比为4.5时的孔隙率为21.9%，相对密度为2.574g/cm³，上述指标与规范要求相符，通过优化调整后，最终将透水沥青混合料的油石比定为4.4%[2]。

2.2 材料的主要设计参数

透水沥青混合料是一种具有良好透水性和抗滑性的材料，由于此类材料需要形成孔隙结构，以满足透水要求，所以其粗集料占比较大，沥青以改性沥青为主，确保胶结效果，在这一前提下，混合料的抗拉和抗剪强度会出现不足的现象，会对透水沥青路面的使用寿命造成一定影响。通过透水层的设置，能够使水从路面结构中快速排出，路面的整体使用性能随之提升。对透水路面检测后发现，其路用性能的各项指标均高于规范要求值。为此，在透水沥青路面设计时，可对材料的主要参数优化设计，使设计出来的透水沥青路面路用性能与规范要求相符。

2.2.1 高温稳定性

沥青混合料的高温稳定性与抗车辙变形能力有关，当沥青路面在高温下出现剪切变形后，受到车辆荷载的作用，路面便会出现车辙病害。评价沥青混合料的高温稳定性时，可以采用的试验方法较多，其中结果可靠性较高的是车辙试验、单轴贯入试验。

（1）对沥青混合料做车辙试验，可依据试验结果，评价混合料的抗车辙性能。通过车辙试验，能够准确测出沥青混合料的动稳定度，该指标可以反映高温条件下，沥青路面的抗车辙性能。车辙试验的标准如下：在规定的温度下，向试件施加荷载，测定试件形成的车辙变形速率，即每次产生的变形为1.0mm时，施加荷载车轮行走的次数。本次试验中，将规定温度设为60℃，施加荷载的车轮压力为0.7MPa，制作好的试件在试验温度条件下，存放6h，得出的车辙试验结果为动稳定度6 059 次/mm，超出规范要求的3 000 次/mm 一倍[3]。为进一步增加混合料的高温稳定性，可减少沥青用量。需要注意的是，若沥青用量过少，混合料的力学性能会有所下降，所以必须控制好减少的幅度，以免对混合料的使用性能造成影响。

（2）沥青混合料在重载车辆的作用下，容易发生剪切破坏，会引起车辙。基于此，在设计透水沥青混合料时，要将混合料的抗剪强度作为考虑因素。可以采用单抽贯入试验评测沥青混合料的抗剪强度，制作圆柱形试件，试验温度为60℃，用钢压头对试件施加荷载，准确记录下贯入压力，通过计算得出试件的剪切强度[4]。

2.2.2 水稳定性

水损害是沥青路面最为常见的病害问题，具体成因如下：水渗入混合料空隙后，在车辆荷载作用下，会产生动水压力，使包裹在集料表面的沥青薄膜开裂，水从开裂的位置处渗入后，会导致沥青的黏结性大幅下降，当黏结作用完全丧失后，沥青薄膜便会从集料表面剥离，混合料出现松散的状况，路面随之破坏。在对沥青混合料的水稳定性评价时，可以采用冻融劈裂试验，由试验结果可知，透水沥青混合料的冻融劈裂强度比为84.78%，大于现行规范规定的80%[5]。

2.2.3 抗疲劳性能

疲劳裂缝是沥青路面较为常见的病害之一，该病害的产生与车辆荷载作用存在密切关联。可用于沥青混合料抗疲劳性能测定的方法较多，结果可靠性比较高的有弯曲试验、拉伸压缩试验等。本工程采用弯曲试验，对透水沥青混合料的抗疲劳性能检测评价，将制作好的试件切割为一定尺寸的小梁试件，通过控制应变加载模式开展弯曲试验，加载频率设定为10Hz，试验温度为15℃。由试验结果可知，当应变水平为400με，试件油石比为4.4%时，抗疲劳能力为364 080，当油石比超过最佳油石比时，试件的抗疲劳性能不增反降[6]。

2.3 路面结构组合优化设计

与普通的沥青路面相比，透水沥青路面在应用方面具有一定的特殊性，这种特殊性主要体现在路面所具备的透水性能上。此外，普通路面的要求结构稳定性高、承载力足够，而透水沥青路面要在稳定和承载力达标的前提下，最大限度提高路面的透水能力，以此来满足透水要求。基于此，在对透水沥青路面设计时，要分析各层的功能，采用组合优化的设计方法，使设计出来的路面透水性能达到规范标准的规定。

2.3.1 透水面层

在透水沥青路面中，面层位于最上层，需要承受车辆荷载并受到气候影响，该层选用的材料和结构对透水沥青路面的路用性能影响较大。面层要具备足够高的强度、高温稳定性、抗车辙能力、水稳定性、抗滑性等。可作为面层的材料相对较多，不同的材料特性有所差别，为确保所选的面层材料满足使用要求，应综合考虑：工程所在地的水文地质条件、气象情况、预期性能等[7]。

2.3.2 透水基层

该层的主要用途为承受车辆荷载传递的作用力，提高结构的耐久性。在公路中，基层因需要承重，故此必须使其具备足够的刚度和强度，还要有一定的抗疲劳破坏能力。而对于透水沥青路面而言，除以上特性外，基层应有良好的透水性。基于此，在透水沥青路面优化设计中，可将柔性基层作为首选。

2.3.3 垫层与反滤隔离层

土基中存在大量的细小颗粒物，这些颗粒物的体积较小，受到水的作用，容易反渗到基层中，通过反滤隔离层的设置能够避免这一问题。而垫层能够起到消散车辆荷载的作用，避免水侵入土基造成强度下降，引起土基破坏的情况发生[8]。在垫层与反滤色隔离层的设计中，材料的选择是重点，将粒径较小的碎石或是中粗砂作为首选，以此保障路面的透水效果。