排水性瀝青路面排水性能與排水設施設計探究

代偉紅

（云南省公路工程監理咨詢有限公司，云南 昆明 650000）

1 排水性瀝青路面排水性能分析

1.1 排水性瀝青路面排水性能概述

在查閱相關研究資料后可知，當前國內外文獻對排水性瀝青路面排水性能分析的研究內容并不豐富。有學者在研究時，主要對排水性瀝青路面的滲流情況進行探究，其在早期提出構建排水模型，探究滲流情況。后期也有學者在此基礎上，利用現場所測量的實際水位曲線，以及數值展開模擬分析，探究排水性瀝青路面的水力學特性。但該類研究時，對各參數的關系并未展開分析。另外，查閱國內相關研究文獻可知，有學者依據遠漸變流理論以及Darcy 定律，構建排水面層滲流運動模型，并利用相關公式對排水性瀝青路面排水層的最大潛水厚度數值解進行相應計算[1]。

現階段，從我國學者在對排水性瀝青路面排水性能的分析可知，其均是以一維滲流理論作為基礎，對邊界條件進行優化、完善與修正[2]。但當前在排水性瀝青路面鋪路后，降水后期在排水性瀝青路面結構層內部的滲流，為三維滲流過程，若依舊選擇使用一元漸變流原理，構建滲流運動模型，無法將雨水在排水性瀝青路面排水層的內部滲流過程進行真實反應。有學者在排水性瀝青路面滲流情況進行模擬時，其利用三維滲流軟件，結合一元漸變流理論公式，對滲流流量及室內試驗值開展對比，發現模型所計算得出的滲流流量結果，遠比實際測試結果更小，且低于數值模擬計算結果。分析原因，可能是由于構建模型時，所設置的假設條件，和實際的情況存在較為顯著的差異。因此，在構建理論模型時需對計算條件進行優化，從而保障所構建的理論模型與實際結果更接近。

基于此，本次研究在分析時使用三維有限元滲流分析軟件，對排水性瀝青路面面層結果內部雨水的滲流情況進行模擬，計算不同情況下排水性瀝青路面臨界降水強度，分析排水性瀝青路面的排水性能，并基于此設計排水性瀝青路面排水設施。

1.2 計算參數及計算模型的確定

1.2.1 面層材料的滲透系數

滲透系數是目前對材料透水性能進行衡量的一項重要指標，也是當前對排水性瀝青路面透水能力進行評價的一項關鍵性指標。一般情況下，滲透系數可利用室內試驗所檢測獲取。有學者利用相關方式，對排水性瀝青混合料橫向與豎向的滲透系數關系進行測試，發現相同級別所組成的排水性瀝青混合料橫向、豎向滲透系數相差最大在20%之內，一致性較佳。

基于此，本次研究分析滲透系數對排水性瀝青排水能力影響時，橫向滲透系數的取值分別為0.08cm/s、0.12cm/s、0.16cm/s、0.20cm/s，豎向滲透系數與橫向系數選取值一致。

1.2.2 路面的幾何參數與滲流計算模型

在我國排水性瀝青路面使用時間較久，長達10年，但對其卻缺少相關規范，在進行排水性瀝青設計時，其主要借鑒國外的相關經驗，或根據工程隊自身的建筑經驗所開展的。目前我國排水性瀝青路面排水的表層厚度為4～5cm，其下方則為不透水層。在設計路面橫坡坡度時，相關規范所提出的推薦值為2%，若該地區為講強降水區域，則可適當提高坡度。

本次研究過程中，為提升便利性，路面的縱坡坡度設置為0，排水方式為單坡面、邊緣排水方式，分析排水層瀝青路面的排水能力。而排水路徑的長度則分別選取3.75m 和7.5m。表1 為排水性瀝青路面參數計算值。

1.3 有限元模型

進行三維滲流模型構建的時候，其相關指標數據選擇見表1。隨后為保障實驗模型的科學性，本次研究將路面模型的長度設定在40m，詳見圖1。

圖1 排水性瀝青路面的三維有限元模型

表1 排水性瀝青路面參數計算值

1.4 排水能力分析

目前在對降雨量進行衡量時，一般會選擇使用降雨強度以及降雨歷時兩項指標。其中降雨強度是指，在單位時間內，該地區的降水量；而降水歷時則是指在開始降水之后，一直到降水結束后，該區間所需要的時間。就傳統的相關經驗可知，一般強降水后，最看會導致排水性瀝青路面發生徑流。而由于強降雨存在一定的時效性，因此本次研究主要選擇短期鄰近的降雨強度標準，對排水性瀝青路面的排水能力進行相關評價，詳見表2。

表2 短時臨近降雨強度等級劃分標準

就有限元的計算結果可知，當排水性瀝青路面的寬度為3.75m 時，排水層的滲透系數是超過0.12cm/s的；而在路面坡度大于1 的情況下，能夠保障在中雨的狀態下，排水性瀝青路面不會出現水膜。面層厚度在5～6cm 時，橫坡坡度值為3%～5%之間，面層材料具有較強的空隙率時，甚至能夠應對大雨，甚至暴雨。當排水性瀝青路面排水長度在不斷提升之后，排水能力則會有所降低。特別是對于單向四車道路面，其中半副路面排水長度能夠達到7.5m。但就本次的研究結果可知，在進行科學合適的設計后，依舊能夠保障排水性瀝青路面應對中雨或大雨氣候。

就上文研究的計算結果可知，當前為提升排水性瀝青路面的排水能力，可從排水層的厚度、路面寬度、橫坡坡度以及滲透系數等方面實施相應措施，達到相應的目的。所以現階段，為保障排水性瀝青路面的排水能力效果較佳，在對道路開展設計時，可優化路面結構與面層的材料。例如若為雙向六/八車道，其車道具備較大的寬度，因此可選擇使用雙坡面排水方式，可以實現排水長度的減少。而若該地區為暴雨量大的情況，可選使用較大的橫坡坡度，例如3%～4%；或提升排水層的厚度，例如5～6cm。除此之外，對排水層瀝青混合料的空隙率進行提高，也能進一步提升路面的排水能力。一般情況下，排水層瀝青混合料其空隙率為15%左右，但若該空隙率出現提升之后，在動水的壓力下，沖刷作用較為顯著，從而導致排水瀝青路面出現瀝青以及集料剝落情況，發生水損害等問題。由此可知，為保障排水瀝青路面的耐久性，不可一味將排水瀝青混合料的空隙率進行提升，而需做好相關研究后，設計科學的排水設計。

2 排水性瀝青路面排水設施設計探究

2.1 路面坡度設計

在進行排水瀝青路面坡度設計時，應加強重視。路面橫向坡度，是當前路面降雨以及融雪排水的一種必要的斷面形式。現階段我國高等級公路正常路段的瀝青路面，其橫坡一般選擇的為直線形式，但部分路段為保障車輛行駛的平穩性，會選擇設計為路拱形式，甚至部分會選擇采取折線，以及拋物線形式。其中橫坡主要選擇使用的為2%，就驗收標準可知，對橫坡進行施工時，橫坡度偏差可在±0.3%之內。但對于部分多雨地區，或考慮當地排水瀝青路面的構造深度的需求，2%的排水橫坡度數較小，可在適當的范圍內，對其度數進行提升。而當該地區過渡段較小，或超高的情況下，合成縱坡應在2.2%以上，包括2.2%。排水瀝青路面其主要為排水層排水，僅需要考慮當地會存在特大暴雨，等相關異常天氣情況下，才能允許存在徑流。因此排水瀝青路面必須保障合成坡度能夠滿足相關要求。

2.2 路肩排水設計

降雨后，在排水層匯集的雨水需經過路肩，隨后才能向排水溝排水，隨后匯集在集水管處，經過橫向排水管，再排出路基部分。類似與排水性路面的雨水回擊方式，但該種方式，無法與密級配瀝青路面相似，雨水需要經過外側的平陸緣石，以及在實施綠化值周的土路肩，在縱向邊坡匯集，最后排出路基之外。

為保障排水性瀝青路面雨水能夠進入基層中，并在其鋪設具備自粘性的改良瀝青防水卷材。與此同時，為避免路測排水性瀝青混凝土加厚段，和中間正常的密級配瀝青混凝土縱向構建，從而形成反射峰。使其和路面中下面層間縱向接縫，實現錯縫布置。利用改性瀝青玻纖格柵實施局部性加固[3]。

由上述實驗可知，在排水層內，雨水的滲透能力與滲透長度具有相關性，當路肩寬度越小的情況下，在排水層內雨水的滲透路徑則越短。圖2 為路肩的三種布置方式。其中圖2a 為一種路肩布置方式，即在排水層中雨水在排出后，會存在一段自由流動的長度，其特點便是鋪裝形式較為簡單，且保障滲水速度較快的同時，實現成本的節約。

圖2b 則為另一種布置方式。該方式下路肩形式的排水長度會比圖2a 的長度更長。所以相比而言，排水表層的排水效果更差，并且排水表層會與排水溝位置的部分，需要進行相應的加固措施，避免出現大粒徑集料脫落。由此可知，圖2b 該種布置方式的主要特征，便是能夠為車輛提供更寬的行車寬度。

圖2c 是第三種路肩設置方式。該方式下，其排水長度會長于上述兩種形式，因此排水能力更差。排水溝由原本的明溝，轉變為暗溝，滲透后徑流而來的雨水，會通過覆蓋在邊溝上的排水表層材料，隨后才會下滲到排水溝之內。該種結構更適合在降水量并不是較大，且用地比較緊張的地區，能夠避免存在鋪設排水平石的麻煩。

圖2 路肩排水方式

2.3 管位的確定

當前在進行排水管道設計時，最為重要的部分，便是設計人員分析城市道路的實際情況，保障管道設計時，與其更為合適。除了要考慮管線數量之外，還應分析道路寬度等因素，還需要考慮的城市中實際的情況。例如在慢車道下方，可設置相關排水管道，保障管道坡度與深度符合其應有的數據。但若道路的寬度在40m 之上，為保障能夠對污水進行收集，則應在道路兩邊設置管道，在設置時，管道對口間隙應滿足表4/5 的要求[4]。

表3 管道對口間隙規定

表4 管道接口類型及管徑

若當前排水管道未存在一定壓力，則可選擇較少的金屬管道。但就現階段的情況分析，若管道承受壓力較高，或滲漏要求較高的情況下，必須采取金屬管材。因此工作人員在對管道進行設計時，應依據實際的情況進行分析，選擇最佳的排水管材。

3 結語

通過研究結果可知，為提高排水性瀝青路面排水能力，應提升路面橫坡坡度，排水厚度以及排水層材料的滲透系數。所以在后期進行排水設施設計時，應對路面坡度、路肩排水、超高段路面排水以及中央分隔帶排水進行重視，做好相關措施。