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)，無法充分補充地下水，同時加重了市政排水的處理負擔。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)目標具有重要作用。進入新時期之后，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

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，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，它們的滲排水機理介紹如表1所示。

表1 生態(tài)型透水瀝青路面滲排水機理列表

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?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：當含砂量超過25%時，滲透能力較好；當含砂量低于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。

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)強度基本可以滿足要求，機動車道需要通過承載性驗算確定。

3.4 經(jīng)濟性

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)標準《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，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。