生態(tài)型透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能研究

隋宇

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著改革開放的不斷深化，我國城市化建設(shè)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的高速階段。大多數(shù)城市和住宅道路采用水泥混凝土或密實瀝青混合料鋪設(shè)，設(shè)計簡單，技術(shù)成熟。

但是，使用此類材料建造的路面透水性較差，下雨后地表水難以向下滲透，直接沿地面流入城市排水系統(tǒng)，無法充分補(bǔ)充地下水，同時加重了市政排水的處理負(fù)擔(dān)。使用生態(tài)型透水瀝青路面具備諸多優(yōu)勢，可大幅度降低城市排水的壓力，對建設(shè)“生態(tài)良性循環(huán)的人類聚居地”的生態(tài)目標(biāo)具有重要作用。進(jìn)入新時期之后，道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究受到關(guān)注，為了緩解城市建設(shè)中存在的問題，保障城市可持續(xù)發(fā)展，避免災(zāi)害發(fā)生，以下研究了生態(tài)型透水瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其路用性能，以期為透水瀝青路面設(shè)計提供參考。

1 生態(tài)型透水瀝青路面的優(yōu)勢

1.1 生態(tài)型透水瀝青路面透水性強(qiáng)

生態(tài)型透水瀝青路面適用于城市的各種道路，如支線、次干路、主干道、高速公路等。采用開級配瀝青混合料的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，空隙率可達(dá)18%～25%，結(jié)構(gòu)層本身具有透水路徑，因此生態(tài)型透水瀝青路面可以將路面的降雨或水分迅速排入城市排水管網(wǎng)或地下路基，確保瀝青路面無積水，減少地表徑流量70%～80%，特別是黏性土路基的透水路面可以減少90%左右的地表徑流，并對如氮磷、重金屬等污染物具有過濾功能。利用生態(tài)型透水瀝青路面的這一特性，可以在較大程度上補(bǔ)充地下水，對城市水文恢復(fù)具有重要作用。

1.2 生態(tài)型透水瀝青路面可提高防濕滑性

普通瀝青混凝土路面因不具備較好的透水性，沒有雨水的排泄功能，降雨過后路面容易出現(xiàn)道路積水，導(dǎo)致路面濕滑，對交通造成較大影響，增加出行的安全隱患。而與普通瀝青路面相比，生態(tài)型透水瀝青路面最大的特點就是透水性強(qiáng)，可以迅速地將雨水排入城市排水管網(wǎng)或地下路基。路面不會產(chǎn)生積水，保持相對干燥的通行條件，因此可以大大增加車輛、行人與路面的摩擦力，緩解路面濕滑程度，降低雨天交通事故發(fā)生的概率。因此，生態(tài)型透水瀝青路面在解決路面濕滑方面，具有推廣運用價值。

1.3 生態(tài)型透水瀝青路面降噪效果好

傳統(tǒng)的瀝青路面，在車輛行駛過程中會因為摩阻力對車輛的輪胎造成較大磨損，同時也會產(chǎn)生一定的噪聲，對道路周邊環(huán)境造成噪聲污染。而生態(tài)型透水瀝青路面，在車輛行駛過程中輪胎與地面間的空氣會被擠壓到蜂窩狀孔洞中，路面能根據(jù)天氣狀態(tài)自行調(diào)節(jié)道路的濕潤程度，既不會產(chǎn)生大面積積水，也不會過度干燥，可以有效降低滾動阻力及噪聲，在一定程度上節(jié)約能源并降低車輛損耗。大量的實例表明，生態(tài)型透水瀝青路面可降低噪聲5dB 左右，降噪效果顯著，因此，生態(tài)環(huán)保型靜音路面，特別適合運用于園區(qū)景觀道路。

1.4 生態(tài)型透水瀝青路面降溫性能更優(yōu)

相較于普通瀝青路面，生態(tài)型透水瀝青路面因其特殊的結(jié)構(gòu)，空隙率較大，在熱輻射下，路面會吸收熱量并將路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分變成水汽，最后通過瀝青路面的空隙排出，有效降低路面溫度，保持路面溫度在一定范圍內(nèi)。因此，生態(tài)型透水瀝青路面的降溫性能更優(yōu)，對解決夏季路面溫度過高問題有重要作用。

1.5 生態(tài)型透水瀝青路面整體投資成本低

生態(tài)型透水瀝青混合料在施工生產(chǎn)過程中，由于粗集料比例較大，瀝青含量相對較少，施工工藝也相對簡單，可以有效控制生態(tài)型透水瀝青路面的造價。與傳統(tǒng)瀝青路面相比，生態(tài)型透水瀝青路面的成本優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：一是生態(tài)型透水瀝青路面運用了特定的級配技術(shù)，并與添加劑技術(shù)相結(jié)合，在路面的水穩(wěn)性、耐久性上表現(xiàn)更佳，相較于普通瀝青路面，其運營壽命可延長近5年，更加符合經(jīng)濟(jì)生態(tài)發(fā)展的思路、理念；二是生態(tài)型透水瀝青路面的施工工藝簡單，在施工過程中產(chǎn)生的管理費用較低，大大減少市政排水系統(tǒng)的整體建設(shè)投入，并在運營過程中，可以有效降低城市路面積水、內(nèi)澇問題的管理費用，降低道路全周期的整體投資。

2 生態(tài)型透水瀝青路面設(shè)計的原則

生態(tài)型透水瀝青路面具有較大的空隙率，能夠快速排出路面積水，與普通瀝青混合料在結(jié)構(gòu)上有很大不同，按照結(jié)構(gòu)形式劃分，生態(tài)型透水瀝青路面包括排水式透水路面、半透式透水路面、全透式透水路面三類，它們的滲排水機(jī)理介紹如表1所示。

表1 生態(tài)型透水瀝青路面滲排水機(jī)理列表

生態(tài)型透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該考慮以下兩個原則。

第一，較高空隙率。為了保證透水性，透水瀝青混合料應(yīng)具有較高的空隙率，在設(shè)計時，應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件選擇合適的空隙率。第二，骨架-空隙結(jié)構(gòu)。透水瀝青混合料是一種骨架-空隙結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度是通過瀝青的黏結(jié)力及石料之間的嵌鎖作用實現(xiàn)。設(shè)計時，應(yīng)充分考慮生態(tài)型透水瀝青路面的承載力。

3 生態(tài)型透水瀝青路面設(shè)計的重點考慮因素

生態(tài)型透水瀝青路面與傳統(tǒng)普通路面一樣，從上到下包括面層、基層、墊層及路基。基于生態(tài)透水型瀝青路面存在的問題，生態(tài)型透水瀝青路面在設(shè)計時，需要重點考慮的因素如圖1所示。

圖1 透水瀝青路面設(shè)計考慮因素

3.1 路面結(jié)構(gòu)層材料特性

為了保障生態(tài)型透水瀝青路面的透水性，對路面結(jié)構(gòu)透水層的材料性能均有要求，特別是透水參數(shù)，是決定瀝青路面透水性能的關(guān)鍵。另外，為避免透水瀝青路面出現(xiàn)水害，對其結(jié)構(gòu)材料也有更高的要求。

3.2 水文、地質(zhì)情況

設(shè)計生態(tài)型透水瀝青路面時，水文、地質(zhì)情況也是重點考慮的因素，主要包括土基滲透能力、地下水位高度、降雨特性、季節(jié)性冰凍深度幾個方面。

3.2.1 土基滲透能力

土基的滲透能力受土壤類型的影響很大，是透水路面設(shè)計的關(guān)鍵因素。土質(zhì)的滲透能力與含砂量成正比關(guān)系：當(dāng)含砂量超過25%時，滲透能力較好；當(dāng)含砂量低于15%時，滲透能力較弱。完全透水路面結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮采用滲透能力好的土質(zhì)，不宜采用軟土、膨脹土、濕陷性黃土、鹽漬土、粉質(zhì)土及其他滲透能力差的土質(zhì)。

3.2.2 地下水位高度

地下水位高度也是影響路面透水性的因素之一，主要原因是路基濕度受地下水位的影響較大。在同等條件下，路面透水性與路基的濕度成反比關(guān)系：濕度越大，透水性越弱；反之越強(qiáng)。

3.2.3 降雨特性

降雨特性主要包括三個因素：降雨重現(xiàn)期、降雨歷時和降雨強(qiáng)度，其中降雨重現(xiàn)期是生態(tài)型透水瀝青路面設(shè)計期間應(yīng)綜合考慮的因素。

3.2.4 季節(jié)性冰凍深度

如果冰凍深度大于生態(tài)型透水瀝青路面的蓄水層厚度，一旦出現(xiàn)內(nèi)部凍結(jié)，就會對透水性產(chǎn)生影響。在這種情況下，一般需要設(shè)置防凍層，在我國北方寒冷地區(qū)通常采用此方法。因此冰凍深度同樣是透水性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個考慮因素。

3.3 道路功能定位、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求

生態(tài)型透水瀝青路面因需要保證路面的透水性，對材料的選用有特殊的要求，導(dǎo)致透水性路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相較于普通路面較低。因此在設(shè)計時，要結(jié)合道路的功能定位及交通量預(yù)期，充分考慮瀝青路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是否符合要求。根據(jù)以往經(jīng)驗，對于一般荷載量較小的人行道、廣場、景觀人行道等，全透式透水路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基本可以滿足要求，機(jī)動車道需要通過承載性驗算確定。

3.4 經(jīng)濟(jì)性

除了以上因素外，透水性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計還要充分考慮其經(jīng)濟(jì)性。例如，全透式透水瀝青路面項目所在地的土質(zhì)為黏土，就需要將一定深度范圍內(nèi)的路基換填成透水性良好的填筑材料，將大大增加工程造價，特別是經(jīng)濟(jì)不好、財政壓力較大的地區(qū)應(yīng)充分考慮。

4 生態(tài)型透水瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能

與傳統(tǒng)的瀝青路面結(jié)構(gòu)相比，透水性和儲水功能是生態(tài)型透水瀝青路面在設(shè)計過程中考慮更多的內(nèi)容。由于自身結(jié)構(gòu)組成的特殊性，透水瀝青混合料的最佳瀝青含量和目標(biāo)空隙率不同于普通瀝青混合料的級配設(shè)計，雖然兩類瀝青混合料均由瀝青、集料及礦粉、添加劑組成，但透水瀝青混合料應(yīng)符合（城鄉(xiāng)建設(shè)部）工程建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 190—2012）的要求，具體見表2。透水瀝青混合料配合比設(shè)計、性能研究包括以下工作：一是根據(jù)瀝青結(jié)構(gòu)設(shè)計區(qū)域的降雨量和其他氣候條件，確定降雨等級，并根據(jù)確定的等級選擇相應(yīng)的空隙率和路面結(jié)構(gòu)。二是根據(jù)《城市道路設(shè)計規(guī)范》（CJJ 37—2012）的要求和以往的工程經(jīng)驗，初步選擇三組配合比，并估算油石比參數(shù)，待初選級配透水瀝青混合料成型后，對比、分析和研究其相應(yīng)的空隙率和強(qiáng)度，最終選擇最佳級配設(shè)計組成。三是確定透水瀝青混合料的最佳瀝青用量。四是選擇透水瀝青混合料的添加劑種類。

表2 透水瀝青混合料技術(shù)要求

5 應(yīng)用于海綿城市路面的建議

近年來，城市內(nèi)澇情況嚴(yán)重，儼然成為城市發(fā)展過程中的一個焦點。一方面，生態(tài)型透水瀝青路面可以收集大量的地面降雨，并對雨水具有凈化處理功能，有效補(bǔ)充地下水，在較大程度上緩解城市熱島現(xiàn)象；另一方面，生態(tài)型透水瀝青路面可以吸附地面的灰塵，減少車輛通行產(chǎn)生的環(huán)境污染。因此，建議在海綿城市建設(shè)中，研究、推廣及運用生態(tài)型透水瀝青路面。

6 結(jié)語

隨著我國城鎮(zhèn)化的有序推進(jìn)，城市規(guī)模也越來越大，導(dǎo)致城市雨水的排水管網(wǎng)系統(tǒng)壓力劇增，一旦降雨量達(dá)到一定程度，就容易出現(xiàn)城市內(nèi)澇，不能滿足城市生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展需要。因此，加強(qiáng)生態(tài)型透水瀝青路面的研究勢在必行，以此減少城市內(nèi)澇的風(fēng)險。從生態(tài)型透水瀝青路面設(shè)計的原則、主要影響因素出發(fā)，探討、分析了該類瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能，并提出了將生態(tài)型透水瀝青路面應(yīng)用于海綿城市的建議，對相關(guān)從業(yè)者的設(shè)計工作具有借鑒、參考價值。