透水沥青路面在湿热多雨地区应用

作为道路工作者, 从我国城市道路的发展现状和透水沥青混合料的材料特点及交通、气候、环境等方面考虑,率先在我国湿热多雨城市开展透水沥青混凝土路面的研究责无旁贷。考虑城市高温、多雨和蒸发量高的气候特点, 根据城市交通和公路交通的不同, 提出透水沥青混合料的设计和铺装技术, 并大面积推广透水路面,是解决我国城市道路行车安全, 广场、居民区、城市道路排水、城市自来水紧张、江河污染等技术难题的有效手段。由于我国尚没有提出透水路面的设计规范和技术要求, 因此开展透水沥青路面的研究, 对制定透水路面规范具有一定的参考价值。

20 世纪70 年代早期, 透水路面停车场便成功地应用于美国宾州、德州。在道路系统及水土保持方面亦卓有成效。在英国将其应用于机场跑道上, 可以改善飞机起降的安全性及减少事故。透水沥青路面的特殊路用性能使得它在许多国家正日益受到重视, 世界各国在高速公路的透水面层方面的应用与研究取得了许多成果与经验。欧州国家从20 世纪70 年代开始在原有面层上使用能提升行车安全性及舒适性的开级配磨耗层。欧洲国家对多孔隙透水沥青混凝土面层的设计较美国更重视最小空隙率的设定。

日本对透水沥青混凝土的技术研究与开发从1980 年开始, 1987 年于东京都环道7 号率先采用透水沥青混凝土面层。具有排水迅速、改善雨天视线、增加抗滑性、降低行车噪音及确保行车安全的功效。近10多年来已在日本各级道路广泛应用, 尤其在多雨地区被列为首要选择。从1997 年起, 日本高速公路路面不论新设或维修都采用透水面层铺面为原则。1978 年, 我国在台湾国道一号高速公路铺筑了1. 5 cm 的沥青混合料磨耗层( OGFC) 。2001 年, 草拟了适合台湾地理环境和交通环境的/ 排水性沥青混凝土配合比设计草案0等技术性文件。我国交通部公路科研所先后在济青高速公路、京沪高速公路( 河北段) 铺设了透水面层试验路。在2005 年实施的5公路沥青路面施工技术规范6 ( JTGF40- 2004) 中, 首次将排水性沥青混合料的矿料级配列入规范中。近几年, 同济大学、东南大学、长安大学、长沙理工大学对透水基层进行了研究。提出了级配碎石、沥青稳定透水基层、水泥稳定透水基层等新型基层, 并对其透水性、耐久性、抗疲劳性等力学性能进行了研究。针对透水沥青路面的特点, 今后几年透水沥青路面的发展趋势主要是以下4 个领域。

1) 应用于城市道路

现有设计和施工方法应用于城市道路时, 技术上不存在问题, 但作为透水路面的普及, 应研究新的路面结构, 提高路面的长期路用性能。

2) 集料材质

透水性功能受粗集料性能( 级配、形状、硬度等) 的影响较大, 但性能定量上的规定以及如何兼顾功能与耐久性, 尚没有满意的共识, 因此现在仅限于推荐使用良质粒料, 今后应加强此方面的研究, 明确评估准则,以选择满足其性能要求的集料。

3) 功能的持久性

透水路面维护管理上的难题为空隙的挤缩与堵塞, 空隙的挤缩来源于夏季高温时, 沥青为车轮制动力的拉牵所致, 堵塞则来源于灰尘淤泥。如何使透水功能持久, 防止其减弱以及减弱后的维修方法的研究开发, 是今后应重视的课题。

4) 着眼于减低噪音效果的运用

着眼于降低噪音的施工项目日益增多, 但其功能特性不明之处仍较多, 施工后可有几倍的降低效果, 但定量上与透水功能层厚、粗粒料尺寸等规格的相关关系, 及其与持久性的关系等尚未有明确的掌握, 因此急切需要研究发展材料规范、施工方法、管理方法, 同时分析施工实绩, 回馈修订。湿热多雨地区气候特点是夏季温度高、春夏降雨量多, 因此透水路面不仅要透水, 还必须考虑其高温稳定性。一般来说, 要透水, 空隙率必须大; 要高温性能好, 强度必须高。因此保证透水和高温稳定性是沥青路面的重要研究目标。针对湿热多雨地区的气候特点、交通量和典型的土基土壤渗水性和蓄水能力来设计透水路面结构的空隙率大小。通过试验和理论研究, 提出适合湿热、高温、多雨地区的新型路面结构, 适合本城市的透水沥青混合料矿料级配和道路特点的施工方法。这些都是需要根据实际情况解决的难题。透水沥青路面在国外已有许多成功的实例, 可以说, 在我国湿热多雨城市道路上应用其原理和技术上是有保障的。

但是, 如何成功修筑, 满足设计要求, 适用当地交通、气候、环境的透水路面, 尚需根据本地区特点解决下列关键问题。

1) 根据底层土壤渗水性设计透水基层和透水面层的空隙率。因为过大的空隙率流水不能渗入地基,更会降低路面耐久性; 过小的空隙率会降低路面的透水性, 不能真正起到透水作用。因此底层土壤渗水性与透水基层和透水面层的相匹配空隙率的设计和实施都是非常关键的问题。

2) 选择匹配的石料和沥青, 提高粘附性, 在保证现场空隙率与底层渗水性相匹配的前提下, 采用添加纤维方式增加沥青膜厚度, 提高透水路面耐久性是透水路面需解决的关键问题。

3) 湿热多雨地区, 透水路面的高温稳定性特别重要, 根据集料特性设计合理的骨架空隙结构, 既抗车辙又满足目标空隙率要求的透水沥青混合料是我国湿热多雨地区城市道路需解决的关键问题。

美国、日本、韩国等已经充分认识和重视了透水沥青路面的功能, 并在大力推广应用。从1998 年起, 日本的新建或改建高速公路都采用透水路面。我国也意识到这种路面的优良特性, 将透水面层级配写进了2005 年1 月1 日实施的5公路沥青路面施工技术规范6( JTG F40- 2004) 中。可以预计, 我国透水路面的研究已经是大势所趋。因此, 开展透水沥青路面的研究具有理论和使用价值。由于透水路面可以迅速使雨

水回归土壤、减少城市的径流量, 并能缓和城市高温现象、确保城市生态平衡。降低噪音、增大摩擦, 使路面不积水, 提高了人们的生活品质, 保证了行车安全。因此透水路面在我国城市道路、广场、公园具有广阔的应

用前景。

与传统不透水沥青路面相比, 透水沥青路面具有以下优点

1) 在渗水性良好的基础土壤上构筑大面积透水沥青路面( 停车场、道路、广场) 可大幅度降低排水系统构建成本, 因为透水沥青路面可减少70%~ 80%的径流水。

2) 可提供当地居民充足的水资源, 据统计, 在英国透水沥青路面每年可提供1. 1 t/m2 的地下水。保持城市地下水位, 减少江河污水。

3) 不需建构/ 超负荷量0的污水处理厂, 标准的透水沥青路面可减少大雨时径流系数波峰值的70%以上, 大大降低暴雨泛滥成灾的危险。

4) 雨天道路行驶的安全性大为改善, 降低了交通事故产生机率。

5) 城市道路修筑优良的排水路面, 可以降低噪音2~ 5 dB, 保持城市水资源的利用, 解决大雨时道路淹没, 下水道局部阻塞的问题。

传统的常规城市道路路面( 不透水) 妨碍了雨水回归大地的通路, 严重破坏了自然界雨水地下水自然平衡的机制。在了解国外城市道路透水路面使用现状的基础上, 提出在渗水性良好的基础土壤上构筑大面积透水沥青路面是解决我国城市道路行车安全, 广场、居民区、城市道路排水, 城市自来水紧张, 江河污染等技术难题的有效途径。从技术、经济和社会效益等方面,同时指出了修筑透水城市路面需要解决的问题。

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