透水瀝青路面結構與材料技術要求

章 毅，徐一峰

（上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200125）

0 引言

隨著近來頻繁出現的城市內澇現象，究其原因是因為隨著城市的發展，城市的地面逐漸被鋼筋混凝土結構和混凝土路面覆蓋。傳統瀝青路面結構中，面層主要采用密實和嵌擠兩大結構類型，結構層孔隙率一般保持在4%～6%。這類路面在保證結構層良好的力學特性、穩定性和耐久性之外，也可以避免雨水滲入鋪面層以下[1]。傳統路面排水多是利用路拱橫坡讓雨水流至窨井、排水管道或邊溝，通過溝渠和管道，將降水統一收集起來并排出，這種排水方法不僅增加排水設施的建設費用，而且改變了道路建設前的水文環境，造成地下水位降低、水量分配不均衡，甚至造成水質惡化、熱島效應等生態和環境問題。傳統的非透水路面已不適應城市生態環境的可持續發展要求。

為了緩解這一狀況，“海綿城市”的概念應運而生。“海綿城市”即通過“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種技術途徑，實現城市良性水文循環，提高對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放能力，維持或恢復城市的“海綿”功能[2]。2013年12月，習近平總書記在《中央城鎮化工作會議》中強調，“要建設自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。2016年1月，上海市為落實國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見，將在各區縣建設不少于1個海綿城市建設試點。

為滿足海綿城市建設的技術需要，國內外積極開展了透水性路面的研究和探索工作。在這種要求下，具有多孔構造的透水路面脫穎而出。多孔隙構造賦予這種材料良好的吸聲降噪效果，還具有減小路表徑流、蒸發降溫、補給城市地下水的優點[3] 。

1 透水瀝青路面分類

（1）透水瀝青路面I型（排水型透水路面）

對于該路面結構，路表水進入表面層后排入臨近排水設施。僅面層使用透水材料，基層采用瀝青類不透水材料或加設瀝青封層。雨水透過面層后，沿不透水基層頂面直接排出路基之外，路基不受路面滲水的影響，又叫排水型透水路面。

在國內，該結構形式用得最多，面層普遍使用的是OGFC瀝青混合料，該混合料可迅速將路表雨水排除，確保雨天行車時車輪與路面的接觸，還可以降低噪音，改善沿途環境[4]。

（2）透水瀝青路面II型（半透式透水路面）

對于該路面結構，路表水由面層進入基層（或墊層）后排入臨近排水設施。不僅面層為透水材料、基層亦為透水性好的級配碎（礫）石等，墊層則為瀝青砂等不透水材料，土基上方常加設非透水型防滲土工布。雨水依次透過面層、基層后，沿不透水墊層的頂面排出路基之外，路基亦不受路面滲水的影響，又叫半透式透水路面。

（3）透水瀝青路面III型（全透式透水路面）

對于該路面結構，路表水進入路面后滲入地基[5]。不僅面層、基層用透水材料，墊層亦為透水的砂墊層等，土基上方常設透水型土工網格布以提高承載力。雨水沿面層、基層、墊層一路下滲，最后滲入路基中。該路面結構允許水滲透進入地底下的路基當中，如果路基土的滲透性不好，那么滲透水就會滯留在路基當中，滯留的時間越長，則對路基強度會造成嚴重的影響。故該路面結構對路基土的滲透性有著一定的要求，一般要求路基土的滲透性大于7×10-5cm/s[6]，并且路基土在飽和狀態下仍能夠保持足夠的強度，以免結構遭到破壞，又叫全透式透水路面。

2 透水瀝青路面結構調研

透水瀝青路面結構通常主要采用兩種結構形式：一種是面層材料本身是大孔隙材料，自身可以透水，如全透水瀝青路面；另一種是材料本身不透水，但在鋪設時留有空隙或間隙，通過空隙透水，如透水磚路面。對于第一種，國外典型結構形式見表1。

表1 國外透水瀝青路面典型結構

國外透水瀝青路面結構中，滲透系數從上行下是增大的，或者下層的透水系數不小于上層，其中基層是主要儲水層，雨水由上部結構進入，在該結構層進行存儲，同時向下面結構層滲透。該結構水存儲量由結構厚度和空隙率的大小決定，當材料確定后，可根據當地降水量確定結構層厚度。

3 透水瀝青路面材料和要求

3.1 透水瀝青路面面層

面層透水瀝青混合料由以下幾部分組成：高粘度改性瀝青、粗集料、細集料、填料以及添加劑。高粘瀝青技術要求見表2，集料技術要求見表3，填料符合我國技術規范即可。在結構上，面層透水瀝青混合料是一種典型的骨架-空隙結構，與密實型瀝青混合料相比，粗集料用量較大，約占總質量的85%。該開級配結構空隙率可高達15%～25%，其滲透能力是一般亞黏土的60倍[6]。并且，空隙率對瀝青路面的高低溫性能、水穩性以及抗滑抗滲等性能影響很大[7]，在這么大的空隙下，且結構層材料需要長時間與水接觸，這些客觀因素都決定了組成該結構的材料需要有更高的性能才能保證路面的強度和正常使用。為了保證強度，在保證透水效果的情況下，可以盡量選用粒徑稍小的粗集料來提高材料強度；此外，應采用技術手段盡可能提高膠結料的性能[8]。

表2高粘度改性瀝青技術指標

表3 集料的主要技術指標

目前，我國有關透水瀝青路面有五部主要規范標準，包括交通部發布的《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2006）[9]和《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）[10]，城鄉建設部發布的《透水瀝青路面技術規程》（CJJ/T 190—2012）[11]，上海市地方規范《道路排水性瀝青路面技術規范》（DG/T J08-2074—2010）[12]、杭州市地方規范《透水瀝青混凝土施工規范》[13]。將五部規范標準關于透水瀝青混合料的路用性能技術要求總結于表4，其中《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2006）和《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中的透水面層瀝青混合料是指OGFC。分析表4可知：

（1）從指標類型來看，幾部技術規范中選擇的透水瀝青混合料技術指標基本一致，涵蓋了瀝青混合料的力學性能、高溫性能、水穩定性、透水性能等，均未考慮低溫性能。

（2）從各技術指標數值大小來看，建設部發布的行業標準、上海和杭州地方性規范，均是在交通部發布的《公路瀝青路面設計規范》和《公路瀝青路面施工技術規范》中OGFC技術要求的基礎上提高了標準。如：一般規范對馬歇爾穩定度指標要求為不小于3.5 kN，杭州市地方規范規定其值不小于4.5 kN，上海市地方規范要求其值不小于5.0 kN。動穩定度要求中，《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2006）和《透水瀝青路面技術規程》（CJJ/T190—2012）規定其值不小于3 000次/mm，杭州市地方規范要求其值不小于5 000次/mm，上海市地方規范要求其值不小于4 000次/mm。

實際工程表明，現有透水瀝青路面的路用性能遠大于規范要求值，技術規范標準缺乏控制作用。為此，長安大學同衛剛調查了國內25項工程和研究中涉及到的OGFC-13的路用性能，采用數理統計方法計算得到透水瀝青混合料的路用性能95%可靠度的下限值，見表5。

表5 可靠度為95%的透水瀝青混合料路用性能下限值

由表5可看出：

（1）調查的實際工程穩定度可靠度為95%的單側置信下限為4.26 kN，除交通部發布的兩部規范小于此限制外，其他三部規范均大于此限值，考慮上海地區實際情況，建議透水瀝青混合料穩定度不小于5 kN。

（2）調查的典型透水瀝青混合料動穩定度可靠度為95%的單側置信下限為4 395.04次/mm，考慮到上海地區夏季高溫天氣，建議上海地區透水瀝青混合料的動穩定度不小于4 500次/mm。

（3）典型透水瀝青混合料殘留穩定度可靠度為95%的單側置信下限為84.08%，由于上海屬亞熱帶季風性氣候，降水充沛，透水瀝青混合料的水穩定性要求宜高不宜低，因此建議上海地區殘留穩定度取值仍然取85%。

（4）上述調查中典型透水瀝青混合料凍融劈裂殘留強度比可靠度為95%的單側置信下限為78.98%，結合現有規范要求和區域氣候特點，建議上海地區透水瀝青混合料的凍融劈裂強度比不小于85%。

（5）調查資料表明，典型透水瀝青混合料低溫應變可靠度為95%的單側置信下限為2 572.84 με，根據上海地區近10 a冬季低溫數據，建議上海地區透水瀝青混合料的最大彎拉應變取2 500 με。

表4 透水面層瀝青混合料技術要求

綜合上述分析，提出了適用于上海地區的透水路面面層瀝青混合料路用性能技術要求，見表6所列。

表6透水瀝青混合料路用性能技術要求建議值

3.2 透水瀝青路面基層

透水性瀝青路面的基層主要考慮透水性能、承載能力和水穩定性，尤其是水穩定性，要保證在設計的儲水時間內強度衰減不大。因此，透水基層設計時一般需要滿足四個方面的要求：具有足夠的滲透能力，在規定的時間內能夠排出進入路面結構內的雨水；具有一定的穩定性，支撐路面的施工操作；足夠的儲水能力，暫時儲存未排出的雨水；具有足夠的強度以滿足路面結構的總體性能。

透水基層材料一般包括處治集料和未經處治集料，但是，未經處治的碎石集料在施工過程中變異性較大，易出現離析和推移變形[14]，因此作為透水基層時應慎用處治集料基層。為了保證穩定性，一般使用瀝青或水泥作為膠結料。目前來說，透水基層主要分為五類：開級配瀝青穩定碎石（ATPB）、大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）、透水性良好的級配碎（礫）石、多孔透水混凝土基層、水泥穩定碎石透水基層（CTPB）。

以開級配瀝青穩定碎石（ATPB）為例，建議滿足的技術要求見表7。

3.3 透水瀝青路面透水墊層

透水墊層介于透水基層與土基之間，可改善土基水溫狀況，提高路面結構的水穩性和抗凍脹能力，并擴散荷載，減小土基變形，擴大滲透面積，提高透水能力，還可以作為反濾層，防止土基材料進入透水基層。

透水墊層一般選用開級配集料，可采用粗砂、砂礫、碎石等透水性好的粒料類材料，通過0.075 mm篩孔顆粒含量不宜大于5%；其厚度一般為150～200 mm，重冰凍地區潮濕、過濕路段可為300～400 mm。當土基受凍脹影響較小、且為滲透性較好的砂性土或者底基層為級配碎石時可不設墊層。

表7 開級配瀝青穩定碎石技術要求

4 結 語

3類透水瀝青路面中，應用最為成熟和廣泛的是排水型透水路面，而真正意義上的透水路面是全透式透水路面，但現行研究大多處于初級探索階段，其設計理論與方法、結構材料選擇與應用、施工技術與后期養護等關鍵問題亟待深入研究。如能成功解決滲水蓄水-結構承載力-功能耐久性三方面要求，透水路面作為一種新型路面鋪裝技術，積極支撐起海綿城市建設與發展，必將取得顯著的環境和生態效益。