论文部分内容阅读
摘要：排水沥青路面在保证雨雪天气下的行车安全、吸收噪音以及提供良好的结构强度和耐久性能具有明显的优越性。本文简要介绍了排水沥青面层厚度设计方法和常用排水系统形式，以期为工程设计提供参考。
关键词：排水沥青路面；厚度设计；排水系统
Abstract: In view of the superiority to ensure the road safety in the rainy and snowy weather, absorb noise and provide good structural strength and durability of the drainage asphalt pavement, this paper introduced the design method for surface layer thickness and drainage system of the drainage asphalt pavement in order to provide a reference for engineering design.
Key words: Drainage asphalt pavement; thickness design; drainage system
中图分类号：U416文献标识码：A 文章编号：
1排水沥青路面的优越性
排水沥青路面是一种具有良好透水能力的功能型路面[1,2]。与普通沥青路面相比，这种面层形式具有诸多优越性。首先，这种用于铺筑表面层的沥青混合料在碾压成层后仍可保持12~25%的空隙率，以便于雨水从面层的连通空隙中迅速透、迁移到结构层的内部，并借助路拱横坡沿底面向道路两侧较低处排出，从而在较大程度上减少或基本上使道路表面无积水，减少雨天车辆行驶容易带来的水滑、水花飞溅和水雾等现象，并为雨中行车提供较好的抗滑能力、能见度和路面标志的可见性。
其次，排水沥青路面的吸收噪音效果非常明显。在道路表面滚动的车轮产生的噪音可在交通噪音中占据很高的比例。在道路表面光滑平整状态和密实度良好的情况下，车辆行驶过程中所产生的车-路耦合振动冲击噪音大部分可被路面所反射，并向道路两侧空域传播，在不同程度上影响司乘人员和沿途居民的视听效果和情绪波动，甚至会导致一系列的交通安全问题。车辆行驶速度越高，这种噪音传播强度和距离的影响就越为突出，特别是在车速超过50km/h的情况。而具有较大空隙和较明显的表面纹理的排水沥青面层，则可以吸收部分噪音；而且从理论上讲，排水沥青面层越厚，降噪音效果越好。
同时，排水沥青路面具有足够的结构强度和长期性能。通过认真进行集料级配设计，严格控制粗细集料的材质和形状，使排水沥青混合料中的粗集料充分发挥骨架支撑作用和嵌挤功能，在提供良好结构强度的同时保证混合料在高温、低温工作环境中的稳定性，从而使排水沥青面层能经受行车荷载的反复作用而较少发生车辙等变形以及松散、坑槽等各种病害类型，保持路表的平整度，提高了行车舒适性。
2 排水沥青面层厚度设计
由于排水沥青面层是功能型磨耗层，其厚度设计主要根据排水、降噪要求来确定。
（1）满足排水要求的厚度设计
排水沥青路面的主要功能就是让散布在道路表面的雨水顺利渗透到路面结构内部，通过路面结构层内部的連通空隙快速排至两侧路缘及以外的地方，减少漫水对行车安全和路面耐久性的危害。据有关研究，混合料的空隙率越大，透水系数也越大，并且水平方向的透水系数是垂直方向的2~3倍，使得路面内的水可以沿水平方向迅速排除。在连续降雨情况下，单位时间内从路面结构内可能排出的最大降雨量r（mm/h）由式（1）[2]求得：
（1）
式中：k—透水系数（cm/s）；
i—路面横坡；
D—排水面层厚度（cm）；
L—排水距离，即路面宽度（cm）。
对于某一地区来说，降雨强度是一个定值，因此满足一定排水要求的面层厚度可由上式得到：
（2）
对于降雨强度2.6~8.0mm/h为中雨时的排水能力要求，对宽度为8m、横坡为2%、透水系数为1cm/s的排水路面而言，面层设计厚度大致为3~9cm。国外研究表明，厚度为3~4cm的排水沥青面层厚度一般就能够满足排水要求。同时，从交通部门对车辆交通事故率的调查数据来看，汽车在中小雨天气条件下出现的安全事故最多，这是因为此时路表覆盖的水膜降低了车轮与路面之间的摩擦力，车辆的可操作性降低，而较小的降雨量容易引起驾驶员放松警惕，保持较高的行驶速度，遇突发紧急情况车辆容易失控而导致交通事故。相反地，在大雨情况下，由于空气的能见度变差，视距明显缩短，驾驶员的警惕性相应得到提高，一般会保持在较低的车速行驶，反而能避免事故的发生。
（2）满足降噪要求的设计方法
目前，环境问题成为人们普遍关注的重要问题之一，因此，国外也有主要出于降噪方面的考虑来设计排水面层的厚度。基于声学原理，道路工程师希望通过加大沥青路面结构内部的孔隙来吸收部分车辆-道路振动噪声，而降噪程度的大小主要与路面的空隙率和结构层厚度有关。在固定的空隙率下，排水面层的吸音率与面层厚度成一定的相关关系[2]。因此，为满足一定的降噪要求，可根据相应的关系式计算确定排水沥青面层厚度。
3 沥青面层排水系统形式
要使排水沥青路面能够顺畅地将路表水、结构层内部的自由水排除，不仅要求排水面层具有一定的空隙率和足够的厚度，也需要有良好的配套排水系统。只有使路面结构内部的水迅速排出路面，进入道路的排水系统，远离路基路面结构，才能消除由于水的因素容易引起的各种形式的路基路面病害。根据国内外经验[2]，在排水沥青路面两侧一般设置排水管道或盲沟，其设计容量应根据降雨强度、蓄水面积等参数来确定。根据道路的横断面型式，排水沥青面层的排水处理方式有以下两种，如图1所示。
图1排水沥青面层的排水处理方式示意图
4 结语
随着交通建设的快速发展，路面行车的功能性要求越来越受到重视，排水沥青路面便应运而生。排水沥青面层作为功能型磨耗层，具有良好的透水能力、明显的吸收噪音性能、足够的结构强度和耐久性能，在高等级路面中日益得到广泛应用。本文对排水沥青面层厚度设计方法和常用排水方式进行了简要介绍。但是，排水沥青路面在使用过程也容易带来一些问题，比如，大空隙的结构层在施工压实时其孔隙率难以保证；在道路通车过程中，难免有尘土杂物等嵌入混合料的空隙，造成堵塞，加之车辆荷载反复作用使排水沥青面层被逐渐压密，孔隙率减小，影响排水效果；同时，空隙内水的泵吸作用，沥青混合料的水损害加剧。因此，在进行设计时应因地制宜，根据设计目的和交通量需求，合理进行混合料级配设计、层厚设计和排水系统设计，保证足够的施工质量，运营期间适时进行清洁维护工作，以达到长期的排水效果。
参考文献
邓学钧，黄晓明. 路面设计原理与方法[M]. 北京：人民交通出版社，2007
曹东伟. 排水沥青路面[M]. 北京：人民交通出版社，2010
关键词：排水沥青路面；厚度设计；排水系统
Abstract: In view of the superiority to ensure the road safety in the rainy and snowy weather, absorb noise and provide good structural strength and durability of the drainage asphalt pavement, this paper introduced the design method for surface layer thickness and drainage system of the drainage asphalt pavement in order to provide a reference for engineering design.
Key words: Drainage asphalt pavement; thickness design; drainage system
中图分类号：U416文献标识码：A 文章编号：
1排水沥青路面的优越性
排水沥青路面是一种具有良好透水能力的功能型路面[1,2]。与普通沥青路面相比，这种面层形式具有诸多优越性。首先，这种用于铺筑表面层的沥青混合料在碾压成层后仍可保持12~25%的空隙率，以便于雨水从面层的连通空隙中迅速透、迁移到结构层的内部，并借助路拱横坡沿底面向道路两侧较低处排出，从而在较大程度上减少或基本上使道路表面无积水，减少雨天车辆行驶容易带来的水滑、水花飞溅和水雾等现象，并为雨中行车提供较好的抗滑能力、能见度和路面标志的可见性。
其次，排水沥青路面的吸收噪音效果非常明显。在道路表面滚动的车轮产生的噪音可在交通噪音中占据很高的比例。在道路表面光滑平整状态和密实度良好的情况下，车辆行驶过程中所产生的车-路耦合振动冲击噪音大部分可被路面所反射，并向道路两侧空域传播，在不同程度上影响司乘人员和沿途居民的视听效果和情绪波动，甚至会导致一系列的交通安全问题。车辆行驶速度越高，这种噪音传播强度和距离的影响就越为突出，特别是在车速超过50km/h的情况。而具有较大空隙和较明显的表面纹理的排水沥青面层，则可以吸收部分噪音；而且从理论上讲，排水沥青面层越厚，降噪音效果越好。
同时，排水沥青路面具有足够的结构强度和长期性能。通过认真进行集料级配设计，严格控制粗细集料的材质和形状，使排水沥青混合料中的粗集料充分发挥骨架支撑作用和嵌挤功能，在提供良好结构强度的同时保证混合料在高温、低温工作环境中的稳定性，从而使排水沥青面层能经受行车荷载的反复作用而较少发生车辙等变形以及松散、坑槽等各种病害类型，保持路表的平整度，提高了行车舒适性。
2 排水沥青面层厚度设计
由于排水沥青面层是功能型磨耗层，其厚度设计主要根据排水、降噪要求来确定。
（1）满足排水要求的厚度设计
排水沥青路面的主要功能就是让散布在道路表面的雨水顺利渗透到路面结构内部，通过路面结构层内部的連通空隙快速排至两侧路缘及以外的地方，减少漫水对行车安全和路面耐久性的危害。据有关研究，混合料的空隙率越大，透水系数也越大，并且水平方向的透水系数是垂直方向的2~3倍，使得路面内的水可以沿水平方向迅速排除。在连续降雨情况下，单位时间内从路面结构内可能排出的最大降雨量r（mm/h）由式（1）[2]求得：
（1）
式中：k—透水系数（cm/s）；
i—路面横坡；
D—排水面层厚度（cm）；
L—排水距离，即路面宽度（cm）。
对于某一地区来说，降雨强度是一个定值，因此满足一定排水要求的面层厚度可由上式得到：
（2）
对于降雨强度2.6~8.0mm/h为中雨时的排水能力要求，对宽度为8m、横坡为2%、透水系数为1cm/s的排水路面而言，面层设计厚度大致为3~9cm。国外研究表明，厚度为3~4cm的排水沥青面层厚度一般就能够满足排水要求。同时，从交通部门对车辆交通事故率的调查数据来看，汽车在中小雨天气条件下出现的安全事故最多，这是因为此时路表覆盖的水膜降低了车轮与路面之间的摩擦力，车辆的可操作性降低，而较小的降雨量容易引起驾驶员放松警惕，保持较高的行驶速度，遇突发紧急情况车辆容易失控而导致交通事故。相反地，在大雨情况下，由于空气的能见度变差，视距明显缩短，驾驶员的警惕性相应得到提高，一般会保持在较低的车速行驶，反而能避免事故的发生。
（2）满足降噪要求的设计方法
目前，环境问题成为人们普遍关注的重要问题之一，因此，国外也有主要出于降噪方面的考虑来设计排水面层的厚度。基于声学原理，道路工程师希望通过加大沥青路面结构内部的孔隙来吸收部分车辆-道路振动噪声，而降噪程度的大小主要与路面的空隙率和结构层厚度有关。在固定的空隙率下，排水面层的吸音率与面层厚度成一定的相关关系[2]。因此，为满足一定的降噪要求，可根据相应的关系式计算确定排水沥青面层厚度。
3 沥青面层排水系统形式
要使排水沥青路面能够顺畅地将路表水、结构层内部的自由水排除，不仅要求排水面层具有一定的空隙率和足够的厚度，也需要有良好的配套排水系统。只有使路面结构内部的水迅速排出路面，进入道路的排水系统，远离路基路面结构，才能消除由于水的因素容易引起的各种形式的路基路面病害。根据国内外经验[2]，在排水沥青路面两侧一般设置排水管道或盲沟，其设计容量应根据降雨强度、蓄水面积等参数来确定。根据道路的横断面型式，排水沥青面层的排水处理方式有以下两种，如图1所示。
图1排水沥青面层的排水处理方式示意图
4 结语
随着交通建设的快速发展，路面行车的功能性要求越来越受到重视，排水沥青路面便应运而生。排水沥青面层作为功能型磨耗层，具有良好的透水能力、明显的吸收噪音性能、足够的结构强度和耐久性能，在高等级路面中日益得到广泛应用。本文对排水沥青面层厚度设计方法和常用排水方式进行了简要介绍。但是，排水沥青路面在使用过程也容易带来一些问题，比如，大空隙的结构层在施工压实时其孔隙率难以保证；在道路通车过程中，难免有尘土杂物等嵌入混合料的空隙，造成堵塞，加之车辆荷载反复作用使排水沥青面层被逐渐压密，孔隙率减小，影响排水效果；同时，空隙内水的泵吸作用，沥青混合料的水损害加剧。因此，在进行设计时应因地制宜，根据设计目的和交通量需求，合理进行混合料级配设计、层厚设计和排水系统设计，保证足够的施工质量，运营期间适时进行清洁维护工作，以达到长期的排水效果。
参考文献
邓学钧，黄晓明. 路面设计原理与方法[M]. 北京：人民交通出版社，2007
曹东伟. 排水沥青路面[M]. 北京：人民交通出版社，2010