高速公路瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的排水設(shè)計(jì)

　　摘  要：結(jié)合瀝青混凝土路面施工過程中所取得的經(jīng)驗(yàn)，從路線設(shè)計(jì)、瀝青混合料設(shè)計(jì)等方面對(duì)瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)排水、防水等提出了一些具體措施，以期提高瀝青混凝土路面的耐久性。chinajtss...com

　　關(guān)鍵詞：高速公路；瀝青混凝土路面；排水設(shè)計(jì)

　　水是危害公路的主要自然因素，也是瀝青混凝土路面早期損壞的主要原因之一。從目前已建成的公路的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)來看，瀝青混凝土路面所出現(xiàn)的各種病害（如坑槽、松散、剝落、龜裂、下陷等）無不與水的侵蝕有關(guān)，水已成為構(gòu)成高速公路瀝青混凝土路面早期損壞、使用壽命降低的主要自然因素。因此，如何避免地下水和地表水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)，并有效地將進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)的水分盡快排出，已成為目前瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)乃至整個(gè)高速公路設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 路表排水

　　降落在路面表面和路肩(包括硬路肩和土路肩)表面的降水若不能迅速排走，一方面會(huì)造成路面積水滯留，雨天行車時(shí)形成霧障而影響行車安全；另一方面會(huì)因路表積水時(shí)間過長(zhǎng)而加速瀝青混凝土面層的損壞。對(duì)于混凝土路面結(jié)構(gòu)類型而言，路面排水設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

　　1.1 合理設(shè)計(jì)路拱橫坡是有效排除路表降水的關(guān)鍵

　　從有利于排水的角度出發(fā)，路基橫坡和路肩橫坡的坡度值都取高值，但路基橫坡過大會(huì)影響到行車的安全。因此，應(yīng)綜合考慮兩方面因素，第一，在南方多雨地區(qū)應(yīng)適當(dāng)取高值，在北方冰凍地區(qū)取低值。第二，硬路肩的橫向坡度可采用高限值，但考慮到目前路面攤鋪已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，從方便施工考慮，硬路肩的橫坡方向宜與行車道相反，以避免將硬路肩積水匯集到行車道上。

　　1.2 正確選取超高漸變段的合成坡度是避免路表局部積水的有效途徑

　　一般在高速公路線型設(shè)計(jì)中，如果單純考慮行車的舒適和線型的美觀，超高漸變率宜緩一些，超高漸變段也希望盡量長(zhǎng)一些。但超高漸變率過小，超高漸變段內(nèi)路面橫坡接近零的區(qū)段過長(zhǎng)，形成路面局部滯水，從而影響行車安全。當(dāng)路線縱坡與超高漸變率方向一致時(shí)，最小合成坡度位置即旋轉(zhuǎn)軸位置(對(duì)于高速公路來說通常是中央分隔帶外緣)，其大小就是路線縱坡；當(dāng)路線縱坡與超高漸變率相反時(shí)，最小合成坡度位置即行車道外側(cè)邊緣位置，大小為路線縱坡與超高漸變率的代數(shù)差。

　　1.3 合理設(shè)置縱坡是確保挖方路段路面排水的重要手段

　　人們一般在挖方路段因其水文地質(zhì)條件差時(shí)才對(duì)這種路段的地下排水引起重視，如通常在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮增設(shè)碎石排水墊層，在兩側(cè)設(shè)置邊緣滲溝，但對(duì)于路表排水中一些容易出問題的地方卻常常忽視，概括起來有兩個(gè)方面：一是將凹形豎曲線的最低點(diǎn)設(shè)在挖方路段內(nèi)，致使路表水和進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)的自由水停滯時(shí)間長(zhǎng)，不易排除；二是較長(zhǎng)挖方路段縱坡坡度設(shè)置過小，標(biāo)準(zhǔn)斷面的邊溝無法滿足路面和邊坡匯水流量的需要，對(duì)于超高地段，中央分隔帶處必須每隔一定距離設(shè)置橫向排水管，將匯集在中央分隔帶邊緣集水溝(管)的路表水引排出去，如果挖方路段過長(zhǎng)且縱坡較小，同樣會(huì)增加該部分排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工的難度。因此，縱坡設(shè)計(jì)切忌將凹形豎曲線置于挖方路段內(nèi)，同時(shí)挖方路段較長(zhǎng)時(shí)(超過400 m)其縱坡不宜小于3%，一般情況不得小于1%。

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2 瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)排水要求

　　2.1 常規(guī)設(shè)計(jì)存在的質(zhì)量隱患

　　目前，在高速公路的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，普遍將下面層設(shè)計(jì)為空隙率較大的Ⅱ型瀝青混凝土，如AC—25Ⅱ或AC—30Ⅱ型；中面層多為Ⅰ型密級(jí)瀝青混凝土，如AC—20Ⅰ型等；抗滑表層則采用AK—13型或AK—16型。就我國(guó)大部分高速公路的瀝青混凝土而言，空隙率大的主要是抗滑表層和下面層。其中抗滑表層在施工過程中，為了滿足構(gòu)造深度這一指標(biāo)，空隙率必須達(dá)到6%以上。同時(shí)，許多施工單位為了追求表面平整度，不惜以犧牲壓實(shí)度為代價(jià)，減少壓實(shí)遍數(shù)，降低碾壓溫度，從而使其實(shí)際空隙率增大。因此，只要有降雨，抗滑表層內(nèi)部總是處于飽水狀態(tài)。而下面層則由于表面水少量的滲入、路面開裂以及基層中毛細(xì)水上升等原因，使得不少水分滯留在混合料的空隙中，而且，由于中面層的密封作用和下面層自身空隙率較大，導(dǎo)致下面層基本上總是泡在水中。這樣，瀝青混凝土路面長(zhǎng)期在水和荷載的共同作用下，使得瀝青膜逐漸從集料表面剝離，最終導(dǎo)致集料之間的黏結(jié)力喪失而出現(xiàn)坑槽、松散等路面破壞現(xiàn)象。因此，必須在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理選取適當(dāng)?shù)募?jí)配類型，特別是抗滑表層和下面層這兩個(gè)層次。

　　2.2 瀝青混凝土路面要體現(xiàn)排水要求

　　在降雨量大的多雨濕熱地區(qū)，為了解決抗滑表層抗滑性能要求與水穩(wěn)定性這一矛盾，建議在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，優(yōu)選SMA結(jié)構(gòu)，既可通過其間斷級(jí)配的碎石骨架在表面形成較大的構(gòu)造深度，又可由于瀝青碼蹄脂的填充，使其混合料內(nèi)部的空隙率很小。如經(jīng)濟(jì)條件不允許采用SMA結(jié)構(gòu)，則應(yīng)在滿足抗滑性能要求的同時(shí)盡量降低其空隙率。而對(duì)于下面層，則盡可能采用Ⅰ型的密級(jí)配瀝青混凝土，一方面使路面水盡可能少地滲透到基層中，另一方面也可以阻隔基層中的毛細(xì)水，從而增加整個(gè)瀝青混凝土路面的水穩(wěn)定性。

　　此外，瀝青混凝土面層厚度與最大粒徑不匹配，也是出現(xiàn)不同程度水損害的原因之一。由于瀝青混凝土面層厚度與混合料級(jí)配的最大粒徑之比不當(dāng)，施工中不利于壓實(shí)，造成空隙率過大。因此，應(yīng)合理考慮瀝青混凝土面層厚度與所選擇設(shè)計(jì)級(jí)配的最大粒徑尺寸的關(guān)系。

3 瀝青混合料設(shè)計(jì)應(yīng)考慮材料的抗?jié)B性能

　　要保證路面結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性和耐久性能，保證路面基本不透水是至關(guān)重要的，尤其是對(duì)SMA路面結(jié)構(gòu)類型，保證路面基本不透水是該結(jié)構(gòu)能否成功的關(guān)鍵。因此，從提高路面的耐久性能出發(fā)，應(yīng)將路面抗?jié)B性能作為一個(gè)重要的指標(biāo)來控制，尤其是瀝青混合料應(yīng)從原材料的選擇、配合比的確定到施工中攤鋪與碾壓的控制都至關(guān)重要。

　　3.1 從提高瀝青的性能著手

　　積極改善瀝青的路用性能，尤其是黏附性有利于提高抗?jié)B性。采用改性瀝青、摻加抗剝離劑，在礦粉中摻加一定量的水泥或磨細(xì)生石灰粉，對(duì)抵抗剝離以提高瀝青混合料水穩(wěn)定性都有明顯效果，但應(yīng)注意不同抗剝離劑與各種石料之間的匹配問題。當(dāng)選用摻加水泥或消石灰時(shí)，應(yīng)注意確保施工實(shí)際摻加劑量的準(zhǔn)確性。

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　　３．２選擇適當(dāng)?shù)募?jí)配范圍

　　從選擇適當(dāng)級(jí)配上考慮，提高瀝青用量及提高４．７５ ｍｍ～９．５ ｍｍ規(guī)格集料的用量相應(yīng)地都可以提高混合料的抗?jié)B性，但應(yīng)考慮其高溫穩(wěn)定性能指標(biāo)能否達(dá)到要求。

４路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水設(shè)計(jì)中應(yīng)重視的問題

　　對(duì)于滲入路面結(jié)構(gòu)的自由水，必須通過設(shè)計(jì)使之迅速向下或兩側(cè)滲漏而排走。

　　（１）對(duì)于設(shè)置路面邊緣排水系統(tǒng)的路段，為使結(jié)構(gòu)內(nèi)的水能自由排入邊部縱向集水溝，應(yīng)在非超高路段的路緣石（路肩處）上每隔５０ｃｍ～１００ ｃｍ預(yù)留ｄ １０ ｃｍ的半圓孔洞；在超高路段則應(yīng)在超高段中央分隔帶集水溝側(cè)面設(shè)置相應(yīng)孔洞。

　　（２）對(duì)于瀝青混凝土路面所設(shè)的排水基層，通常選用瀝青處置開級(jí)配碎石?？紤]到該結(jié)構(gòu)層為骨架空隙結(jié)構(gòu)且經(jīng)常受水的侵蝕，因而耐久性較差，為此，必須提高其瀝青與礦料之間的黏附性和抗剝離性能。如條件允許，盡量采用干燥的磨細(xì)消石灰粉或水泥作為填料的一部分，其用量為礦料總量的１％～２％，如條件不允許（許多地方的消石灰粉細(xì)度得不到保證），可采用摻加抗剝離劑的方法。

　　（３）應(yīng)重視對(duì)下封層的設(shè)計(jì)和施工。下封層的主要作用是防止進(jìn)入瀝青混凝土路面的水分下滲到基層中。目前下封層通常采用層鋪法施工的單層式瀝青表面處置，這種方法方便快捷、施工容易，但無法有效阻止水分下滲的作用。因此，最好采用拌和法砂粒式瀝青混凝土，既可對(duì)基層的平整度進(jìn)行一次修正，又能有效阻止面層或透水基層中的水分侵入到基層中。或者在灑布透層瀝青后，在基層頂面鋪設(shè)有紡?fù)凉げ?，并用輕型光輪壓路機(jī)來回碾壓直至下面的瀝青泛至土工布表面，實(shí)踐證明，這種方法既可防止基層反射裂縫，又可起到防水作用，是一種較好的下封層形式。

　　第一作者簡(jiǎn)介：楊月娥，女，１９７８年７月生，２００２年畢業(yè)于華北工學(xué)院，助理工程師，太原市彭通交通新技術(shù)有限公司，山西省太原市并州北路３５號(hào)金港大廈Ｂ座１４０２室，０３００１２．