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摘要：本文分析了路面内部积水的表现特征，提出了路面内部排水设施方案。
关键词：路面结构；内部排水；材料组成；
Abstract: This paper analyzes the features of internal water, puts forward the pavement internal drainage scheme.
Key Words: pavement structure; Internal drainage; Material composition;
中图分类号：S276 文献标识码：A 文章编号：
公路与城市道路路面是在路基表面上用各种不同材料或混合料分层铺筑而成的一种层状结构物。它的功能不仅是提供汽车在道路上能全天候地行驶,而且要保证汽车以一定速度,安全 、舒适而经济地运行。所以要求路面在地域气候条件下 ,具有足够的稳定性 。而往往造成路面不稳定的主要因素就是路面结构的渗水。路面上的汇水大部分通过路表面的纵横向坡度,沿边坡 、急流槽 、中央分隔带的浅跌沟、渗水井、纵横向排水管等,排到路基之外。但是总有相当一部分会沿路面接缝和裂缝的缝隙 、路面混合料的孔隙、路面和路肩的接缝以及无铺筑的路肩渗入路面结构内。在地下水位高时 ,地下水会通过毛吸渗流进人路面结构下部 ;在季节性冰冻地区 ,积聚在路床上部的自由水会进入路面结构下部。当路面为透水性体系时 ,可通过向路基和两侧路肩结构渗流而逐渐排走 ,当路面为非透水性体系时 ,进人路面结构的这部分自由水向外渗流的速度很慢 ,整个路面结构或部分结构层便类似于被封闭在水槽中。如果不采取措施会永远存留在路面结构内。
一、 路面内部积水的表现特征
路面结构内的水 ,会浸湿各结构层材料和土基 ,使其强度下降,变形增加,从而使路面结构的承载力降低;而积滞在空隙内的自由水,在行车荷载的作用下,形成高孔隙水压力和高流速水流 ,冲刷层面材料,并从缝隙处向外 “唧泥” ,使沥青面层出现剥落 、松散和坑槽 ,水泥混凝土面层出现错台、板底脱空和断裂等病害。
二、 路面内部排水设施方案
路面结构内部排水设施可以采用两种布置方案:边缘排水方案和排水层排水方案。
1、 边缘排水方案
沿路面外侧边缘设置纵向集水沟和管。渗入路面结构内的水分,先沿路面结构层的层间空隙或某一透水层次横向流人由透水性材料组成的纵向集水沟,并汇流入沟中的带孔集水管内,再由间隔一定距离布设的横向出水管排引出路基（图1）。
这种方案常用基层透水性小的水泥混凝土路面 ,特别是用于改善排水状况不良的旧水泥混凝土路面 。水泥混凝土面层板的边缘和角隅处,由于温度和湿度梯度引起的翘曲变形以及地基的沉降变形,常出现板底面同基层顶面的脱空。下渗的路表水易积聚在这些脱空区内,而在重车反复作用下,易导致卿泥和错台。设置边缘排水系统,便于将面层一基层一路肩界面处积滞的自由水排离出路面结构。而对于排水状况不良的旧水泥混凝土路面,采用边缘排水设施方案,可以 在不扰动原路面结构的情况下改善其排水状况,从而改善原路面的使用性能和增加其使用寿命。
新建路面时,集水沟和管的底面通常与基层底面齐平；改建路面时,为减少开挖量,集水沟可浅些,但集水管中心应低于基层顶面。集水沟底面的最小宽度,应便施工,新建路面时,不少于30厘米； 改建路面时,应能保证集水管两侧各有至少 5厘米宽的透水填料。透水填料的底面和外侧围以反滤织物 （土工布），以防垫、基层和路肩内的细粒土侵人而堵塞填料空隙或管孔。集水沟和管的纵向坡度与路线纵坡相同,但不得坦于 0.25％ 。
沿纵向集水管,间隔适当距离设置不带孔的横向出水管,将汇集的水排引至路基外。各分段集水管的上游侧端头需联结横向通气管。埋设出水管和通气管所挖的沟须回填低透水性材料。
出水管和通气管的外露端头用镀锌铁丝网或格栅罩住,以防杂物进人或啮齿动物侵扰。出水 口的下方应铺设混凝土防溅垫板或对泄水道坡面进行浆砌抹面 ,以防止冲刷路基坡面 和破坏植物生长。出水水流尽可能排引至涵洞 、边沟或排水沟中。
2、排水层排水系统
排水层排水系统采用高透水性材料作基层或垫层,渗入路面结构内的水分,首先通过竖向渗流进入透水层,然后横向渗流进入纵向集水沟和集水管, 最后由横向排水管引出路基（图2）。为拦截进入路面结构内的地下水、 临时滞水或泉水, 可直接在路基顶面设置由开级配粒料组成的全宽式排水垫层, 并适量配置纵向集水沟、 集水管及横向出水管等组成排水系统（图3），这种排水系统还可迅速排除由负温差作用而积聚在路基上层的自由水。
还有一种直接设置在面层下的透水基层,此时自由水进入透水层的渗流路径短、在高透水材料中的渗流速度快,因而排水效果好。在高速公路和一级公路新建路面中,可采用此方法.透水基层可修筑成全宽式, 渗入基层内的水分可横向排流到路基边坡坡面外（图4）。但是采用这种方法排放出的水流易冲刷路基边坡坡面,透水层外侧坡面的孔隙也易被植物或其它杂物堵塞而无法排水, 因而较少采用。
排水层的透水材料可由不含细料的开级配碎石集料、 沥青处置或水泥处置开级配集料组成.透水基层的厚度由所需排放的水量和透水基层的渗透性而定,通常在7. 5~ 15. 0 cm 范围内变动(一般在10 cm左右) ,最小厚度不得小于6. 0 cm。
图2 设纵向集水沟和出水口的透水基层排水系统
图3排水垫层排水系统图4全宽式排水基层
三、材料组成
1、 透水材料
用于集水沟填料及排水基层和垫层的透水性材料,可采用未经结合料处置的碎石、 砾石或矿渣集料,还可以采用由沥青或水泥处置的碎石、 砾石集料等.
采用瀝青或水泥处置开级配集料, 可以提高透水材料的稳定性和强度.试验表明, 经结合料处置后,集料的透水性下降不多;沥青处置后集料的透水性一般要大于水泥处置后的集料.用于集水沟的透水性材料,最大粒径不得大于40 mm,用于排水基层的透水性集料, 最大粒径不得大于25 mm, 采用沥青处置时最大粒径不得大于 20 mm. 另外,集料的最大粒径不得超过层厚的2/ 3, 水泥处置时,水泥用量120~ 170 kg/ m3, 水灰比0. 37~ 0. 45; 沥青处置时,沥青用量2. 0% ~ 3. 5% .排水基层或集水沟的孔隙率大约在 15% ~ 25%范围以内。
2、 集水管和出水管
纵向集水管和横向出水管常选用带孔的聚氯乙烯( PVC) 塑料管或水泥砼管, 管子之间采用承口管相联接. 集水管带有三排孔, 沿管周边等间隔布置( 120夹角) , 每排孔沿管长方向等间隔布置, 间距2 cm,每个孔洞面积约30 m㎡集水管管径按设计渗流量由水力计算确定,考虑到养护、 清理的方便,管径通常在 75~ 150 mm 范围内.横向出水管为不带孔的塑料管,管径与集水管相同,其间距和布置位置由水力计算并考虑邻近地面高程和道路的纵、 横断面确定,最大间距不得超过50~ 60 m.
3、 反滤层和反滤织物
为防止水在渗流过程中携带细粒土堵塞透水层或集水沟中的透水材料, 邻近透水层或集水沟的介质中含有细粒土时, 应在其间设反滤层或反滤织物.透水基层下的反滤层可采用未经处置的密级配集料、 水泥或沥青处置的密级配混合料组成的下基层或垫层. 反滤织物(土工布)可采用聚酯类、 尼龙或聚丙烯材料组成的无纺织物,反滤织物既要具有足够透水能力又能够阻止细粒土随水一起通过,还应具有一定的强度。
4、施工工艺
渗水基层路面的施工要求比采用稳定处治和未稳定处治的密级配骨料基层更严格。 经过处治的渗水基层具有较高的稳定性,但需要特别注意防止临时性车辆玷污了排水层。
我国排水基层试验路的修筑积累了不少施工工艺的经验。水泥稳定排水层要注意水灰比的控制, 松铺系数 1. 17～1. 22, 6 t～8 t 光轮压路机碾压2 遍。 沥青稳定碎石要注意控制碾压温度, 松铺系数1. 15～1. 20, 6 t～8 t 光轮压路机碾压3 遍～4 遍等。
参考文献：
[1] 黎伟斌. 高等级公路沥青路面排水系统的设计与探讨[J]. 中国水运(学术版), 2007,(04) . [2] 曾俊杰. 论沥青路面排水设计的若干方法[J]. 建材与装饰(下旬刊), 2008,(01) . [3] 杨真春,李建民,宋俊杰. 考虑结构内部排水的沥青路面边缘排水系统设计[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2009,(03) . [4] 刘和凤,黄开宇. 高等级公路沥青路面防排水设计[J]. 中南公路工程, 2005,(04) . [5] 彭新亮. 排水性沥青路面结构及排水设计研究[J]. 西部探矿工程, 2008,(09) . [6] 甘龙军,程英伟,翟佳,姜建峰. 高等级公路沥青路面的水损害及防排水设计探讨[J]. 武汉工业学院学报, 2009,(02) . [7] 刘晓华. 沥青混凝土路面排水设计浅析[J]. 山西建筑, 2008,(07) .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：路面结构；内部排水；材料组成；
Abstract: This paper analyzes the features of internal water, puts forward the pavement internal drainage scheme.
Key Words: pavement structure; Internal drainage; Material composition;
中图分类号：S276 文献标识码：A 文章编号：
公路与城市道路路面是在路基表面上用各种不同材料或混合料分层铺筑而成的一种层状结构物。它的功能不仅是提供汽车在道路上能全天候地行驶,而且要保证汽车以一定速度,安全 、舒适而经济地运行。所以要求路面在地域气候条件下 ,具有足够的稳定性 。而往往造成路面不稳定的主要因素就是路面结构的渗水。路面上的汇水大部分通过路表面的纵横向坡度,沿边坡 、急流槽 、中央分隔带的浅跌沟、渗水井、纵横向排水管等,排到路基之外。但是总有相当一部分会沿路面接缝和裂缝的缝隙 、路面混合料的孔隙、路面和路肩的接缝以及无铺筑的路肩渗入路面结构内。在地下水位高时 ,地下水会通过毛吸渗流进人路面结构下部 ;在季节性冰冻地区 ,积聚在路床上部的自由水会进入路面结构下部。当路面为透水性体系时 ,可通过向路基和两侧路肩结构渗流而逐渐排走 ,当路面为非透水性体系时 ,进人路面结构的这部分自由水向外渗流的速度很慢 ,整个路面结构或部分结构层便类似于被封闭在水槽中。如果不采取措施会永远存留在路面结构内。
一、 路面内部积水的表现特征
路面结构内的水 ,会浸湿各结构层材料和土基 ,使其强度下降,变形增加,从而使路面结构的承载力降低;而积滞在空隙内的自由水,在行车荷载的作用下,形成高孔隙水压力和高流速水流 ,冲刷层面材料,并从缝隙处向外 “唧泥” ,使沥青面层出现剥落 、松散和坑槽 ,水泥混凝土面层出现错台、板底脱空和断裂等病害。
二、 路面内部排水设施方案
路面结构内部排水设施可以采用两种布置方案:边缘排水方案和排水层排水方案。
1、 边缘排水方案
沿路面外侧边缘设置纵向集水沟和管。渗入路面结构内的水分,先沿路面结构层的层间空隙或某一透水层次横向流人由透水性材料组成的纵向集水沟,并汇流入沟中的带孔集水管内,再由间隔一定距离布设的横向出水管排引出路基（图1）。
这种方案常用基层透水性小的水泥混凝土路面 ,特别是用于改善排水状况不良的旧水泥混凝土路面 。水泥混凝土面层板的边缘和角隅处,由于温度和湿度梯度引起的翘曲变形以及地基的沉降变形,常出现板底面同基层顶面的脱空。下渗的路表水易积聚在这些脱空区内,而在重车反复作用下,易导致卿泥和错台。设置边缘排水系统,便于将面层一基层一路肩界面处积滞的自由水排离出路面结构。而对于排水状况不良的旧水泥混凝土路面,采用边缘排水设施方案,可以 在不扰动原路面结构的情况下改善其排水状况,从而改善原路面的使用性能和增加其使用寿命。
新建路面时,集水沟和管的底面通常与基层底面齐平；改建路面时,为减少开挖量,集水沟可浅些,但集水管中心应低于基层顶面。集水沟底面的最小宽度,应便施工,新建路面时,不少于30厘米； 改建路面时,应能保证集水管两侧各有至少 5厘米宽的透水填料。透水填料的底面和外侧围以反滤织物 （土工布），以防垫、基层和路肩内的细粒土侵人而堵塞填料空隙或管孔。集水沟和管的纵向坡度与路线纵坡相同,但不得坦于 0.25％ 。
沿纵向集水管,间隔适当距离设置不带孔的横向出水管,将汇集的水排引至路基外。各分段集水管的上游侧端头需联结横向通气管。埋设出水管和通气管所挖的沟须回填低透水性材料。
出水管和通气管的外露端头用镀锌铁丝网或格栅罩住,以防杂物进人或啮齿动物侵扰。出水 口的下方应铺设混凝土防溅垫板或对泄水道坡面进行浆砌抹面 ,以防止冲刷路基坡面 和破坏植物生长。出水水流尽可能排引至涵洞 、边沟或排水沟中。
2、排水层排水系统
排水层排水系统采用高透水性材料作基层或垫层,渗入路面结构内的水分,首先通过竖向渗流进入透水层,然后横向渗流进入纵向集水沟和集水管, 最后由横向排水管引出路基（图2）。为拦截进入路面结构内的地下水、 临时滞水或泉水, 可直接在路基顶面设置由开级配粒料组成的全宽式排水垫层, 并适量配置纵向集水沟、 集水管及横向出水管等组成排水系统（图3），这种排水系统还可迅速排除由负温差作用而积聚在路基上层的自由水。
还有一种直接设置在面层下的透水基层,此时自由水进入透水层的渗流路径短、在高透水材料中的渗流速度快,因而排水效果好。在高速公路和一级公路新建路面中,可采用此方法.透水基层可修筑成全宽式, 渗入基层内的水分可横向排流到路基边坡坡面外（图4）。但是采用这种方法排放出的水流易冲刷路基边坡坡面,透水层外侧坡面的孔隙也易被植物或其它杂物堵塞而无法排水, 因而较少采用。
排水层的透水材料可由不含细料的开级配碎石集料、 沥青处置或水泥处置开级配集料组成.透水基层的厚度由所需排放的水量和透水基层的渗透性而定,通常在7. 5~ 15. 0 cm 范围内变动(一般在10 cm左右) ,最小厚度不得小于6. 0 cm。
图2 设纵向集水沟和出水口的透水基层排水系统
图3排水垫层排水系统图4全宽式排水基层
三、材料组成
1、 透水材料
用于集水沟填料及排水基层和垫层的透水性材料,可采用未经结合料处置的碎石、 砾石或矿渣集料,还可以采用由沥青或水泥处置的碎石、 砾石集料等.
采用瀝青或水泥处置开级配集料, 可以提高透水材料的稳定性和强度.试验表明, 经结合料处置后,集料的透水性下降不多;沥青处置后集料的透水性一般要大于水泥处置后的集料.用于集水沟的透水性材料,最大粒径不得大于40 mm,用于排水基层的透水性集料, 最大粒径不得大于25 mm, 采用沥青处置时最大粒径不得大于 20 mm. 另外,集料的最大粒径不得超过层厚的2/ 3, 水泥处置时,水泥用量120~ 170 kg/ m3, 水灰比0. 37~ 0. 45; 沥青处置时,沥青用量2. 0% ~ 3. 5% .排水基层或集水沟的孔隙率大约在 15% ~ 25%范围以内。
2、 集水管和出水管
纵向集水管和横向出水管常选用带孔的聚氯乙烯( PVC) 塑料管或水泥砼管, 管子之间采用承口管相联接. 集水管带有三排孔, 沿管周边等间隔布置( 120夹角) , 每排孔沿管长方向等间隔布置, 间距2 cm,每个孔洞面积约30 m㎡集水管管径按设计渗流量由水力计算确定,考虑到养护、 清理的方便,管径通常在 75~ 150 mm 范围内.横向出水管为不带孔的塑料管,管径与集水管相同,其间距和布置位置由水力计算并考虑邻近地面高程和道路的纵、 横断面确定,最大间距不得超过50~ 60 m.
3、 反滤层和反滤织物
为防止水在渗流过程中携带细粒土堵塞透水层或集水沟中的透水材料, 邻近透水层或集水沟的介质中含有细粒土时, 应在其间设反滤层或反滤织物.透水基层下的反滤层可采用未经处置的密级配集料、 水泥或沥青处置的密级配混合料组成的下基层或垫层. 反滤织物(土工布)可采用聚酯类、 尼龙或聚丙烯材料组成的无纺织物,反滤织物既要具有足够透水能力又能够阻止细粒土随水一起通过,还应具有一定的强度。
4、施工工艺
渗水基层路面的施工要求比采用稳定处治和未稳定处治的密级配骨料基层更严格。 经过处治的渗水基层具有较高的稳定性,但需要特别注意防止临时性车辆玷污了排水层。
我国排水基层试验路的修筑积累了不少施工工艺的经验。水泥稳定排水层要注意水灰比的控制, 松铺系数 1. 17～1. 22, 6 t～8 t 光轮压路机碾压2 遍。 沥青稳定碎石要注意控制碾压温度, 松铺系数1. 15～1. 20, 6 t～8 t 光轮压路机碾压3 遍～4 遍等。
参考文献：
[1] 黎伟斌. 高等级公路沥青路面排水系统的设计与探讨[J]. 中国水运(学术版), 2007,(04) . [2] 曾俊杰. 论沥青路面排水设计的若干方法[J]. 建材与装饰(下旬刊), 2008,(01) . [3] 杨真春,李建民,宋俊杰. 考虑结构内部排水的沥青路面边缘排水系统设计[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2009,(03) . [4] 刘和凤,黄开宇. 高等级公路沥青路面防排水设计[J]. 中南公路工程, 2005,(04) . [5] 彭新亮. 排水性沥青路面结构及排水设计研究[J]. 西部探矿工程, 2008,(09) . [6] 甘龙军,程英伟,翟佳,姜建峰. 高等级公路沥青路面的水损害及防排水设计探讨[J]. 武汉工业学院学报, 2009,(02) . [7] 刘晓华. 沥青混凝土路面排水设计浅析[J]. 山西建筑, 2008,(07) .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。