長壽命全透水道路綠色施工技術研究

蘇立超 ，王中合

（1.邢臺路橋建設總公司，河北 邢臺 054001；2.河北省鋼混組合橋梁技術創新中心，河北 邢臺 054001）

1 引言

據2018 年交通運輸統計公報和2016 年住房和城鄉建設統計公報數據分析，截至目前，全國公路和道路養護總里程已遠遠超出600×104km，公路和道路養護市場巨大，養護體量和養護費用高昂，同時，國家在大力推進海綿城市建設中，更要利用占有重要作用的公路和道路點多、線長、面廣、交錯的網格化優勢，充分發揮其透水效能，為解決城市內澇貢獻力量，因此，研究低維護的長壽命道路對于提高交通建設和城市建設高質量發展具有重要的推動作用。

2 技術簡介

長壽命透水道路是邢臺路橋建設總公司自主研發的一種新型的低成本維護透水式道路結構，主要結構層自上而下為：透水面層、透水基層、透水墊層和透水路基。如遇水穩定性差的路基，可在墊層頂部增設隔離層，經隔離層阻斷的路面滲水通過盲溝、泄水槽、邊溝排出路基。主要創新點在于透水基層采用了多孔生態混凝土，其由單粒徑石料經水泥、水、改性劑固結而成【1】，形成了孔隙率大、結構受力好、免碾壓的骨架-孔隙結構。該結構形式的層次組成為透水面層厚度3～10cm，多孔生態混凝土透水基層厚度為17～30cm，透水墊層為15cm以及砂性土透水路基，各結構層可根據道路等級適當調整結構層厚度和組合形式，可廣泛應用于高速公路、等級公路、城市主干路、次干路、非機動車道、風景園林、停車場等工程建設中。

3 技術優點

該結構體系具有經濟、耐久、高強、綠色等特點，已在河北、安徽、湖北、湖南等地各等級公路中得到了應用和推廣，其創造性地應用多孔生態混凝土基層具有以下顯著特點。

3.1 經濟

該結構的經濟指標明顯，其中低維護優勢格外突出。2007年課題組在邢臺市百泉大道城市快速路鋪筑15km，組合后的結構層厚度較傳統水泥穩定碎石基層瀝青路面厚度可減薄20cm，節約了建筑材料，建造成本低。

3.2 耐久

基層為骨架-孔隙結構，為粗骨料顆粒間通過改性后的水泥漿膜膠結而成，無細骨料和填充料，在運營過程中不會產生瀝青路面的水損害、唧漿等病害問題，較普通水泥混凝土體積收縮率小，較半剛性基層瀝青路面設計使用年限長，且抗凍融能力強、抗疲勞性能優越，結構浸水后強度折減小等。多孔生態混凝土基層最早的應用項目使用年限已達17a，未發生任何破壞，體現了優越的耐久性和低維護性，運營維護費用低。

3.3 高強

多孔生態混凝土基層抗壓強度6～15MPa，抗折強度大于1.5MPa，較半剛性基層具有更高的承載能力。結構的整體性較好，在采用錘頭進行敲擊試驗時，結構的破裂面發生在集料內部，充分證明了多孔生態混凝土的強度明顯地高于水泥穩定碎石。

3.4 綠色

綠色主要體現在原材料和施工方法上，其中，基層所采用的骨料可就地取材，如河卵石，也可采用尾礦資源化利用制備的骨料；在基層施工中實現了40cm 厚一次攤鋪成型、自動覆膜養護，無需分層施工，也無需碾壓組合，基層結構密度為1 800～2 100kg/m3，自重輕、節省地材，孔隙率大于23%，具有良好的透水透氣性，可為建設海綿城市透水型道路提供重要的承重結構。

該結構的長壽命體現在基層采用多孔生態混凝土，該結構等同于水泥混凝土，使用年限可達20a 以上，后期無需維護。同時，瀝青路面的耐久性較普通瀝青混凝土路面更加優越，路面的綜合使用壽命可達10a 以上，不用進行任何修復性維護。

4 施工工藝

4.1 路基夯實處理

影響道路使用壽命的關鍵因素是路基。路基失穩導致路面結構的破壞已成為常態，特別是路基壓實度不夠、承載力不滿足設計要求、動荷載作用下導致的路面沉陷；施工質量問題或防水結構設計不合理導致雨水下滲，產生唧漿、坑槽、土基軟化等路基破壞。

基層施工前需要對原地基進行清表，然后，對路基進行共振夯實處理，使路基在大型共振夯實機的循環動荷載作用下快速沉降。共振夯實作用機理是利用工作裝置產生的高頻率、微振幅夯擊能連續垂直擊壓作用于土體，使土體在外力干擾下形成原位共振【2】。夯實壓應力為1.5MPa。試驗表明，采用共振夯實機處理后的地基，承載力提高了50%～75%，影響深度可達到10～15m，同時對加速路基沉降效果顯著。

4.2 墊層施工

墊層采用級配碎石、天然砂礫、處理后的建筑垃圾、尾礦等。宜遵循就地取材的原則，只要水穩定性好、強度滿足要求的材料均可用在墊層。施工前應做好各項準備工作，加強原材料檢驗，進行試驗段鋪筑和總結，確定虛鋪厚度、最佳機械組合等參數。

4.3 多孔生態混凝土基層施工

4.3.1 石料整形處理

石料質量關乎到道路結構的使用壽命和耐久性，而國內大多石料廠破碎出產的石料粒徑不規范、針片狀含量高、含泥量泥塊含量大。課題組研發了空間石料整形機，石料經整形、篩分、清洗、存儲、檢驗合格后投入使用。處理后的石料具有粒徑規則、潔凈，力學性能優良等特點，石料質量的提高可有效降低水泥用量，是延長道路使用壽命的材料保障。

4.3.2 多孔生態混凝土拌和

如進行新建高速公路、干線公路和城市主干路、次干路施工，多孔生態混凝土需求量較大時，需采用連續式拌和樓進行生產；而在透水性園林道路、城市廣場中應用時，可采用水泥混凝土拌和站加裝改性劑添加罐即可，該拌和方式較連續式拌和樓相比雖然效率低，但能完全滿足混合料攤鋪需求量且其工作性能更好。

1）改性劑是多孔生態混凝土的關鍵組成部分，其主要作用為緩凝、致密、二次水化反應等，具有改變水泥漿體微觀結構，增強水化產物間的內聚力，改善工作性能和增加混凝土強度的作用。

2）配合比設計，按JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》規定的假定容重法，可取1 800～2 100kg/m3，配合比各種材料用量參考范圍見表1。

表1 多孔生態混凝土配合比材料用量參考表

3）經攪拌站試拌調整好的配合比，在施工中應根據天氣、季節和運距等的變化，及其氣溫變化來適時調整，確保攤鋪現場的工作性和規范要求。

4.3.3 多孔生態混凝土運輸

混合料的運輸應根據施工進度、運量、運距及路況配備自卸式汽車或平板車。運輸車輛應加蓋苫布或棉被，減少混合料水分散失。混凝土拌和物從拌和樓出料到運輸、攤鋪完畢的運輸時間必須滿足在拌和物初凝之前完成，且車內壁涂抹憎水隔離劑。

4.3.4 多孔生態混凝土攤鋪

攤鋪可利用現有瀝青混凝土攤鋪機攤鋪，也可用水泥滑模攤鋪機攤鋪。攤鋪厚度可從15～40cm 一次成型，其特點是免碾壓施工，無需像傳統工藝一樣進行碾壓組合。攤鋪過程中，攤鋪機的熨平板使用振搗功能。攤鋪過后，自行覆膜養護，施工簡便，可成倍加快施工進度，省時、省力、省機械，待養護期滿后可直接施工面層，無需設計透層油，基層頂部的粗糙面能夠保證基層與面層黏結更牢固。

4.3.5 多孔生態混凝土養護

同步白色透明塑料薄膜覆蓋養護，養護時間應根據混凝土強度增長情況而定，一般宜為3～7d。養護期間應保持薄膜完整，薄膜破裂時應立即補水并進行修補。基層初凝前不得擾動、擠壓或踩踏。養護期間，嚴禁人、畜及灑水車在內的一切車輛通行。

4.4 面層施工

排水瀝青路面采用開級配瀝青混凝土面層，是一種具有相互連通空隙的開級配的混合料【3】，瀝青采用高分子橡膠改性瀝青，面層孔隙率為20%～25%，具有排水、降噪功能，可解決普通瀝青路面降雨后行車水漂、濺水、水霧造成的路面抗滑能力降低，縮短了剎車距離，提高了行車安全性，同時，擁有良好的高溫穩定性和低溫柔韌性。

通過以上各結構層的組合，形成了長壽命全透水道路結構體系，適用于各種道路工程中，并先后在城市快速路、城市主干路、高速公路和等級公路中得到了廣泛應用，極大地降低了道路運營維護費用，取得了顯著的經濟和社會效益。

5 結語

當前道路交通的大流量、重交通現狀以及保護生態環境和建設節約型社會的發展要求，使長壽命透水道路的優點日益突出。同時，長壽命全透水道路是建設海綿城市透水道路的理想結構，將為解決城市內澇、補充地下水提供重要技術保障。今后要著力解決透水道路孔隙堵塞的問題，探索建造自清潔透水道路和固廢再生骨料透水道路等先進技術，不斷推動我國道路工程建設向綠色高質量發展實現新的突破。