高速公路瀝青混凝土路面結構的排水設計
來源：來源于網絡發(fā)布時間：2010-02-24 15:06:39
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驗和教訓來看，瀝青混凝土路面所出現的各種病害（如坑槽、松散、剝落、龜裂、下陷等）無不與水的侵蝕有關，水已成為構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入路面結構，并有效地將進入路面結構的水分盡快排出，已成為目前瀝青混凝土路面結構設計乃至整個高速公路設計過程中的重點內容。
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，一方面會造成路面積水滯留，雨天行車時形成霧障而影響行車安全；另一方面會因路表積水時間過長而加速瀝青混凝土面層的損壞。對于混凝土路面結構類型而言，路面排水設計應考慮以下幾個方面：
1.1 合理設計路拱橫坡是有效排除路表降水的關鍵
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，但路基橫坡過大會影響到行車的安全。因此，應綜合考慮兩方面因素，第一，在南方多雨地區(qū)應適當取高值，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現機械化施工，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計中，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一些。但超高漸變率過小，超高漸變段內路面橫坡接近零的區(qū)段過長，形成路面局部滯水，從而影響行車安全。當路線縱坡與超高漸變率方向一致時，最小合成坡度位置即旋轉軸位置（對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；當路線縱坡與超高漸變率相反時，最小合成坡度位置即行車道外側邊緣位置，大小為路線縱坡與超高漸變率的代數差。
1.3 合理設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條件差時才對這種路段的地下排水引起重視，如通常在路面結構設計中考慮增設碎石排水墊層，在兩側設置邊緣滲溝，但對于路表排水中一些容易出問題的地方卻常常忽視，概括起來有兩個方面：一是將凹形豎曲線的最低點設在挖方路段內，致使路表水和進入結構內的自由水停滯時間長，不易排除；二是較長挖方路段縱坡坡度設置過小，標準斷面的邊溝無法滿足路面和邊坡匯水流量的需要，對于超高地段，中央分隔帶處必須每隔一定距離設置橫向排水管，將匯集在中央分隔帶邊緣集水溝（管）的路表水引排出去，如果挖方路段過長且縱坡較小，同樣會增加該部分排水系統(tǒng)的設計和施工的難度。因此，縱坡設計切忌將凹形豎曲線置于挖方路段內，同時挖方路段較長時（超過400m）其縱坡不宜小于3%，一般情況不得小于1%.
2 瀝青混凝土路面結構設計應體現排水要求
2.1 常規(guī)設計存在的質量隱患
目前，在高速公路的瀝青混凝土路面結構設計中，普遍將下面層設計為空隙率較大的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，為了滿足構造深度這一指標，空隙率必須達到6%以上。同時，許多施工單位為了追求表面平整度，不惜以犧牲壓實度為代價，減少壓實遍數，降低碾壓溫度，從而使其實際空隙率增大。因此，只要有降雨，抗滑表層內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，導致下面層基本上總是泡在水中。這樣，瀝青混凝土路面長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，最終導致集料之間的黏結力喪失而出現坑槽、松散等路面破壞現象。因此，必須在路面結構設計中合理選取適當的級配類型，特別是抗滑表層和下面層這兩個層次。
2.2 瀝青混凝土路面要體現排水要求
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，建議在經濟條件允許的情況下，優(yōu)選SMA結構，既可通過其間斷級配的碎石骨架在表面形成較大的構造深度，又可由于瀝青碼蹄脂的填充，使其混合料內部的空隙率很小。如經濟條件不允許采用SMA結構，則應在滿足抗滑性能要求的同時盡量降低其空隙率。而對于下面層，則盡可能采用Ⅰ型的密級配瀝青混凝土，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水，從而增加整個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配的最大粒徑之比不當，施工中不利于壓實，造成空隙率過大。因此，應合理考慮瀝青混凝土面層厚度與所選擇設計級配的最大粒徑尺寸的關系。
3 瀝青混合料設計應考慮材料的抗?jié)B性能
要保證路面結構的水穩(wěn)定性和耐久性能，保證路面基本不透水是至關重要的，尤其是對SMA路面結構類型，保證路面基本不透水是該結構能否成功的關鍵。因此，從提高路面的耐久性能出發(fā)，應將路面抗?jié)B性能作為一個重要的指標來控制，尤其是瀝青混合料應從原材料的選擇、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生石灰粉，對抵抗剝離以提高瀝青混合料水穩(wěn)定性都有明顯效果，但應注意不同抗剝離劑與各種石料之間的匹配問題。當選用摻加水泥或消石灰時，應注意確保施工實際摻加劑量的準確性。
3.2選擇適當的級配范圍
從選擇適當級配上考慮，提高瀝青用量及提高4.75 ｍｍ～9.5 ｍｍ規(guī)格集料的用量相應地都可以提高混合料的抗?jié)B性，但應考慮其高溫穩(wěn)定性能指標能否達到要求。
4路面結構內部排水設計中應重視的問題
對于滲入路面結構的自由水，必須通過設計使之迅速向下或兩側滲漏而排走。
（１）對于設置路面邊緣排水系統(tǒng)的路段，為使結構內的水能自由排入邊部縱向集水溝，應在非超高路段的路緣石（路肩處）上每隔50ｃｍ～100 ｃｍ預留ｄ10ｃｍ的半圓孔洞；在超高路段則應在超高段中央分隔帶集水溝側面設置相應孔洞。
（２）對于瀝青混凝土路面所設的排水基層，通常選用瀝青處置開級配碎石。考慮到該結構層為骨架空隙結構且經常受水的侵蝕，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度得不到保證），可采用摻加抗剝離劑的方法。
（３）應重視對下封層的設計和施工。下封層的主要作用是防止進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，既可對基層的平整度進行一次修正，又能有效阻止面層或透水基層中的水分侵入到基層中�；蛘咴跒⒉纪笇訛r青后，在基層頂面鋪設有紡土工布，并用輕型光輪壓路機來回碾壓直至下面的瀝青泛至土工布表面，實踐證明，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。
