多雨地區(qū)公路瀝青路面排水性能評(píng)定方法

摘要：公路瀝青路面排水性能好，可以保證車(chē)輛行駛的安全性。文章分析多雨地區(qū)公路瀝青路面的排水性能，提出一種多雨地區(qū)公路瀝青路面排水性能的評(píng)定方法。該方法以瀝青、纖維穩(wěn)定劑和集料為實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)公路瀝青路面，通過(guò)構(gòu)建排水計(jì)算模型，制訂公路瀝青路面的滲水實(shí)驗(yàn)方案和公路瀝青路面排水特性實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，OGFC-12和OGFC-15級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面的排水性能優(yōu)于SUB-10、SUK-10和 MC-10級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面，對(duì)于SUB-10、SUK-10和 MC-10級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面而言，其橫向排水性能優(yōu)于豎向排水性能，橫向排水在多雨地區(qū)公路瀝青路面中起到主要排水作用。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；多雨地區(qū)；排水性能；滲水速度

中圖分類(lèi)號(hào)：U416"""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""""" 文章編號(hào)：1674-0688（2024）01-0091-04

0 引言

常規(guī)的密級(jí)配瀝青混凝土路面構(gòu)造較緊密，滲透性不強(qiáng)，路面的排水以地表的徑流為主。在公路瀝青路面上，道路上的雨水會(huì)生成一種特殊的水膜，造成水漂現(xiàn)象。汽車(chē)在高速行駛時(shí)，車(chē)輪上的雨水因強(qiáng)烈的光線照射引起水霧，產(chǎn)生“耀眼”現(xiàn)象，對(duì)司機(jī)的駕駛安全造成很大的威脅。在多雨的區(qū)域，如果公路瀝青路面具有很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗滑特性，其內(nèi)部有較大的孔洞，可以快速排出路面的雨水，就可以降低道路上的水膜厚度，使輪胎與道路的接觸面積增大，防止車(chē)輛在高速運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)水漂現(xiàn)象，降低因車(chē)輪飛濺形成的水霧，從而提升行車(chē)的安全性。趙靜等［1］以瀝青路面性能評(píng)價(jià)的合理性為目的，將支持向量機(jī)應(yīng)用到瀝青路面性能評(píng)價(jià)中，根據(jù)交叉驗(yàn)證的原理，結(jié)合遺傳算法和粒子群算法，優(yōu)化影響路面性能評(píng)價(jià)模型精度的核函數(shù)參數(shù)和懲罰參數(shù)。曹明明等［2］針對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的病害，通過(guò)測(cè)試過(guò)渡層級(jí)配碎石試件的滲水系數(shù)，研究路面的排水性能；利用重力擊實(shí)的方法制備過(guò)渡層級(jí)配碎石試件，通過(guò)路面滲水儀測(cè)試試件的滲水系數(shù)，并分析影響試件滲水性能的因素。結(jié)果顯示，與4.75 mm以上篩孔相比，4.75 mm以下篩孔的通過(guò)率對(duì)試件滲水系數(shù)的影響更大，應(yīng)將級(jí)配碎石空隙率控制在13%～15%。基于以上研究，本文分析與評(píng)價(jià)多雨地區(qū)公路瀝青路面的排水性能，旨在提高多雨地區(qū)車(chē)輛行駛的安全性。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)以80#基質(zhì)瀝青材料作為瀝青路面的鋪設(shè)材料，其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

使用纖維穩(wěn)定劑可以適當(dāng)提高公路瀝青路面的多方面性能［3］，本實(shí)驗(yàn)以木質(zhì)素纖維作為纖維穩(wěn)定劑，其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

本實(shí)驗(yàn)以石灰石為粗集料，石灰?guī)r機(jī)制砂為細(xì)集料，石灰?guī)r礦粉為填料［4］，并將3種不同等級(jí)集料的粒徑設(shè)置為15 mm。多雨地區(qū)公路瀝青路面以O(shè)GFC（開(kāi)級(jí)配抗滑表層）粗集料為主［5-6］，為了與3種不同等級(jí)的集料形成對(duì)比，將OGFC粗集料的粒徑設(shè)置為12 mm。本文以5種不同級(jí)配的瀝青混合料為研究對(duì)象，評(píng)定多雨地區(qū)公路瀝青路面的排水性能，集料的級(jí)配參數(shù)見(jiàn)表3。

1.2 瀝青混合料的用量

采用表3中5種集料配級(jí)的瀝青混合料，結(jié)合Marshall（馬歇爾試件成型方法）的配合比對(duì)公路瀝青路面進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到5種級(jí)配類(lèi)型不同粒徑的集料在混合料總量中的質(zhì)量百分比分別為4.13%、4.39%、5.07%、4.26%和3.97%。

1.3 滲流計(jì)算模型

本文選擇單坡面邊緣的排水方式作為計(jì)算模型［7］分析公路瀝青路面的排水能力，排水計(jì)算模型見(jiàn)圖1。利用三維滲流有限元模型對(duì)公路瀝青路面的設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算值進(jìn)行模擬，評(píng)定公路瀝青路面的排水性能。

1.4 實(shí)驗(yàn)方案

1.4.1 滲水實(shí)驗(yàn)

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 032—94）制作公路瀝青路面試件，試件成型后冷卻至室溫并脫模，撕掉試件表面的隔層紙。利用5種集料級(jí)配類(lèi)型的瀝青混合料分別制作3個(gè)平行的公路瀝青路面試件，采用公路瀝青路面滲水儀（結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2）在車(chē)轍板上進(jìn)行滲水實(shí)驗(yàn)。

1.4.2 排水特性實(shí)驗(yàn)

為真實(shí)地反映公路瀝青路面試件的排水情況，采用自制的滲水儀測(cè)試試件的排水特性［8］，采用大型的Marshall試件，將水量梯度分別設(shè)置為100 mL、200 mL、300 mL、400 mL、500 mL 、600 mL，測(cè)試不同試件在不同水量下的滲水情況及滲水時(shí)間差。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 滲水實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，對(duì)不同集料級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面試件進(jìn)行滲水實(shí)驗(yàn)，不同集料級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面試件的滲水實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

根據(jù)圖3可知，5種集料級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面試件中，排水性能從低到高依次為SUB-10lt;SUK-10lt;MC-10lt;OGFC-12lt;OGFC-15。其中，SUB-10、SUK-10和 MC-10三種集料級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面的底部均出現(xiàn)了少量的滲水現(xiàn)象，滲水系數(shù)比較接近，均在60 mL/min以下。由于SUB-10、SUK-10和 MC-10具有空隙上部多、下部少的分布特征，因此大多數(shù)水分都是橫向滲出。OGFC集料級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面試件在滲水系數(shù)方面明顯高于上述3種集料級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面試件，說(shuō)明OGFC中較大的內(nèi)部空隙可以提高其排水性能。OGFC-12和OGFC-15均有20%的空隙率，但OGFC-15的排水性能高于OGFC-12。由此可以得出結(jié)論：當(dāng)公路瀝青路面的空隙率相同時(shí)，其排水性能會(huì)隨著瀝青路面粒徑的增大而增強(qiáng)，其主要原因在于，隨著瀝青路面粒徑和粗集料摻量的增加，在粗集料支撐體的互相嵌擠作用下，公路瀝青路面試件的內(nèi)部連接空間增大，路面的排水性能得到提高。OGFC-15的顆粒尺寸比OGFC-12大，所以O(shè)GFC-15的孔隙更多，孔隙長(zhǎng)度也更長(zhǎng)。綜上可知，影響公路瀝青路面排水性能的因素包括集料級(jí)配類(lèi)型、空隙分布特征、空隙率以及粒徑和顆粒尺寸。

2.2 橫向排水和豎向排水特性實(shí)驗(yàn)

采用自制的滲水儀測(cè)試公路瀝青路面的橫向排水和豎向排水特性，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4和圖5。從圖4可以看出，在豎向滲水速度測(cè)試中，與SUB-10、SUK-10和 MC-10相比，OGFC-12和OGFC-15的滲水速度更快。SUB-10、SUK-10和 MC-10的豎向滲水速度比較接近。當(dāng)公路瀝青路面的水量較少時(shí)，OGFC集料級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面的滲水速度呈現(xiàn)迅速增大的趨勢(shì)，但是當(dāng)水量過(guò)多時(shí)，路面滲水速度逐漸變慢，呈現(xiàn)平穩(wěn)變化的趨勢(shì)。

由圖4和圖5可知，與豎向滲水速度相比，橫向滲水速度更快。對(duì)于OGFC集料級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面，橫向滲水速度和豎向滲水速度變化趨勢(shì)比較接近，原因是OGFC集料級(jí)配類(lèi)型的公路瀝青路面的空隙較大，而且在橫向和豎向的分布比較均勻。

2.3 整體滲水實(shí)驗(yàn)

在不同的水量下，公路瀝青路面的整體滲水速度如圖6所示。根據(jù)圖6可知，隨著水量的增加，公路瀝青路面的整體滲水速度越來(lái)越快。對(duì)于OGFC類(lèi)型公路瀝青路面而言，當(dāng)水量小于400 mL時(shí)，滲水速度急速加快，但當(dāng)水量大于400 mL時(shí)，滲水速度變化趨于平穩(wěn)。SUB-10、SUK-10和 MC-10隨著公路路面水量的增加，滲水速度越來(lái)越快，由此可見(jiàn)，OGFC-12和OGFC-15的排水性能更好。

2.4 橫向滲水和豎向滲水與整體滲水情況分析

在不同的水量下，統(tǒng)計(jì)公路瀝青路面橫向滲水、豎向滲水和整體滲水情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖7。從圖7的結(jié)果可以看出，對(duì)于OGFC-12和OGFC-15，當(dāng)水量小于400 mL時(shí)，其滲水速度的增加幅度較大，當(dāng)水量大于400 mL時(shí)，滲水速度的變化趨于平穩(wěn)。OGFC的橫向和豎向的滲水速度變化比較接近，隨著路面粒徑的增大，公路瀝青路面的滲水速度均加快。MC-10在整個(gè)滲水過(guò)程中的橫向滲水速度大于豎向滲水速度，說(shuō)明MC-10主要通過(guò)橫向滲水實(shí)現(xiàn)排水。隨著公路路面水量逐漸增加，MC-10豎向滲水速度逐漸加快，說(shuō)明多雨地區(qū)公路瀝青路面中，路面的水壓力比較大，提高了路面的豎向滲水能力。對(duì)于SUB-10和SUK-10而言，其豎向滲水速度低于橫向滲水速度和整體滲水速度，主要是通過(guò)橫向滲水實(shí)現(xiàn)排水。

3 結(jié)語(yǔ)

為解決多雨地區(qū)公路瀝青路面經(jīng)常出現(xiàn)積水的問(wèn)題，本文提出一種路面排水性能評(píng)定方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，OGFC-12和OGFC-15在多雨地區(qū)具有更好的排水性能，SUB-10、SUK-10和 MC-10的橫向排水性能優(yōu)于豎向排水性能。因此，在多雨地區(qū)采用OGFC-12和OGFC-15以及注重橫向排水設(shè)計(jì)，可以提高公路的排水性能，進(jìn)而提高車(chē)輛行駛的安全性和穩(wěn)定性。在今后的研究中，還可以引入圖像處理技術(shù)，分析公路瀝青路面空隙的空間分布特點(diǎn)，根據(jù)空隙率與滲透系數(shù)之間的關(guān)系，評(píng)定多雨地區(qū)公路瀝青路面的排水性能。

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【作者簡(jiǎn)介】談?dòng)鹈鳎校瑥V西昭平人，工程師，研究方向：道路工程。

【引用本文】談?dòng)鹈?多雨地區(qū)公路瀝青路面排水性能評(píng)定方法［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（1）：91-94.