透水性瀝青混凝土面層在城市道路中的應用
2006-05-04 00:00
摘要：通過分析透水性瀝青混凝土路面的特性及優(yōu)點，結合工程應用實例對透水性瀝青混合料的材料選擇、配合比、施工工藝等方面進行嘗試與探討。實踐證明，在城市道路中采用透水性瀝青面層技術可行、設計簡易、施工方便，且工程費用增加不大，在我國南方多雨地區(qū)有較強的現實意義和推廣價值。
關鍵詞：城市道路；透水性瀝青面層；設計；配合比；施工；杭州市
0 前言
透水性瀝青混凝土，與一般瀝青混合料相比，特點是空隙率較大、大粒徑骨料含量較多，瀝青為高溫熱穩(wěn)定性好、粘結性強的高粘度改性瀝青。因此透水性瀝青混凝土具有一些優(yōu)良的路用性能： (1) 透水性路面可以避免雨天路面積水形成水膜，提高路面抗滑性能； (2) 減小路面反光，改善路面標志的可見度，改善車輛行駛的安全性和舒適性； (3) 吸收車輛行駛產生的噪音，有利于創(chuàng)造安靜舒適的交通環(huán)境。此外，使用透水性材料鋪設具有排水性的道路，可以減輕集中降雨季節(jié)道路排水系統(tǒng)的負擔；有助于補充城市地下水資源，保持土壤濕度，增加城市透水、透氣面積，調節(jié)城市氣候，降低地表溫度，改善城 市環(huán)境，保持生態(tài)平衡。
透水性瀝青混凝土路面(OGFC) 在我國還處于發(fā)展起步階段，目前尚無完整的設計施工規(guī)范及驗收指標。筆者在杭州市慶春路整治工程設計中，參考國外相關技術標準，對透水性路面的結構設計、瀝青混合料的材料選擇、配合比、施工工藝等方面進行了嘗試，希望能與同行一起交流、共同探討，為我國透水性瀝青混凝土路面的發(fā)展積累經驗。
1 工程概況
慶春路地處杭州市中心繁華地帶， 全長約4km ，紅線寬40 m ，是杭州市傳統(tǒng)的商業(yè)服務街，也是聯系西湖景區(qū)與城市東部的主要通道。無論從商業(yè)功能還是交通功能上講，慶春路都是杭州市中心區(qū)十分重要的東西向城市主干道。市委、市政府為緩解杭城交通“兩難”、進一步改善城市環(huán)境、提升城市品位，提出“一縱三橫”四條道路綜合整治的目標及要求，為提高雨天行車的安全性，降低交通噪音、防止路面積水、改善道路環(huán)境，在慶春路整治中采用透水性瀝青混凝土面層。
2 路面結構設計
透水路面按其排水方式可分為全透式路面和半透式(排水式) 路面。全透式要求面層、基層、墊層相應具有良好的透水性能，并提供足夠的力學強度，才可以保證路面雨水迅速下滲至自然土基，起到透水性道路的真正作用，國外主要應用于停車場、廣場、人行道及輕交通道路。半透式則僅要求上面層具有透水性能，下設隔水層，路表下滲水通過道路縱橫坡匯入盲溝、盲管進行收集，接至雨水井。
慶春路作為老路改造工程，現狀路面結構為水泥混凝土與瀝青混凝土面層形式間隔分布，在加罩透水性瀝青混凝土面層時，由于原下層結構均無透水性，因此，針對工程實際情況，僅加鋪透水性面層，設計為半透式路面。
設計時，對現狀水泥混凝土路面段適當加高約10 cm ，采用5 cm AC-16 Ⅰ中粒式瀝青混凝土+ 5cm OGFC-13 透水瀝青混凝土進行瀝青罩面；對瀝青路面段僅銑刨原結構層中的細粒式瀝青面層，采用5 cm OGFC-13 透水瀝青混凝土重新進行罩面。
半透式路面設計需重點考慮下滲水的排除和避免對下部結構層的影響，因此，設計時，須在透水性面層下噴灑橡膠乳化瀝青隔水層，下層采用中粒式瀝青混凝土密級配結構，并按照上面層的要求進行施工，嚴格控制平整度，保證排水迅速、通暢，避免因局部凹陷形成積水無法排除，引起下滲水對下部結構層的破壞。在道路平石邊設置寬10 cm、深12 cm的盲溝(同道路縱坡) ，采用透水瀝青混凝土填筑，埋設內徑5 cm 的盲管(采用鋼管打孔) 接入雨水口。盲溝周圍噴灑橡膠乳化瀝青，并鋪設改性油毛氈用以防水。具體結構設計詳見圖1 。
0 透水性瀝青混合料設計
透水性路面特有的多孔性對該混合料本身的力學強度有一定的影響，因此，為了保證混合料的多孔透水性和力學強度，關鍵就要選擇正確的材料與合理的混合料配合比。
3. 1 材料選擇
3. 1. 1 集料
透水性瀝青混合料集料間斷級配，粗集料含量大且粒徑單一，細集料含量少，結構空隙率一般為18 %～22 % ，混合料的粗集料應采用質地堅硬，表面粗糙，形狀接近立方體，有良好的嵌擠能力的破碎集料，其技術要求見表1 。
細集料宜選用機制砂，如使用石屑時，宜采用與瀝青粘附性好的石灰?guī)r石屑，且不得含有泥土、雜物。
填料必須是由石灰石等堿性巖石磨細的礦粉，推薦采用消石灰或水泥部分或完全取代礦粉。
3. 1. 2 瀝青膠結料
配制透水性瀝青混合料應采用高粘度改性瀝青。瀝青應具有較小的針入度、較高的軟化點和粘度，應有較好的抗裂性，避免瀝青面層低溫開裂。具體指標見表2 。
3. 1. 3 纖維
配制透水性瀝青混合料應摻加纖維穩(wěn)定劑提高混合料的瀝青用量，以提高混合料的耐久性能。
3. 2 混合料配合比設計
透水性瀝青混合料的配比應根據混合料生產、運輸、抗磨耗飛散要求及目標空隙率確定。配比設計應按以下步驟進行：
(1) 根據實際要求，選擇混合料的目標空隙率。
(2) 選擇集料種類，其物理力學性能指標應符合防滑面層的相關規(guī)定。
(3) 選擇瀝青的種類，并根據瀝青與集料的粘附性，確定是否摻加抗剝落劑。
(4) 對現行規(guī)范中的防滑面層集料級配進行調整。根據空隙率與集料中粒徑在4. 75 mm 以下集料的質量通過率的關系，確定其通過率范圍。
(5) 4. 75 mm 的通過率對混合料的空隙率和骨架嵌鎖結構有很大影響，應嚴格加以控制。設計時將粒徑4. 75 mm 以下集料的質量通過率范圍等分成四部分，構成四種集料級配。在相同瀝青質量分數下(取5. 0 %) ，分別測定四種級配的透水性瀝青混合料的礦料間隙率VMA ，并繪出VMA 與粒徑4. 75mm 以下的集料的質量通過率的關系圖。在圖中找出VMA的拐點，若該點的VMA 值大于17 %，則將與此拐點對應的粒徑為4. 75 mm 集料的質量通過率作為采用的級配值。所選用集料級配見表3 。
(6) 根據集料比表面積與瀝青膜厚的關系，確定最佳瀝青膜厚所需要的瀝青用量。對混合料進行滴落試驗和磨耗試驗，繪出滴落損失率和集料磨耗損失率與瀝青用量的關系圖，確定最佳瀝青用量。
(7) 對混合料空隙率VV 和礦料間隙率VMA 進行檢驗。若VMA小于17 %或者VV小于規(guī)定范圍，
則需重新調整級配。
(8) 對透水性瀝青混合料進行各項性能試驗，包括馬歇爾穩(wěn)定度檢驗、殘留穩(wěn)定度試驗、劈裂試驗、老化試驗、車轍試驗及透水試驗。若性能指標達不到要求，則需調整級配或改變結合料類型，檢測指標見表4 。
4 拌制、運輸及攤鋪施工
(1) 正式拌制前，應對確定的配合比和級配進行室內試拌與拌和機試拌，驗證最佳瀝青用量與混合料質量指標是否符合規(guī)定。試拌確定最佳用量后，拌和中應嚴格按量稱取瀝青用量，瀝青用量在拌和過程中變化范圍不大于±0. 3 %。
(2) 瀝青混合料拌制時溫度宜在170 ℃～185 ℃。同時，應通過試拌確定混合時間。
(3) 混合料運輸時間宜盡可能縮短，運輸過程中應采取保溫措施，確?；旌狭蠑備仠囟炔坏陀?65 ℃。當溫度低于160 ℃時，混合料應廢棄。
(4) 排水瀝青下面應鋪設封層防止?jié)B水。排水瀝青混合料攤鋪應采用機械攤鋪，要求攤鋪平整，不宜人工修整，攤鋪速度應控制在約3 m/ min ，攤鋪溫度宜控制在175 ℃～165 ℃。
(5) 碾壓時，壓路機距離攤鋪機不宜過長。初碾、二次碾壓宜選用10～12 t 滾筒式壓路機，終碾宜選用6～10 t 多輪式壓路機或8～15 t 膠輪式壓路機。碾壓應采用靜壓方式，其方法與一般瀝青混凝土面層相同。初碾速度宜控制在2 km/ h ，溫度應控制在160 ℃～140 ℃，復碾速度宜控制在3 km/ h ，終碾速度宜控制在2 km/ h ，溫度應控制在90 ℃～70 ℃。
(6) 鋪筑面層時，需對透水管進行保護，避免瀝青混合料堵塞透水管孔眼，確保透水性路面結構中的雨水能順暢地排至透水管。兩側排水邊溝應有足夠的坡度，確保排至邊溝的雨水能夠迅速排出。
(7) 瀝青混合料碾壓成型后，應避免車輛進入，直至終壓4 h 后或表面溫度低于50 ℃，且足夠堅硬后方可開放交通。
5 管理與養(yǎng)護
(1) 透水性瀝青混凝土面層質量保證期為1 a ，期間須具備應用同質透水性瀝青混凝土材料用于及時養(yǎng)護維修的能力。
(2) 透水性瀝青混凝土面層道路養(yǎng)護應注意及時清除路面存在的粘土類拋灑物，應采用專門的沖洗和吸出設備，定期對路面積塵物質進行清除，以保證路面的空隙率。
(3) 透水性瀝青混凝土面層道路設計年限內，應嚴格控制道路開挖，5 a 內禁止條帶形開挖。
(4) 透水性混凝土路面層道路應避免發(fā)生可能導致隔水層被破壞的行為，如釘入、鉆孔等，如有發(fā)生，應及時采取可靠修復措施。
(5) 盡可能避免導致空隙覆蓋或堵塞的行為，如路面熱熔性不透水交通標志標線的現場變換、堆放沙土、拌和混凝土等。
6 質量驗收及檢測結果
為指導透水路面的施工，統(tǒng)一技術標準，杭州市建委組織各相關部門專家制定了《“一縱三橫”道路整治工程排水瀝青混凝土面層(OGFC) 技術規(guī)定(CJ S 0122005) 》。根據其技術要求，對透水性瀝青混合料進行了研制，通過試驗段檢測后，調整確定混合料配合比，在工程中進行鋪筑。應用后的實測數據表明，路面空隙率為20 % ±2 % ，滲水系數在2 000ml/ 15 s 上下，遠大于目標的900 ml/ 15 s 的透水性能指標。在經受幾次大雨考驗后，透水性瀝青路面表面不存在水膜，未發(fā)生過雨大行車安全事故，至今路面平整、粗糙、堅實。
7 結語
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