透水瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料技術(shù)要求

章 毅，徐一峰

（上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200125）

0 引言

隨著近來頻繁出現(xiàn)的城市內(nèi)澇現(xiàn)象，究其原因是因?yàn)殡S著城市的發(fā)展，城市的地面逐漸被鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土路面覆蓋。傳統(tǒng)瀝青路面結(jié)構(gòu)中，面層主要采用密實(shí)和嵌擠兩大結(jié)構(gòu)類型，結(jié)構(gòu)層孔隙率一般保持在4%～6%。這類路面在保證結(jié)構(gòu)層良好的力學(xué)特性、穩(wěn)定性和耐久性之外，也可以避免雨水滲入鋪面層以下[1]。傳統(tǒng)路面排水多是利用路拱橫坡讓雨水流至窨井、排水管道或邊溝，通過溝渠和管道，將降水統(tǒng)一收集起來并排出，這種排水方法不僅增加排水設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用，而且改變了道路建設(shè)前的水文環(huán)境，造成地下水位降低、水量分配不均衡，甚至造成水質(zhì)惡化、熱島效應(yīng)等生態(tài)和環(huán)境問題。傳統(tǒng)的非透水路面已不適應(yīng)城市生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展要求。

為了緩解這一狀況，“海綿城市”的概念應(yīng)運(yùn)而生?！昂＞d城市”即通過“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種技術(shù)途徑，實(shí)現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，提高對(duì)徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力，維持或恢復(fù)城市的“海綿”功能[2]。2013年12月，習(xí)近平總書記在《中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議》中強(qiáng)調(diào)，“要建設(shè)自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。2016年1月，上海市為落實(shí)國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見，將在各區(qū)縣建設(shè)不少于1個(gè)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)。

為滿足海綿城市建設(shè)的技術(shù)需要，國內(nèi)外積極開展了透水性路面的研究和探索工作。在這種要求下，具有多孔構(gòu)造的透水路面脫穎而出。多孔隙構(gòu)造賦予這種材料良好的吸聲降噪效果，還具有減小路表徑流、蒸發(fā)降溫、補(bǔ)給城市地下水的優(yōu)點(diǎn)[3] 。

1 透水瀝青路面分類

（1）透水瀝青路面I型（排水型透水路面）

對(duì)于該路面結(jié)構(gòu)，路表水進(jìn)入表面層后排入臨近排水設(shè)施。僅面層使用透水材料，基層采用瀝青類不透水材料或加設(shè)瀝青封層。雨水透過面層后，沿不透水基層頂面直接排出路基之外，路基不受路面滲水的影響，又叫排水型透水路面。

在國內(nèi)，該結(jié)構(gòu)形式用得最多，面層普遍使用的是OGFC瀝青混合料，該混合料可迅速將路表雨水排除，確保雨天行車時(shí)車輪與路面的接觸，還可以降低噪音，改善沿途環(huán)境[4]。

（2）透水瀝青路面II型（半透式透水路面）

對(duì)于該路面結(jié)構(gòu)，路表水由面層進(jìn)入基層（或墊層）后排入臨近排水設(shè)施。不僅面層為透水材料、基層亦為透水性好的級(jí)配碎（礫）石等，墊層則為瀝青砂等不透水材料，土基上方常加設(shè)非透水型防滲土工布。雨水依次透過面層、基層后，沿不透水墊層的頂面排出路基之外，路基亦不受路面滲水的影響，又叫半透式透水路面。

（3）透水瀝青路面III型（全透式透水路面）

對(duì)于該路面結(jié)構(gòu)，路表水進(jìn)入路面后滲入地基[5]。不僅面層、基層用透水材料，墊層亦為透水的砂墊層等，土基上方常設(shè)透水型土工網(wǎng)格布以提高承載力。雨水沿面層、基層、墊層一路下滲，最后滲入路基中。該路面結(jié)構(gòu)允許水滲透進(jìn)入地底下的路基當(dāng)中，如果路基土的滲透性不好，那么滲透水就會(huì)滯留在路基當(dāng)中，滯留的時(shí)間越長，則對(duì)路基強(qiáng)度會(huì)造成嚴(yán)重的影響。故該路面結(jié)構(gòu)對(duì)路基土的滲透性有著一定的要求，一般要求路基土的滲透性大于7×10-5cm/s[6]，并且路基土在飽和狀態(tài)下仍能夠保持足夠的強(qiáng)度，以免結(jié)構(gòu)遭到破壞，又叫全透式透水路面。

2 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)調(diào)研

透水瀝青路面結(jié)構(gòu)通常主要采用兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是面層材料本身是大孔隙材料，自身可以透水，如全透水瀝青路面；另一種是材料本身不透水，但在鋪設(shè)時(shí)留有空隙或間隙，通過空隙透水，如透水磚路面。對(duì)于第一種，國外典型結(jié)構(gòu)形式見表1。

表1 國外透水瀝青路面典型結(jié)構(gòu)

國外透水瀝青路面結(jié)構(gòu)中，滲透系數(shù)從上行下是增大的，或者下層的透水系數(shù)不小于上層，其中基層是主要儲(chǔ)水層，雨水由上部結(jié)構(gòu)進(jìn)入，在該結(jié)構(gòu)層進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)向下面結(jié)構(gòu)層滲透。該結(jié)構(gòu)水存儲(chǔ)量由結(jié)構(gòu)厚度和空隙率的大小決定，當(dāng)材料確定后，可根據(jù)當(dāng)?shù)亟邓看_定結(jié)構(gòu)層厚度。

3 透水瀝青路面材料和要求

3.1 透水瀝青路面面層

面層透水瀝青混合料由以下幾部分組成：高粘度改性瀝青、粗集料、細(xì)集料、填料以及添加劑。高粘瀝青技術(shù)要求見表2，集料技術(shù)要求見表3，填料符合我國技術(shù)規(guī)范即可。在結(jié)構(gòu)上，面層透水瀝青混合料是一種典型的骨架-空隙結(jié)構(gòu)，與密實(shí)型瀝青混合料相比，粗集料用量較大，約占總質(zhì)量的85%。該開級(jí)配結(jié)構(gòu)空隙率可高達(dá)15%～25%，其滲透能力是一般亞黏土的60倍[6]。并且，空隙率對(duì)瀝青路面的高低溫性能、水穩(wěn)性以及抗滑抗?jié)B等性能影響很大[7]，在這么大的空隙下，且結(jié)構(gòu)層材料需要長時(shí)間與水接觸，這些客觀因素都決定了組成該結(jié)構(gòu)的材料需要有更高的性能才能保證路面的強(qiáng)度和正常使用。為了保證強(qiáng)度，在保證透水效果的情況下，可以盡量選用粒徑稍小的粗集料來提高材料強(qiáng)度；此外，應(yīng)采用技術(shù)手段盡可能提高膠結(jié)料的性能[8]。

表2高粘度改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

表3 集料的主要技術(shù)指標(biāo)

目前，我國有關(guān)透水瀝青路面有五部主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，包括交通部發(fā)布的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2006）[9]和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）[10]，城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 190—2012）[11]，上海市地方規(guī)范《道路排水性瀝青路面技術(shù)規(guī)范》（DG/T J08-2074—2010）[12]、杭州市地方規(guī)范《透水瀝青混凝土施工規(guī)范》[13]。將五部規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于透水瀝青混合料的路用性能技術(shù)要求總結(jié)于表4，其中《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2006）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中的透水面層瀝青混合料是指OGFC。分析表4可知：

（1）從指標(biāo)類型來看，幾部技術(shù)規(guī)范中選擇的透水瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)基本一致，涵蓋了瀝青混合料的力學(xué)性能、高溫性能、水穩(wěn)定性、透水性能等，均未考慮低溫性能。

（2）從各技術(shù)指標(biāo)數(shù)值大小來看，建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、上海和杭州地方性規(guī)范，均是在交通部發(fā)布的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中OGFC技術(shù)要求的基礎(chǔ)上提高了標(biāo)準(zhǔn)。如：一般規(guī)范對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度指標(biāo)要求為不小于3.5 kN，杭州市地方規(guī)范規(guī)定其值不小于4.5 kN，上海市地方規(guī)范要求其值不小于5.0 kN。動(dòng)穩(wěn)定度要求中，《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2006）和《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T190—2012）規(guī)定其值不小于3 000次/mm，杭州市地方規(guī)范要求其值不小于5 000次/mm，上海市地方規(guī)范要求其值不小于4 000次/mm。

實(shí)際工程表明，現(xiàn)有透水瀝青路面的路用性能遠(yuǎn)大于規(guī)范要求值，技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)缺乏控制作用。為此，長安大學(xué)同衛(wèi)剛調(diào)查了國內(nèi)25項(xiàng)工程和研究中涉及到的OGFC-13的路用性能，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算得到透水瀝青混合料的路用性能95%可靠度的下限值，見表5。

表5 可靠度為95%的透水瀝青混合料路用性能下限值

由表5可看出：

（1）調(diào)查的實(shí)際工程穩(wěn)定度可靠度為95%的單側(cè)置信下限為4.26 kN，除交通部發(fā)布的兩部規(guī)范小于此限制外，其他三部規(guī)范均大于此限值，考慮上海地區(qū)實(shí)際情況，建議透水瀝青混合料穩(wěn)定度不小于5 kN。

（2）調(diào)查的典型透水瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度可靠度為95%的單側(cè)置信下限為4 395.04次/mm，考慮到上海地區(qū)夏季高溫天氣，建議上海地區(qū)透水瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不小于4 500次/mm。

（3）典型透水瀝青混合料殘留穩(wěn)定度可靠度為95%的單側(cè)置信下限為84.08%，由于上海屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，降水充沛，透水瀝青混合料的水穩(wěn)定性要求宜高不宜低，因此建議上海地區(qū)殘留穩(wěn)定度取值仍然取85%。

（4）上述調(diào)查中典型透水瀝青混合料凍融劈裂殘留強(qiáng)度比可靠度為95%的單側(cè)置信下限為78.98%，結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范要求和區(qū)域氣候特點(diǎn)，建議上海地區(qū)透水瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比不小于85%。

（5）調(diào)查資料表明，典型透水瀝青混合料低溫應(yīng)變可靠度為95%的單側(cè)置信下限為2 572.84 με，根據(jù)上海地區(qū)近10 a冬季低溫?cái)?shù)據(jù)，建議上海地區(qū)透水瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變?nèi)? 500 με。

表4 透水面層瀝青混合料技術(shù)要求

綜合上述分析，提出了適用于上海地區(qū)的透水路面面層瀝青混合料路用性能技術(shù)要求，見表6所列。

表6透水瀝青混合料路用性能技術(shù)要求建議值

3.2 透水瀝青路面基層

透水性瀝青路面的基層主要考慮透水性能、承載能力和水穩(wěn)定性，尤其是水穩(wěn)定性，要保證在設(shè)計(jì)的儲(chǔ)水時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度衰減不大。因此，透水基層設(shè)計(jì)時(shí)一般需要滿足四個(gè)方面的要求：具有足夠的滲透能力，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能夠排出進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的雨水；具有一定的穩(wěn)定性，支撐路面的施工操作；足夠的儲(chǔ)水能力，暫時(shí)儲(chǔ)存未排出的雨水；具有足夠的強(qiáng)度以滿足路面結(jié)構(gòu)的總體性能。

透水基層材料一般包括處治集料和未經(jīng)處治集料，但是，未經(jīng)處治的碎石集料在施工過程中變異性較大，易出現(xiàn)離析和推移變形[14]，因此作為透水基層時(shí)應(yīng)慎用處治集料基層。為了保證穩(wěn)定性，一般使用瀝青或水泥作為膠結(jié)料。目前來說，透水基層主要分為五類：開級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石（ATPB）、大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）、透水性良好的級(jí)配碎（礫）石、多孔透水混凝土基層、水泥穩(wěn)定碎石透水基層（CTPB）。

以開級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石（ATPB）為例，建議滿足的技術(shù)要求見表7。

3.3 透水瀝青路面透水墊層

透水墊層介于透水基層與土基之間，可改善土基水溫狀況，提高路面結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)性和抗凍脹能力，并擴(kuò)散荷載，減小土基變形，擴(kuò)大滲透面積，提高透水能力，還可以作為反濾層，防止土基材料進(jìn)入透水基層。

透水墊層一般選用開級(jí)配集料，可采用粗砂、砂礫、碎石等透水性好的粒料類材料，通過0.075 mm篩孔顆粒含量不宜大于5%；其厚度一般為150～200 mm，重冰凍地區(qū)潮濕、過濕路段可為300～400 mm。當(dāng)土基受凍脹影響較小、且為滲透性較好的砂性土或者底基層為級(jí)配碎石時(shí)可不設(shè)墊層。

表7 開級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石技術(shù)要求

4 結(jié) 語

3類透水瀝青路面中，應(yīng)用最為成熟和廣泛的是排水型透水路面，而真正意義上的透水路面是全透式透水路面，但現(xiàn)行研究大多處于初級(jí)探索階段，其設(shè)計(jì)理論與方法、結(jié)構(gòu)材料選擇與應(yīng)用、施工技術(shù)與后期養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵問題亟待深入研究。如能成功解決滲水蓄水-結(jié)構(gòu)承載力-功能耐久性三方面要求，透水路面作為一種新型路面鋪裝技術(shù)，積極支撐起海綿城市建設(shè)與發(fā)展，必將取得顯著的環(huán)境和生態(tài)效益。