高速公路沥青混凝土路面结构的排水设计.doc

水是危害公路的主要自然因素，也是沥青混凝土路面早期损坏的主要原因之一。从目前已建成的公路的经验和教训来看，沥青混凝土路面所出现的各种病害（如坑槽、松散、剥落、龟裂、下陷等）无不与水的侵蚀有关，水已成为构成高速公路沥青混凝土路面早期损坏、使用寿命降低的主要自然因素。因此，如何避免地下水和地表水进入路面结构，并有效地将进入路面结构的水分尽快排出，已成为目前沥青混凝土路面结构设计乃至整个高速公路设计过程中的重点内容。
1 路表排水
降落在路面表面和路肩（包括硬路肩和土路肩）表面的降水若不能迅速排走，一方面会造成路面积水滞留，雨天行车时形成雾障而影响行车安全；另一方面会因路表积水时间过长而加速沥青混凝土面层的损坏。对于混凝土路面结构类型而言，路面排水设计应考虑以下几个方面：
1.1 合理设计路拱横坡是有效排除路表降水的关键
从有利于排水的角度出发，路基横坡和路肩横坡的坡度值都取高值，但路基横坡过大会影响到行车的安全。因此，应综合考虑两方面因素，第一，在南方多雨地区应适当取高值，在北方冰冻地区取低值。第二，硬路肩的横向坡度可采用高限值，但考虑到目前路面摊铺已基本实现机械化施工，从方便施工考虑，硬路肩的横坡方向宜与行车道相反，以避免将硬路肩积水汇集到行车道上。
1.2 正确选取超高渐变段的合成坡度是避免路表局部积水的有效途径
一般在高速公路线型设计中，如果单纯考虑行车的舒适和线型的美观，超高渐变率宜缓一些，超高渐变段也希望尽量长一些。但超高渐变率过小，超高渐变段内路面横坡接近零的区段过长，形成路面局部滞水，从而影响行车安全。当路线纵坡与超高渐变率方向一致时，最小合成坡度位置即旋转轴位置（对于高速公路来说通常是中央分隔带外缘），其大小就是路线纵坡；当路线纵坡与超高渐变率相反时，最小合成坡度位置即行车道外侧边缘位置，大小为路线纵坡与超高渐变率的代数差。
1.3 合理设置纵坡是确保挖方路段路面排水的重要手段
人们一般在挖方路段因其水文地质条件差时才对这种路段的地下排水引起重视，如通常在路面结构设计中考虑增设碎石排水垫层，在两侧设置边缘渗沟，但对于路表排水中一些容易出问题的地方却常常忽视，概括起来有两个方面：一是将凹形竖曲线的最低点设在挖方路段内，致使路表水和进入结构内的自由水停滞时间长，不易排除；二是较长挖方路段纵坡坡度设置过小，标准断面的边沟无法满足路面和边坡汇水流量的需要，对于超高地段，中央分隔带处必须每隔一定距离设置横向排水管，将汇集在中央分隔带边缘集水沟（管）的路表水引排出去，如果挖方路段过长且纵坡较小，同样会增加该部分排水系统的设计和施工的难度。因此，纵坡设计切忌将凹形竖曲线置于挖方路段内，同时挖方路段较长时（超过400m）其纵坡不宜小于3%，一般情况不得小于1%.
2 沥青混凝土路面结构设计应体现排水要求
2.1 常规设计存在的质量隐患
目前，在高速公路的沥青混凝土路面结构设计中，普遍将下面层设计为空隙率较大的Ⅱ型沥青混凝土，如AC—25Ⅱ或AC—30Ⅱ型；中面层多为Ⅰ型密级沥青混凝土，如AC—20Ⅰ型等；抗滑表层则采用AK—13型或AK—16型。就我国大部分高速公路的沥青混凝土而言，空隙率大的主要是抗滑表层和下面层。其中抗滑表层在施工过程中，为了满足构造深度这一指标，空隙率必须达到6%以上。同时，许多施工单位为了追求表面平整度，不惜以牺牲压实度为代价，减少压实遍数，降低碾压温度，从而使其实际空隙率增大。因此，只要有降雨，抗滑表层内部总是处于饱水状态。而下面层则由于表面水少量的渗入、路面开裂以及基层中毛细水上升等原因，使得不少水分滞留在混合料的空隙中，而且，由于中面层的密封作用和下面层自身空隙率较大，导致下面层基本上总是泡在水中。这样，沥青混凝土路面长期在水和荷载的共同作用下，使得沥青膜逐渐从集料表面剥离，最终导致集料之间的黏结力丧失而出现坑槽、松散等路面破坏现象。因此，必须在路面结构设计中合理选取适当的级配类型，特别是抗滑表层和下面层这两个层次。
2.2 沥青混凝土路面要体现排水要求
在降雨量大的多雨湿热地区，为了解决抗滑表层抗滑性能要求与水稳定性这一矛盾，建议在经济条件允许的情况下，优选SMA结构，既可通过其间断级配的碎石骨架在表面形成较大的构造深度，又可由于沥青码蹄脂的填充，使其混合料内部的空隙率很小。如经济条件不允许采用SMA结构，则应在满足抗滑性能要求的同时尽量降低其空隙率。而对于下面层，则尽可能采用Ⅰ型的密级配沥青混凝土，一方面使路面水尽可能少地渗透到基层中，另一方面也可以阻隔基层中的毛细水，从而增加整个沥青混凝土路面的水稳定性。
此外，沥青混凝土面层厚度与最大粒径不匹配，也是出现不同程度水损害的原因之一。由于沥青混凝土面层厚度与混合料级配的最大粒径之比不当，施工中不利于压实，造成空隙率过大。因此，应合理考虑沥青混凝土面层厚度与所选择设计级配的最大粒径尺寸的关系。
3 沥青混合料设计应考虑材料的抗渗性能
要保证路面结构的水稳定性和耐久性能，保证路面基本不透水是至关重要的，尤其是对SMA路面结构类型，保证路面基本不透水是该结构能否成功的关键。因此，从提高路面的耐久性能出发，应将路面抗渗性能作为一个重要的指标来控制，尤其是沥青混合料应从原材料的选择、配合比的确定到施工中摊铺与碾压的控制都至关重要。
3.1 从提高沥青的性能着手
积极改善沥青的路用性能，尤其是黏附性有利于提高抗渗性。采用改性沥青、掺加抗剥离剂，在矿粉中掺加一定量的水泥或磨细生石灰粉，对抵抗剥离以提高沥青混合料水稳定性都有明显效果，但应注意不同抗剥离剂与各种石料之间的匹配问题。当选用掺加水泥或消石灰时，应注意确保施工实际掺加剂量的准确性。
３。２选择适当的级配范围
从选择适当级配上考虑，提高沥青用量及提高4.75 ｍｍ～9.5 ｍｍ规格集料的用量相应地都可以提高混合料的抗渗性，但应考虑其高温稳定性能指标能否达到要求。
４路面结构内部排水设计中应重视的问题
对于渗入路面结构的自由水，必须通过设计使之迅速向下或两侧渗漏而排走。
（１）对于设置路面边缘排水系统的路段，为使结构内的水能自由排入边部纵向集水沟，应在非超高路段的路缘石（路肩处）上每隔50ｃｍ～100 ｃｍ预留ｄ10ｃｍ的半圆孔洞；在超高路段则应在超高段中央分隔带集水沟侧面设置相应孔洞。
（２）对于沥青混凝土路面所设的排水基层，通常选用沥青处置开级配碎石。考虑到该结构层为骨架空隙结构且经常受水的侵蚀，因而耐久性较差，为此，必须提高其沥青与矿料之间的黏附性和抗剥离性能。如条件允许，尽量采用干燥的磨细消石灰粉或水泥作为填料的一部分，其用量为矿料总量的１％～２％，如条件不允许（许多地方的消石灰粉细度得不到保证），可采用掺加抗剥离剂的方法。
（３）应重视对下封层的设计和施工。下封层的主要作用是防止进入沥青混凝土路面的水分下渗到基层中。目前下封层通常采用层铺法施工的单层式沥青表面处置，这种方法方便快捷、施工容易，但无法有效阻止水分下渗的作用。因此，最好采用拌和法砂粒式沥青混凝土，既可对基层的平整度进行一次修正，又能有效阻止面层或透水基层中的水分侵入到基层中。或者在洒布透层沥青后，在基层顶面铺设有纺土工布，并用轻型光轮压路机来回碾压直至下面的沥青泛至土工布表面，实践证明，这种方法既可防止基层反射裂缝，又可起到防水作用，是一种较好的下封层形式。

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