透水沥青路面空隙堵塞及清理方式研究综述

史 宇 王颖慧 郑乐乐 何 敏 樊惠彬 马丽虹

（1.晋中市交通运输产业集团有限公司，山西 晋中 030082；2.长安大学公路学院，陕西 西安 710064）

0 引言

透水沥青混凝土路面是一种允许地表径流下渗的环保型铺装，其多孔结构具有削减地表径流、过滤污染物、抗滑、降噪、融化冰雪和调节地表温湿度等功能，由于路面上的固体颗粒不断积累，下渗的雨水携带固体颗粒堵塞了路面空隙，大大降低了透水路面的渗水功能，甚至使透水路面逐渐演变成不透水路面，入渗到道路内部的水分不能及时排出，使路面处于饱和状态，降低了沥青与集料之间的粘附力，导致路面的强度和稳定性下降。

本文从透水沥青路面的堵塞物颗粒，室内模拟堵塞试验，空隙堵塞的评价方法、关键粒径、影响因素及空隙清理方法等方面，综述透水沥青路面空隙堵塞的研究成果，为透水沥青路面的空隙养护提供参考。

1 透水沥青路面堵塞物颗粒研究

1.1 堵塞物颗粒来源

（1）沥青路面材料自身的磨损，如剥落的集料、石屑等。

（2）轮胎与路面之间磨损产生的橡胶颗粒。

（3）路面上的粉尘、砂土、黏土等固体颗粒。

（4）道路使用或行车过程中产生的废物，如冬季融雪剂的使用、车辆机油泄露、土方车抛洒等。

（5）道路旁边的绿化带产生的废弃物，如落叶、草屑、油脂等[1-3]。

1.2 堵塞物颗粒收集方式

（1）利用排水路面功能恢复车进行清洗和收集堵塞物。这种方式收集堵塞物较为省力，但容易将粒径较小的颗粒冲洗进路面空隙深处，使收集到的堵塞物粒径不全，影响后期对堵塞物颗粒粒径的分析。

（2）采用人工清扫的方式进行收集，如用毛刷从四周向中心清扫，用镊子取出大块纸屑、烟头等垃圾。这种方式较为费力，但收集到的堵塞物颗粒粒径较为全面[4-6]。

1.3 堵塞物颗粒粒径分析

不同地域的透水沥青路面，其堵塞物颗粒粒径分布差异较大。根据以往研究的结果发现，堵塞物颗粒在经过烘干、筛分后，平均粒径介于0~4.75mm 之间，其中平均43%的堵塞物颗粒能透过0.75mm 孔径筛，80%以上的堵塞物粒径在0.5mm 以下[5-7]。粒径在1.18~2.36mm 和0.3~0.6mm 之间的堵塞物对路面透水能力影响较大，粒径在0.6~1.18mm 和0.15~0.3mm 之间的堵塞物对路面透水能力影响较小[8]。

2 透水沥青路面堵塞的模拟试验方法

在室内进行透水沥青路面堵塞的模拟试验可以定量分析各个因素对堵塞的影响程度。

2.1 试件类型

堵塞试验所用的试件主要有单层车辙板试件、单层小马歇尔试件、单层大马歇尔试件和双层车辙板试件、双层小马歇尔试件、双层大马歇尔试件，试件的混合料类型多为PAC-10、PAC-13 和PAC-20。其中，车辙板试件的表面面积比马歇尔试件表面面积大，与路面实际状况更为接近，但在撒布堵塞物颗粒时难以在整个面积中撒匀，对堵塞后的渗透效果的测定有一定的影响；马歇尔试件表面面积较小，更容易均匀撒布堵塞物颗粒，常常与研究者自行设计的堵塞模拟装置配套使用，能够较为方便地测定多孔沥青混合料堵塞前后的渗透效果[5][9-10]。

单层试件模拟的是只有一层面层的多孔沥青路面，而双层试件模拟的是具有上、下面层多孔沥青路面[11]，通常下面层多孔沥青路面混合料的最大公称粒径大于上面层多孔沥青路面混合料的最大公称粒径。

2.2 堵塞物材料的选择

研究发现粒径超过4.75mm的堵塞物不易进入透水沥青路面的空隙中，因此堵塞物材料的粒径通常选择在0~4.75mm 之间。骆辉采用细砂（0.015~0.6mm）、粗砂（0.6~2.36mm）及全级配砂（0.15~2.36mm）作为堵塞物[1]；李波采用筛分后的0~0.2mm 的杂土进行堵塞试验[7]；鄢阳将不同比例的砂土和黏土配制成高黏聚力土、中黏聚力土、无黏聚力土作为堵塞剂[12]；蒋玮采用粒径在0~0.3mm 的细砂颗粒作为堵塞物[13]；吴立报采用粒径为4.75~2.36mm、2.36~0.6mm、0.6~0.3mm 和0.3~0mm 共4档集料模拟颗粒堵塞物[14]；周明刚采用粒径大于0.75mm的砂性土和粒径小于0.75mm的黏性土作为堵塞物[15]；朱云奇采用0.75~2.36mm 的标准砂作为堵塞物[16]；王若宇采用粒径小于0.075mm 的黄土和粒径大于0.075mm 的砂作为堵塞物[17]；王元采用粒径分别为1.18~2.36mm、0.6~1.18mm、0.3~0.6mm、0.15~0.3mm、0.075~0.15mm 以及小于0.075mm的单一级配堵塞物和混合级配堵塞物[3]。

2.3 洒水方式

在多孔沥青混合料试件上撒布堵塞物颗粒后，需要喷洒水分来模拟降雨冲刷状态，洒水方式主要有人工洒水模拟降雨、自行设计的降雨装置模拟降雨和动水冲刷仪模拟降雨[1][7][12][18]。其中，人工洒水方式较为简易，但与实际降雨状态差距较大。自行设计的降雨模拟装置包括降雨喷头、装试件的套筒和流速传感器，通过调节喷头流速的大小来模拟不同降雨强度，较为方便和准确。动水冲刷仪主要模拟的是水分入渗至透水沥青路面的空隙中，在行车荷载的作用下产生反复动水冲刷的情况。

2.4 堵塞方法

在多孔沥青混合料上撒布堵塞颗粒的方法主要有湿堵法和干堵法。湿堵法又叫蚀液加灌法，即将堵塞材料与水按比例配制成蚀液，用撒水壶均匀加灌。干堵法又叫干土堵塞法，即将配制好的干土样分次均匀撒在板件表面，再用少量水润湿[7][12]。

湿堵法由于蚀液流动性较大，造成的堵塞深度比干堵法大，更接近实际的透水沥青路面堵塞情况，但湿堵法在短时间内不能充分堵塞试件，不能满足堵塞试验过程中不同堵塞程度的要求。干堵法模拟出的试件堵塞状态与实际路面堵塞状态差距较大，堵塞物颗粒大部分只堵塞在试件表面，难以进入试件底部。因此，李波[7]改进了堵塞方法，采用双面堵塞的干堵法，即用较大颗粒堵塞试件正面，用小颗粒堵塞试件背面，这种方法模拟出的试件堵塞状态和真实路面状态比较接近。

3 透水沥青路面空隙堵塞程度的评价方法及关键粒径

3.1 评价方法

评价透水路面空隙堵塞程度的方法主要有渗透系数法、电阻率法、CT扫描法和噪声法[1][6][9][18]。

渗透系数主要通过常水头或变水头渗透仪来测量，通过直接对比堵塞前板件的初始渗透系数和堵塞后的渗透系数来评价多孔沥青混合料的堵塞程度[26]。渗透系数的测量仪器简单，可用于室内堵塞试验和室外实际道路检测，因此，使用渗透系数评价空隙堵塞程度的研究者较多，但由于试验过程中人工操作误差较大，需要多次测量取平均值。

电阻率法是利用堵塞程度高的地方离子浓度低的规律来表征试件空隙的堵塞情况，该方法操作简单，但只能在室内进行模拟，无法用于室外道路的测量。

CT 扫描法是指使用CT 设备扫描做完堵塞试验的试件或在透水沥青路面中钻芯取样得到的样品，通过图像处理技术得到试件内部的空隙堵塞状态。CT 扫描法具有良好的精确度和直观性，但是方法测量时间较长，不够便捷。

噪声大小受路面的堵塞程度的影响，随着透水沥青路面的堵塞状态劣化，路面噪声逐渐增大。测量路面噪声大小能够评价路面空隙堵塞程度，但每条透水路面的噪声情况不同，不能用同一个标准评价所有路面。

3.2 关键粒径

研究发现，对于PAC-13 而言，0.15~2.36mm 是造成混合料堵塞的关键粒径，其中粒径为1.18mm 的堵塞物主要堵塞路表面的空隙，而粒径为0.15mm 的颗粒主要进入空隙内部，是造成内部连通空隙堵塞的关键粒径；对于PAC-10 和PAC-20 而言，0.3~0.6mm 是堵塞混合料的关键粒径；对于PAC-16 而言，0.6~1.18mm 是堵塞混合料的关键粒径[12-13][19-21]。多孔沥青混合料颗粒堵塞空隙情况如图1所示。

图1 多孔沥青混合料颗粒堵塞空隙

4 影响透水沥青路面堵塞程度的因素

透水沥青路面堵塞程度的影响因素主要有降雨强度、堵塞物级配、路面空隙率和温度[5][7][9][22]。

4.1 降雨强度

降雨强度越大，雨后残留在透水沥青路面表面的细砂总质量越少，研究发现，降雨过后，0.3~0.6mm粒径范围内的堵塞物明显减少，这是因为降雨强度较小时，大颗粒聚集于空隙通道口附近，阻碍了小颗粒的移动；而降雨强度较大时，小颗粒物质在水流冲击下，能够强行穿过大颗粒进行移动[12]。

4.2 堵塞物级配

比起单一级配，连续级配的堵塞物造成沥青路面堵塞的程度更大，如图2 所示，在全级配堵塞物情况下，大颗粒在堵塞了较大空隙后，小颗粒填充进了小空隙，使水分透过的空间大大减小。且同样情况下，偏细型级配比偏粗型级配更容易导致空隙的堵塞[12-14][23-24]。

图2 不同级配砂堵塞状态示意图

4.3 路面空隙率

研究发现路面空隙率过大或者过小都容易造成空隙堵塞，当路面空隙率较大时，路面内部空隙数量多、尺寸大，小颗粒会随着水分进入到路面内部，增大了小颗粒在空隙中聚集的可能性；而当路面空隙率较小时，空隙尺寸小，连通空隙率低，进入路面的小颗粒容易堵塞内部通道[10][15][19][25]。

4.4 温度

随着路面温度的升高，细颗粒堵塞物更容易集中堵塞在路面表面形成封层，原因是多孔沥青混合料的沥青软化后容易粘附细小的颗粒物，引起空隙率的衰变，加重空隙堵塞情况[14]。

5 透水沥青路面空隙清理方法

透水沥青路面的空隙清理方法主要有预防性养护法、人工扫刷法、真空抽吸尘式清理法、压力水冲洗式清理法[19][26][27]。

预防性养护法是通过清洗液与超声波发生空化作用使空隙内堵塞物脱落，这种方法适用于路面使用时间不长，堵塞程度较轻的情况。

人工扫刷法只能清除路表面的堵塞颗粒，清除的深度最小，效果极为有限。

真空抽吸尘式清理法是利用真空抽吸作用，将空隙中的堵塞物吸出。由于吸力受到限制，对于使用年限较长、堵塞情况较重的路面难以起到显著效果，因此适用于小空隙浅层堵塞的路面。

压力水冲洗式清理法是利用高压水使空隙中的堵塞物向路面内部移动，从而恢复面层的透水能力，且水压越大，对于路面的清洗深度越大，清洗效果最为明显，适用于被粉质土堵塞的透水沥青路面。闫玉奎提出了一种以高压水为工作介质、基于空洞现象和气穴效应的排水性路面机能恢复设备，经过该设备数次清洗，路面渗透系数能够恢复到初始渗透系数的60%~70%[28]。白子玉设计了2 种设备组合模拟现有清孔设备中高压喷水及负压轴功能，确定清孔的最佳方案，对恢复路面渗水性能有显著效果[29]。

研究发现透水沥青路面的堵塞经过路面空隙清理后，路面的渗透系数能恢复到初始渗透系数的65%左右，且空隙清理效果与清理时机关系密切。

6 结束语

综合上述研究，得到以下结论：

（1）堵塞物收集方式宜采用人工毛刷收集，且由于堵塞物颗粒来源广泛，不同地域的堵塞物粒径存在差距，但大多堵塞物的粒径在0~4.75mm之间。

（2）堵塞试验宜采用双面干堵的方式，较大粒径的堵塞颗粒撒布在试件正面，较小粒径的堵塞颗粒撒布在试件背面，这种方法模拟出的试件堵塞状态和真实路面状态比较接近。

（3）评价透水路面空隙堵塞试验方法中，相较于电阻率法、CT 扫描法、噪声法，渗透系数法更适合用于室内堵塞试验和室外实际道路检测，因此推荐使用渗透系数法。

（4）影响堵塞程度的因素中，降雨强度越大，空隙中的颗粒物越容易被冲入到路面内部，路面的堵塞程度越低；堵塞物组成级配越良好，路面越容易堵塞；路面空隙率太大或太小，路面均容易堵塞；环境温度越高，路面越易堵塞。

（5）在各种空隙清理方式中，高压水冲洗对路面渗透能力的恢复效果最为明显，在高压水冲洗之后，路面渗透系数可以恢复到初始渗透系数的60%~70%。