全透式路面的可行性研究

馮永艷 丁穎杭

一般認為路基應保持干燥，以提供穩(wěn)定的承載力，故傳統(tǒng)路面設計均采用不透水結構或半透式結構組合。但隨著近年來海綿城市理念的推廣，對道路透水性提出了新的要求。最新路面結構要求慢行系統(tǒng)可采用全透式結構組合，但占道路大半面積的機動車道仍然采用不透水結構，并在必要處加設防滲土工布以保證機動車道范圍的路基土干燥。為了更好地響應海綿城市的建設理念，建設更為環(huán)境友好的道路系統(tǒng)，本文試圖尋找建設全透式機動車道的可行性條件，以大幅度提高道路建設的整體透水率，為海綿城市建設理念的貫徹實施提供保障。

一、路基土濕化破壞機理

地下水位上升或連續(xù)降雨都會導致路基土濕化。土體濕化后水-土之間發(fā)生一系列相互作用，如：顆粒軟化、棱角破碎、相互滑移、重新分布填充等，最終導致填筑體的沉陷或者變形。

已有的研究成果表明，濕化會引起附加側向應變，降低強度，但降低程度與土體性質直接相關。土體隨著含砂質量分數的降低，承載能力隨之降低。

土體濕化所產生的附加軸向應變和附加體應變使得土體變得更加密實，呈現一種類似超固結的狀態(tài)。當進一步剪切時，潛在滑動面上的顆粒間由于相互錯動而引起擠壓，當相互擠壓所產生的合力超過了圍壓時，便表現為剪脹。剪脹的出現使得潛在滑動面變?yōu)槊鞔_的滑動面，會加速土體的變形和破壞，這也是濕化后土體抗剪強度下降的原因之一。當圍壓較大時，顆粒間相互錯動擠壓的合力無法超過圍壓，剪脹現象便會減弱甚至消失。此時由于顆粒間相互錯動的阻力加大，土體抗剪強度會得到一定程度提高，部分軟弱土顆粒被壓碎。

土體濕化后除對土體本身的物理力學性質產生影響外，還會加速破壞路面結構，如圖1所示。路基土孔隙水過多時，空隙間聯通，土體孔隙水壓力增大，有效應力減小。當車輛荷載作用時，路基土擠壓變形，聯通的孔隙水形成動水，反復沖刷路面結構底層，造成結構層底水損壞，板底脫空，進一步發(fā)展，路面結構失去支撐，造成路表凹陷，造成結構層的整體破壞。

圖1 孔隙水對路面結構層的破壞示意圖

除常規(guī)濕化破壞外，在寒冷地區(qū)濕化路基還存在凍融現象，存在路基凍脹融陷的問題。嚴重影響路基安全。

故傳統(tǒng)路基需保持干燥，維持最佳含水率，保證壓實度。對浸水路基要采取特別的處理措施，如設置排水盲溝、換填墊層、設置防滲土工布等，保證路基和結構安全。

二、路基土干濕狀態(tài)判別

路基干濕狀態(tài)的劃分是確定路基是否會發(fā)生濕化破壞的指標。《城市道路路基設計規(guī)范》給出了路基干濕類型劃分標準，以路床頂面以下80cm深度內的平均稠度wc為判定指標。可見路床頂面以下80cm深度范圍是十分重要的，要保證干范圍內土體的干燥或采用耐水高強度材料。

除直接判斷外，由于我國幅員遼闊，地域差距巨大，通過自然分區(qū)判別也是行之有效的手段。通常我國北方地區(qū)地下水位較低，南方地區(qū)地下水位較高。山區(qū)地下水位較低，沿海平原溝谷地下水位較高。

三、我國透水路面的發(fā)展

國內從20 世紀90 年代才開始對透水道路結構進行探索試驗，已取得了一些初步成果，但發(fā)展比較緩慢，應用也未全面推廣。胡世金建議采用上面層OGFC、中面層粗粒式ATPB-25 或ATPB-30、底面層特粗式ATPB-40、基層級配碎石、底基層天然砂礫，以及灰土防水、滲溝和排水溝排水的透水瀝青路面結構。該結構組合為全透式路面，但對應用條件并未加以限制。其指出，當路基不怕水時，可以不設防水層，路面透下來的水直接滲走，如果水不能滲走則應設置排水系統(tǒng)將水排走。當路基怕水時，則必須做防水層和排水系統(tǒng)將水排走。

JTG D50—2006《公路瀝青路面設計規(guī)范》第7 章“瀝青面層”中規(guī)定“排水表層宜為30～40 mm”，“條文說明”里提出排水面層厚40～50 mm，使用時根據道路實際需求可在30～50 mm 中選取。未考慮全透式路面，實際不能稱之為透水路面。

近幾年來，海綿城市建設發(fā)展迅速，但透水路面仍然僅用于慢行系統(tǒng)。對荷載較大的機動車道范圍仍然未有涉足，與海綿城市建設的勢頭相悖。如何處理好荷載影響，擴大透水路面的適用范圍，選擇優(yōu)良的結構組合，又維持在經濟合理的造價水平，是本文重點討論的內容。

四、全透式路面設計條件及處理方式

由前述可知，維持路基干燥是使用透水路面的前提條件。路床頂面以下80cm深度范圍是荷載影響的敏感區(qū)域。故全透式路面結構的設置前提為路床頂面以下80cm深度范圍路基土應為砂性土，有良好的透水性，且本身性質穩(wěn)定，不會因泡水造成較大的強度降低或形變。

當路床頂面以下80cm深度范圍路基土性質不良時，需換填處理方可采用全透式路面。砂性土的選用受地下水位高低的影響。地下水位過高，逼近結構層底時建議采用碎石換填。具體數值及砂性土性質對應可參見《城市道路路基設計規(guī)范》。

由于全透式路面的水的下滲通道是通暢的，有可能導致雨天路基范圍地下水急劇升高。為保證地表雨水下滲后不過高抬升地下水位，造成在荷載作用下的結構水損壞，全透式路面結構下需設置集水、排水管道，將過多下滲的雨水迅速排出路基范圍，如圖2所示，維持地下水位在一定的高度。

圖2 透水路面設置示例圖

若地下水位過高，無法維持安全距離，需特別限定路面結構的材料，要選用耐久的抗沖刷材料，或設置隔水層。

五、結語

本文從實際出發(fā)，依托工程經驗，從多個角度分析了全透式路面在重交通作用的機動車道范圍應用的可行性，并提出限定條件，得出以下主要結論：

1.保證路床頂面以下80cm深度范圍路基土性質穩(wěn)定是設置全透式路面結構的前提條件。

2.地下水位線需與路面結構底層保持一定距離，該距離與路基土性質有關，當不能保證距離時，可采用耐久的抗沖刷的路面結構材料或設置隔水層。

3.可通過設置排水設施，維持安全的地下水位。