AASHTO 2002高速公路路面结构层防排水系统设计.pdf

2 0 0 9 年第 1 期 广 东 公 路 交 通 g u a n g d o n g g o n g l u j i a o t o n g 总第 1 0 6 期 文章编号： 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 0 9 ) 0 1 0 0 1 7 0 3 a a s h t o 2 0 0 2高速公路 路面结构层防排水 系统设计 舒翔，陈少幸 编译 ( 广东华路交通科技有限公司， 广州5 1 0 4 2 1 ) 摘要： 水损坏已经成为南方多雨地区的最主要病害之一。引起水损坏的原因为多方面， 既有沥青面层的施工质 量、 原材料以及车辆超载等原因， 也有路面结构防排水系统设计的不完善。介绍美国a a s h t o 2 0 0 2路面结构层 防排水系统设计理念， 以供同行共同学习、 探讨。 关键词 ： 高速公路 ；路 面 ；排 水 系统 ；设计 中图分类号： u 4 1 6 2 文献标识码： c 0 引言 早在1 8 2 0 年， 约翰麦克亚当就指出， 不管路面 结构有多厚， 在路基浸水饱和的状态时， 许多道路 都会迅速恶化。今天， 人们普遍认识到， 当货车交 通量大时， 用湿度敏感 的材料建成 的道路 ， 路 面层 过多的水分会缩短道路的使用寿命， 0 c以下的气 温也影响渗透材料的持久性。 路基和路面结构的水分来 自不同的地方， 如 图 l 所示。由于毛细作用或水 汽运动 ， 水可能从 较高的地下水处往上渗透到路面， 也可能从路边 和边沟侧向渗透到路面。特别是 已退化的旧路 面， 水分的另一个来源是雨水和融水通过接缝处、 裂缝、 路肩边缘以及其他各种缺 口而造成的地面 渗透。一些研究表明， 高达 4 0 的雨水都会渗透 到路面结构 。 通过路表缺陷 渗透 图 1 路面系统的水分来源 长期浸透过量的水分会造成以下三大类问题： ( 1 ) 如果路面层和路基浸透水并长期保持渗 透状态 ， 会造成软化现象。 ( 2 ) 与水分的相互作用， 会造成材料质量退化。 ( 3 ) 水分渗透会对路面层之间的粘接造成损 伤。 路面水损坏 有两种 形式 ： 一是水分 直接造成 的损伤， 二是水分加速恶化的损伤。水分造成的 损伤是那些主要 由水分导致的损伤， 如柔性路面 的沥青剥落和刚性路面的 d一 开裂。水分加速恶 化的损伤是主要由其他因素( 例如， 交通负载) 造 成的、 但水分会加速其恶化的损伤。大部分路面 损伤都会因浸水而恶化。因此 ， 如果渗人到路面 的水能得到适当的处理， 就有可能通过减少损伤 发生率， 延长路面的使用寿命。 1 结构层排水系统术语 1 1 透水基层 透水基层是开级配排水层， 它具有典型的实 验室渗透值 ， 可达每天 1 0 0 0英尺或 以上。透水基 层的主要功能 为在 一定 的时间范 围内， 往道路边 缘横向移动排水， 从而去除渗透到路面的水。排 水通道 和水 力梯 度取 决 于路 面 的几何 条件。因 此， 就其定义来看， 当垂直排水在路基中受水力传 导性低的材料影响而不能进行时， 可以使用透水 层来达到排水的 目的。透水基层的形式通 常有三 种， 分别为级配碎石基层、 沥青稳定碎石基层以及 水泥处治透水基层。 1 2 隔离层 隔离层位于透水层和路基之间或者其他的下 1 7 2 0 0 9 年第 1 期 广东公路交通 总第 1 0 6 期 卧层 ， 是一个用 ( 处理过或未处理过的) 集料材料 做成的不透水层或土工布层。 隔离层有三个主要功能： 第 一， 隔离透水层和 路基 ， 防止这两层混杂 ； 第 二 ， 形成一不透水 障碍 层， 把透水层的水水平地转移到路面边缘； 第三， 支持施工交通车辆荷载。 1 3 边缘排水 边缘排水由沿着路面铺设的纵向排水管组 成。路面一侧 与路肩接缝 的邻接处会挖有 沟渠， 这些管道就埋在沟渠底 部向上 5 c m 的地方 ， 用于 收集路面结构层流 出的水并 把它们引到出水 口。 边缘排水和预制 的复合土工排水是两种最常用 的 边缘排水方法。管道 排水 在抗压 方面有 很大优 势， 如果管道能够经得起施工过程中的荷载作用， 那么完工以后也不会被压毁。边缘排水道要依据 相关的规范建造 。出于维护 保养 的考虑 ， 边缘排 水管道的最小直径要达 l o c m， 并且要 能排出路面 横截面的流入水量。 1 4 出水管 出水管是把边缘排水管 的水输送到边沟里的 短管 ， 推荐用非预制构件 的金属或平滑坚硬的管 道制作。用作出水 口的管道必须要足够坚硬， 能 够承受施工和 日后维护的交通荷载。由于 日后要 维护保养， 管道 的最小直径最好要有 l o c m。纵 向 边缘排水管和出水管 的衔接要能让水 自由流动 ， 并且方便检查和维护。 1 5 端墙 用硅酸盐水泥制作的端墙， 通常把排水的出 水管覆盖住， 可以防止 日常路旁维修活动对它们 造成的潜在损害。端墙还可以防止边坡溜塌， 也 可用于帮助给出水管道定位 。设立 的端墙应该与 路堤的坡面齐平， 这样 日常的维修活动就不会受 到影响。端墙推荐使用可移动的带啮的筛子， 可 以防止小动物进入出水管。 1 6 边沟 边沟的作用是把 出水管排出的水疏导出路 面， 这是地面排水和地下排水常用的方式。边沟 的纵坡坡度应在 0 o 0 5 m m以上 ， 并且需要一个足 够的自由边界才能保证有效。 1 7 雨水下水道 在城市地区不能在公路两旁挖边沟， 就需要 建造雨水下水管道来排出地面和地下 的水和其他 物体。 1 8 1 8 敞开式排水 在敞开式排水路段 ， 基层和底基层 的边缘是 暴露在外 的， 层间的水 可 以直接流到边沟。这种 设计的概念与“ 浴盆形 ” 路段是相对立的。 2 结构层排水的方案 不同的设计会有不 同的结构层排水方案可 以 选择。这些方案 的复杂 程度 和所需成 本各不相 同 ， 从与纵 向边缘排水道和 出水管道 连接的开级 配排水层 ， 到 只是设置 敞开式 的密集 级配基层。 但是， 不是所有 的方案适用于所有 的路面设计状 况。下面介绍一些比较常用的排水选择方案和这 些方案在不同环境下 的适用性。 2 1 采用边缘排水管的透水基层系统 ( i a 型 ) 由于包含 了大部分 的排水 系统要素 ， 透水基 层系统是最完整的结构层排水选择方案。该系统 由一透水基层 、 一个 隔离层、 边缘排水管、 出水 e l 、 端墙以及一边沟或雨水下水管组成， 布局如图2 所示 。在本设计 中， 路 面浸 的水在透水层或隔离 层界面就会偏转流向， 水平通过透水层流去边缘 排水管和 出水 口， 而不会 垂直流到路基里面。这 个设计方案主要用于初建或重建工程。本设计要 用到边缘排水管道是 因为这些管道的液压力够 强， 可以承受透水层大量流出物的压力， 也可以通 过录像设备进行检查， 方便维修。边缘排水道设 在用土工 布包裹着 的沟渠里 ， 以防止周 围的细粒 料进入管道。隔离层可 以用 细粒料做 ， 也 可以用 土工布做， 或者用这两者混合做成。填充材料的 渗透性要大于或等于透水层的渗透性。 图 2 采用边缘排水管的透水基层系统 2 2 全宽式透水基层排水系统 此设计与 i a 型相似， 不同的只是增大了透水 层的面积， 在边沟加了明管， 如图3所示。在路面 纵坡平坦， 横坡控制地下排水的情况下可使用此 系统。图中所示的土工布隔离层是用于保护透水 层不受路堤土壤的影响。要保持这个系统的良好 性能， 关键是维护好装有明管的基层边缘。 在建造明管透水层系统的时候， 需要注意不 要出现逆流现象 ( 例如水从边沟逆流到路面结 2 0 0 9 年第 1 期 舒翔， 陈少幸a a s h t o 2 0 0 2 高速公路路面结构层防排水系统设计 总第 1 0 6 期 图3 全宽式透水基层排水系统 构) 。把前面提到的 1 0年 沟渠流量设计 的透水层 底部建成 1 5 c m厚或以上 ， 就可 以防止逆流。 2 3 带边缘排水管的不透水基层排水系统( a型) 如果有不透水基层( 例如热拌沥青混合料层或 l c b层 ) 的路段配有纵向边缘排水管 ， 该路段就可 以认为是部分排水系统了。边缘排水道设在由开级 配材料填充的沟渠里。图4是此设计的一个略图。 图 4 带有边缘排水管 的不透水 基层 级配碎石基层是此设计 中的主要 部分 ， 它可 以大大减少经处理路层下的冲蚀。“ 不可冲蚀” 指 的是持久性的沥青处理层或水泥处理层 。边缘排 水管是用于储积通过车道或路肩接缝处和地面裂 缝进入路面的水， 并把这些水疏导到出水 口和边 沟里。填充材料应该要能让水 自由穿流。对于那 些已经( 或将会) 受水害影响而道路使用期限的新 建、 重建或者修复工程， 本设计是个很好的选择。 2 4 带边缘排水道和多孔性混凝土路肩的不透 水基层排水 系统 ( i i b型 ) 本设计包括一个位于道 路下 的不透水基层和 一 个位 于路 肩下面配 有边缘 排水 管 的多孑 l 混凝 土， 如图5 所示。本设计与 i i a 型设计的不同点只 是边缘排水沟所用的填充材料不一样。这里填充 沟渠所用的水泥稳定材料可以更好地支撑路肩， 并且可以减轻路肩的沉陷。然而， 使用这个设计 会增加建设成本。 图5 带边缘排水道和多孔性混凝土路肩的不透水基层排水系统 2 5 敞开式密集级配集料基层排水系统 ( i i i 型 ) 本设计主要是关于一个密集级配集料基层 ( d g a b ) 上的路面。d g a b直接敞开与边沟连接 起来。尽管这不是一个首选方案， 但此设计优于 建造“ 浴盆形” 路段的设计 ， 因为它对于粒料垫层 路基界面的渗流有排水减压 的作用。带 敞开式密 集级配集料基层曾被用于 a a s h o道路测试中的 p c c路面下， 并在 h m a路面下也得到成功的应用。 3 结论 本文通过对路面结构层排水系统的阐述， 显 然， 广东省路面结构的防排水设计是远远不够的， 路面结构层防排水一方面要加强防水， 防止雨水 下渗； 另一方面要加强下渗雨水的排出。而广东 省的路面结构设计时往往 比较重视防水， 而不重 视排水设计。往往路面结构层不渗水是不可能 的， 因此 ， 导致 路 面 的水 损 坏非 常严 重。a a s h t o 2 0 0 2排水设计指南对于指导广东路面结构的防 排水设计是非常有意义的， 值得我们借鉴。 编译 自： g u i d e f o r t h e me c h a n i s t i c e m p i ri c a l d e s i g n o f ne w a n d re h a b i l i t a t e d pa v e me n t s t r u c t u r e s ， 2 0 0 2 ( 收稿 日期 ： 2 0 0 81 21 0 ) p a v e me n t s t r u c t u r e la y e r dr a i n a g e s y s t e m de s i g n o f hi g h wa y i n aas hto 2 0 0 2 s hu n 凡 g，c he n s h a ox i n g (g u a n g d o n g h u a l u c o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g y c o ， l t d ， g u a n g z h o u 5 1 0 4 2 0 ， c h i n a ) ab s t r a c t ：wa t e r d a ma g e i s o n e o f ma i n d i s e a s e i n s o u t h r a i n y r e g i o n a p p a r e n t l y ，i t h a s ma n y a s p e c t s t o c a u s e w a t e r d a ma g e w h i c h i n c l u d e s c o n s t r u c t i o n q u a l i t y o f asp h a l t p a v e me n t ；r a w a n d p r o c e s s e d ma t e rials ；o v e r l o a d i n g o f c a r s a n d f a u l t i n e s s o f d e s i g n o n d r a i n age s y s t e m o f p a v e me n t s t r u c t u r e t h i s p a p e r i n t r o d u c e s d e s i gn