透水路面.ppt

透水沥青路面研究1精品1.绪论2精品存在的问题绝大多数的城市道路、广场、商业街、步行道、停车场、小区和公园道路广泛使用密级配沥青混合料、水泥混凝土和花岗岩、大理石等材料，城市地表逐渐被不透水面层覆盖。地 面潜水面图 城市地下水漏斗城市地下水位下降图 华东（苏锡常地区）地下水漏洞损害了城市的水平衡影响了城市地表植物的生长破坏了城市地表的生态平衡地层下陷3精品研究背景其次，表面致密的路面在雨天不能及时排水，形成路表水膜或路面积水，使行车容易出现水漂、水雾，给行人和车辆行驶带来不便，增大了交通事故发生率。同时，在暴雨时地面径流量急剧增高，很快出现峰值，加重了城市排水系统的负担，甚至引起洪涝灾害。雨天行车路面积水4精品排水设施基基层层概念透水沥青路面-指由较大空隙率混合料作为路面结构层、允许路表水进入路面（或路基）的沥青路面结构的总称。封层封层路溢流口排水设施排水设施面面层基层垫层路基基路表 路表 由基后由面层排出并引到邻层（或垫层）排出并引根据其透水（排水）特点和适用场合等条件，分为三种类型:型-型-型-路表水进入路面后直接进入路基到邻近排水设施5精品优点透水沥青路面的优点图 降噪效果图 反光对比图 水雾对比6精品研究内容透水沥青路面材料组成设计透水沥青混凝土配合比设计透水沥青混凝土性能研究透水沥青路面结构设计透水沥青路面透水设计与评价7精品2.透水沥青路面材料组成研究8精品透水沥青面层点接触点接触透水沥青路面面层材料一般采用多孔沥青混合料（PorousAsphalt Concrete,PAC）。PAC是一种典型的骨架空隙结构，粗集料用量大，约占集料总质量的85，集料之间的接触面积减少了约25，接触点的应力高。因此，骨料的性质、形状、粒度及级配等都会对混合料的性能产生很大影响，在进行沥青混合料设计时，对集料的选择就显的尤为重要。9精品透水沥青面层多孔沥青混合料多采用高粘度沥青作为结合料,可以通过掺加高粘度改性剂或使用SBS改性沥青掺加高粘改性剂、SBS改性沥青掺加纤维（木质素或聚酯纤维）、在沥青或改性沥青中掺加1520废旧轮胎粉、在沥青中掺加EVA或橡胶等多种提高沥青粘度的方法。10精品足够的渗透能力，尽快排干进入路面结构内的雨水；足够的稳定性支撑路面的施工操作；足够的储水能力暂时储存未排出的雨水；足够的强度以满足路面结构的总体性能。透水基层透水性能承载力水稳定性多孔水泥混凝土基层级配碎石透水基层多孔水泥稳定碎石透水基层（CTPB）大空隙沥青稳定碎石透水基层（ATPB）大粒径透水沥青混合料基层（LSPM）11精品透水垫层/过滤层通常由粗砂、小颗粒集料或者土工织物构成，具有过滤功能和足够的透水能力：防止土颗粒通过泵吸作用进入基层或底基层；改善路基温湿特性；为透水基层和其它层提供稳定的施工平台；分散传至土基的荷载，使其不产生过量的变形。12精品3.透水沥青混凝土配合比设计13精品/空隙率空隙率/%R =0.8962R=0.9502R =0.8744R =0.9326R=0.9312级配设计方法及优化PAC-10、PAC-13 及PAC-19混合料中，2.36mm筛孔通过率同混合料的空隙率相关性良好，通过改变2.36mm筛孔的通过率调整混合料的空隙率。对于PAC-13，当2.36mm筛孔通过率增大3时，混合料的空隙率相应的减小约2；反之，混合料的空隙率相应的增大约2。y=-0.6628x+31.1212y=-0.987x+30.6992y=-0.7896x+35.145R2=0.972110161319222512 156918212.36mm筛孔通过率/%线性(PAC-19)线性(PAC-13)线性(PAC-10)y=-0.6021x+32.3572y=-0.667x+31.1912y=-1.109x+33.779216.018.020.022.024.06.016.021.026.011.0筛孔通过率/%4.75mm2.36mm1.18mm14精品级配设计方法及优化在级配设计中，PAC中粗集料含量大，一般都能形成骨架结构。不同比例的粗集料含量所形成的骨架空隙结构的力学性能和稳定性差异很大，采用离散单元方法（DEM）建立数字模型对PAC的粗细级配结构评价。细型级配粗型级配15精品级配设计方法及优化细型级配粗型级配16精品混合料指标试验结果细型级配-1DS/mm次5546最终变形深度/mm2.8粗型级配-1DS/mm次7132最终变形深度/mm1.6级配设计方法及优化在相同的空隙率和加载条件下，偏粗型级配的PAC结构中，荷载主要通过骨架结构竖向传递，侧向滑移不显著，承载能力更高，抵抗局部荷载变形的能力更强，混合料的骨架结构更稳定。相同空隙率、油石比条件下，粗细两种级配的PAC车辙试验结果17精品飞散损失/析漏损失/181512964.04.55.0 5.56.0飞散0.50.40.30.20.14.04.55.0 5.56.0析漏油石比/OACmin 的确定油石比/OACmax的确定最佳沥青用量确定现行方法是通过析漏和飞散曲线的“拐点”，确定最佳沥青用量。在分析总结了国外现行方法基础上，针对性提出了一套确定最佳沥青用量的新方法。OAC=OACmin +0.75(OACmax OACmin)18精品技术指标试验数据现行方法确定的油石比/新法确定油石比/施工采用油石比/咸阳机场高速油石比/4.04.55.05.56.0无拐点5.05.0飞散损/22.315.110.18.37.0析漏量/1.92.04.08.311.2广清高速（试验段）油石比/4.34.85.35.86.3无拐点5.05.0飞散损失/10.67.45.53.42.0析漏量/0.170.210.320.480.67常澄高速（试验段）油石比/4.04.55.05.56.05.05.05.1飞散损失/16.312.38.38.38.7析漏量/0.060.110.160.461.00最佳沥青用量确定该方法避免了现行方法中存在的拐点确定的误差大、人为主观因素对最佳沥青用量的确定影响大及最佳沥青用量取值不明确等不足，设计时充分考虑了取值的客观性和PAC沥青膜较厚的特点，提出了最佳沥青用量的具体计算公式。通过在青岛、太原试验路的应用，以及对已有道路（咸阳机场高速、广清高速和常澄高速）的对比分析，表明采用新方法确定的最佳沥青用量能够在避免现行方法不足，确定的合理的最佳沥青用量。19精品4.透水沥青混凝土性能研究20精品变形深度/mm变形深度(mm)水热综合性能评价Hamburg浸水车辙最终变形水热综合性能、耐久性蠕变斜线高温性能剥落斜线水稳定性-10-8-2-4-6002000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000作用次数/次PAC-13-11-12-8-9-10-2-3-4-5-6-70-1 02000400060001200014000160001800020000作用次数(次)8000 10000SMAAC-13(SK-70基质沥青)ATB-30(SK-70基质沥青)AC-13(SBS改性沥青)SuperPave-13材料级配设计合理的PAC在重复荷载作用下的水-高温综合性能良好21精品y=-3.8194x+4.48972 16.4%R =0.978717.7%20.3%22.4%y=-4.2309x+4.3489 24.7%2R =0.9782y=-4.3801x+4.17242R =0.967y=-4.4638x+3.85432R =0.9765y=-4.2260 x+3.68502R =0.9539y=-4.8634x+3.91272 4.2%R =0.97844.8%5.1%y=-4.4204x+4.07622 5.4%R =0.9805y=-4.3801x+4.17242R =0.967y=-3.4922x+4.0462R =0.9511y=-3.8898 x+3.97472R =0.9879疲劳特性54.543.532.5-0.3-0.2-0.100.10.20.30.42.53.03.54.04.5-0.2-0.10.00.10.20.3lg t空隙率越大，混合料的疲劳性能越差，疲劳寿命的衰减同空隙率大小线性负相关，且随着空隙率的增大，应力水平变化对疲劳寿命的影响总体上也变得更敏感；lg t5.0偏大的油石比和偏小的油石比都不利于混合料的疲劳性能。油石比过大，会降低应力水平变化对疲劳寿命影响的敏感性，但多余的沥青会发生竖向流淌，造成混合料沿厚度方向上的空隙分布不均匀和空隙堵塞。22精品未浸水3浸水10天y=-4.3801x+4.17242R =0.967y=-4.3939x+4.11742R =0.9746y=-4.3972x+4.12982R =0.9891未浸水浸水10dy=-4.3801x+4.17242R =0.967y=-4.3924x+4.12392R =0.9867R =0.9867R =0.94R =0.988R =0.97712.5疲劳特性5.04.54.03.53.0-0.2-0.1-0.10.00.10.20.20.30.1lg ty=-4.7923x+3.99352y=-4.6946x+3.682422.53.04.03.54.50.20.1-0.2-0.10.3未浸水浸水10d0.0lg t3.03.54.04.5-0.10.00.20.30.1lg ty=-4.3924x+3.94412y=-4.4141x+3.909723.03.54.04.5-0.2-0.10.10.2未浸水浸水10d0.0lg t合适的油石比时，PAC经历310天的浸水后，疲劳性能没有显著降低。5.4%油石比4.8%油石比4.2%油石比23精品热导率W/(mk)比热容J/(kgK)热扩散率10（m/s）2热导率W/(mk)-6/(W(m k)/(J()kg K热物性指标PACAC)比热容 c1853.350853.333热导率k11.7652.199热扩散率/(k106(m2 s)0.9851.097热物特性表 PAC、AC的热物性数值计算结果1.92.12.320%1.72.11.91.70%5%10%15%沥青混凝土空隙率%图 空隙率同热导率的关系2.30%5%10%15%20%25%透水沥青混凝土密级配沥青混凝土含水率%图 不同含水率时的热导率500.01000.01500.0透水沥青混凝土0.01.00.5密级配沥青混凝土0.00%5%10%15%20%25%含水率%图 不同含水率时的比热容1.50%5%10%15%20%25%透水沥青混凝土密级配沥青混凝土含水率%图 不同含水率时的热扩散率PAC热阻性能较好，可阻止和延缓高温季节道路表面的高温向路面内部的传递，从而提高路面的热稳定性能，增强路面对气温荷载变化的抵抗能力，有效延长路面的使用寿命。24精品PACAC/温度温度热物特性1090700204060PACAC1020501530250204060图 车辙板试件表面的光照强度时间/min图a 车辙板试件表面PAC时间/min图b 车辙板试件底部AC25精品5.透水沥青路面结构设计26精品结构设计透水性沥青路面结构上分为面层、基层和垫层。面层一般采用透水沥青混凝土；透水基层（型、型）在面层下，一方面参与路面结构的承载，具有力学强度，另一方面作为暂时的储水层；垫层（型），防止路基细颗粒堵塞透水结构层；当路基土渗透性一般如粘性土，为了改善土基的温湿状况，提高路面结构的水稳性和抗冻胀能力，则应当设置砂垫层。27精品结构层材料弹性模量/MPa泊松比透水沥青混凝土7000.25大空隙沥青稳定碎石7000.25多孔水泥稳定碎石20000.25级配碎石3000.25砂垫层800.35路基土（砂性土）400.35路基土（粘性土）250.35无机结合料稳定碎石基层15000.25无机结合料稳定土底基层8000.25表 路面结构材料计算参数结构设计透水沥青路面设计指标：土基顶面压应变路表弯沉（参考）面层和基层材料层底拉应力面层表面轮载边缘处的剪应力图 路面结构有限元计算模型28精品透水沥青混凝土 4 5 cm大空隙沥青稳定碎石基层 6 8 cm级配碎石层 1525cm砂垫层 5 10cm砂性土/粘性土路基适用场合：小区、校园、公园道路、广场、非机动车道累积轴载100万次路基土类型：砂性土/粘性土透水沥青混凝土 912 cm大空隙沥青稳定碎石基层 1015cm级配碎石层3040cm砂垫层 5 10cm砂性土路基次干路交通等级：中交通累积轴载1000万次路基土类型：砂性土透水沥青混凝土 4 5 cm大空隙沥青稳定碎石基层 8 12cm级配碎石层2530cm砂垫层 5 10cm砂性土路基适用道路等级：支路路面交通等级：轻交通累积轴载400万次路基土类型：砂性土透水沥青混凝土9 12cm大空隙沥青稳定碎石基层 1015cm多孔水泥稳定碎石基层 1518cm砂垫层 5 10cm砂性土路基次干路交通等级：中交通累积轴载1000万次路基土类型：砂性土透水沥青混凝土 510 cm大空隙沥青稳定碎石基层 1012cm级配碎石层3040cm砂垫层 5 10cm粘性土路基适用道路等级：支路交通等级：轻-中交通累积轴载600万次路基土类型：粘性土结构厚度适用道路等级：支路、适用道路等级：支路、不同交通量条件下型透水沥青路面结构厚度推荐29精品透水沥青混凝土 510 cm大空隙沥青稳定碎石基层 1012cm半刚性基层 1830cm半刚性底基层1820cm适用道路等级：支路、次干路交通等级：中交通累积轴载：4001200万次透水沥青混凝土 1012cm大空隙沥青稳定碎石基层 1215cm半刚性基层 3036cm半刚性底基层2030cm适用道路等级：次干路、主干路路面交通等级：重交通累积轴载：12002500万次结构厚度不同交通量条件下型透水沥青路面结构厚度推荐30精品6.路面透水设计与评价31精品雨水入渗的物理过程STEP1 降雨过程初期，路面结构的浸润STEP2 路基土的初始渗透STEP3 降雨在路面结构中的蓄积STEP4 蓄积在路面结构中雨水的排出32精品时间序列min降雨强度mm/10min累积雨量mm100.3480.348200.3510.699300.3551.054400.3591.413500.3621.7757003.89256.3517105.45361.8047209.66071.46473016.25987.7237406.93094.6547504.52799.18114000.364151.86114100.360152.22114200.357152.57814300.353152.93114400.350153.280总降雨量：153.28mm平均雨强：6.39mm/h降雨强度mm/10min(t+b)0 i()t dt(t+b)降雨过程模型167 A1(1+C lg P)cq=ciavg =a(t+b)1 ttiavg =a(1 c)t+b c+1i(t)=201510500246810121416182022时间/h图 降雨强度过程曲线分布（北京重现期5年降雨历时24小时）33精品水附着率/%44.1012 70.90VV 连通=0.6888VV +1.8955R =0.99120.14路面降雨入渗模型结构层材料的水附着率降雨历时和暴雨重现期连通空隙率渗透速率21.51.31.920.0空隙率/%暴雨重现期/年降雨历时/h最集中150min雨量/mm累积雨量/mm11245.240.1179.75240.07y=0.8826Ln(x)-1.090497.832122456.301.754.890.0899.23121.71510 16.0 18.024 69.1112 81.930.170.110.2022.0 24.0124.96153.28144.4426.0 28.02479.860.12177.16平均暴雨强度/mm min-134精品路面降雨入渗模型透水沥青路面降雨入渗计算流程35精品型路面透水模型型透水沥青路面可以补充地下水，同时结构的储水能力可缓解暴雨时城市排水系统的负担。型路面透水设计目标为：路面透水结构具有足够的厚度，路基土材料具有良好的渗透能力，保证在降雨期间（给定的重现期和降雨历时）路表不会产生积水或出现雨水漫出，且路面结构内蓄积的雨水能够在降雨结束后较快的排除。储水层厚度的等效转化路基土中水的渗透速率降雨各时间段路面结构水位36精品STEP1PAC水位峰值降雨强度路面结构中水位STEP3 STEP4空隙率20%ATPB空隙率20%级配碎石空隙率10%STEP2100mm100mm路面结构中水位/mm降雨强度/mm10min-1300mm20161284010110210310410510610710810910 1010 1110 1210 1310 14105004003002001000型路面透水模型时间/min重现期为5年降雨历时24小时下的型透水沥青路面结构中水位及降雨强度图总降雨量153.28mm37精品PAC-16半刚性基层ATPB透水基层封层型透水沥青路面典型结构半刚性基层路基封层进水口集水管透水沥青上面层透水沥青下面层透水基层透水沥青上面层透水沥青下面层路基透水基层半刚性基层路 基集水管封层H0 Hd型路面透水模型型透水沥青路面透水功能的设计目标为：要求路面结构具有足够的透水和排水能力，以保证在降雨时（不超过规定的重现期和降雨历时），路表不会产生积水或出现雨水漫出;为有效降低暴雨时城市排水系统的负担，集水管排水量峰值同降雨强度峰值比小于0.5，即要求型透水沥青路面内部集水管的流量峰值不超过降雨强度峰值的一半。透水沥青面层PAC-1338精品50mm强度/mm10min-1路面结构中水位/mm70mm150mm04816122010110 210 310 410 510 610 710 810 910 1010 1110 1210 1310 1410 1510 1610050100150250200300降雨强度路面结构中水位集水管排水量透水上面层空隙率20%透水下面层空隙率20%透水基层空隙率20%STEP1STEP3STEP4型路面透水模型时间/min重现期为5年降雨历时24小时下的型透水沥青路面结构中水位及降雨强度图总降雨量153.28mm集水管流量峰值降雨强度峰值39精品进水口路侧集水管透水沥青面层大空隙沥青稳定碎石基层级配碎石层路 基透水基层d级配碎石层路 基集水管H0 H型+型路面透水模型型+型透水沥青路面透水系统的功能在于通过路基土下渗补充地下水资源，改善城市的水平衡；通过路面结构的储水和集水管集中排水，可减轻暴雨时城市排水系统的负担。透水面层40精品50mm强度/mm10min-1路面结构中水位/mm150mm70mm型+型路面透水模型0161282010110210310410510610710810910 1010 1110 1210 1310 14100450100300250200150350降雨强度路面结构中水位渗入路基雨量集水管排水量透水上面层空隙率20%透水下面层空隙率20%透水基层空隙率20%STEP1STEP2STEP4STEP3时间/min重现期为5年降雨历时24小时下型+型透水沥青路面结构中水位及降雨强度图41精品