透水路面课件

透水沥青路面研究1.绪论

存在的问题

绝大多数的城市道路、广场、商业街、步行道、停车场、小区和公园道路广泛使用密级配沥青混合料、水泥混凝土和花岗岩、大理石等材料，城市地表逐渐被不透水面层覆盖。

地面 潜水面

图城市地下水漏斗城市地下水位下降

图华东（苏锡常地区）地下水漏洞•损害了城市的水平衡•影响了城市地表植物的生长•破坏了城市地表的生态平衡•地层下陷排水设施基基层层概念

透水沥青路面-指由较大空隙率混合料作为路面结构层、允许路表水进入路面（或路基）的沥青路面结构的总称。封层 封层路溢流口 排水设施

排水设施面面层基层

垫层路基基路表路表由基后由面层排出并引到邻层（或垫层）排出并引

根据其透水（排水）特点和适用场合等条件，分为三种类型:Ⅱ型-Ⅰ型-Ⅲ型-路表水进入路面后直接进入路基到邻近排水设施优点透水沥青路面的优点图降噪效果图反光对比图水雾对比研究内容•透水沥青路面材料组成设计•透水沥青混凝土配合比设计•透水沥青混凝土性能研究•透水沥青路面结构设计•透水沥青路面透水设计与评价2.透水沥青路面材料组成研究透水沥青面层

多孔沥青混合料多采用高粘度沥青作为结合料,可以通过掺加高粘度改性剂或使用SBS改性沥青掺加高粘改性剂、SBS改性沥青掺加纤维（木质素或聚酯纤维）、在沥青或改性沥青中掺加15％～20％废旧轮胎粉、在沥青中掺加EVA或橡胶等多种提高沥青粘度的方法。

透水垫层/过滤层

通常由粗砂、小颗粒集料或者土工织物构成，具有过滤功能和足够的透水能力：•防止土颗粒通过泵吸作用进入基层或底基层；•改善路基温湿特性；•为透水基层和其它层提供稳定的施工平台；•分散传至土基的荷载，使其不产生过量的变形。/％空隙率空隙率/%R=0.8962R=0.9502R=0.8744R=0.9326R=0.9312

级配设计方法及优化

PAC-10、PAC-13及PAC-19混合料中，2.36mm筛孔通过率同混合料的空隙率相关性良好，通过改变2.36mm筛孔的通过率调整混合料的空隙率。 对于PAC-13，当2.36mm筛孔通过率增大3％时，混合料的空隙率相应的减小约2％；反之，混合料的空隙率相应的增大约2％。y=-0.6628x+31.121

2y=-0.987x+30.699

2y=-0.7896x+35.145R2=0.972110161319222512156918212.36mm筛孔通过率/%线性(PAC-19)线性(PAC-13)线性(PAC-10)y=-0.6021x+32.3572y=-0.667x+31.191

2y=-1.109x+33.779

216.018.020.022.024.06.016.021.026.011.0筛孔通过率/%4.75mm2.36mm1.18mm级配设计方法及优化

在级配设计中，PAC中粗集料含量大，一般都能形成 骨架结构。不同比例的粗集料含量所形成的骨架空隙结构 的力学性能和稳定性差异很大，采用离散单元方法（DEM） 建立数字模型对PAC的粗细级配结构评价。细型级配粗型级配级配设计方法及优化细型级配粗型级配混合料指标试验结果细型级配

-1DS/mm·次5546最终变形深度/mm2.8粗型级配

-1DS/mm·次7132最终变形深度/mm1.6级配设计方法及优化

在相同的空隙率和加载条件下，偏粗型级配的PAC结构中，荷载主要通过骨架结构竖向传递，侧向滑移不显著，承载能力更高，抵抗局部荷载变形的能力更强，混合料的骨架结构更稳定。相同空隙率、油石比条件下，粗细两种级配的PAC车辙试验结果飞散损失/％析漏损失/％181512 9 64.04.55.05.56.0飞散0.50.40.30.20.14.04.55.05.56.0析漏

油石比/％OACmin的确定

油石比/％OACmax的确定最佳沥青用量确定

现行方法是通过析漏和飞散曲线的“拐点”，确定最 佳沥青用量。在分析总结了国外现行方法基础上，针 对性提出了一套确定最佳沥青用量的新方法。OAC=OACmin+0.75(OACmax−OACmin)4.透水沥青混凝土性能研究变形深度/mm变形深度(mm)水热综合性能评价－Hamburg浸水车辙

最终变形－水热综合性能、耐久性 蠕变斜线－高温性能 剥落斜线－水稳定性-10-8-2-4-6002000400060008000100001200014000160001800020000作用次数/次PAC-13-11-12

-8 -9-10-2-3-4-5-6-7

0-102000400060001200014000160001800020000

作用次数(次)800010000SMAAC-13(SK-70基质沥青)ATB-30(SK-70基质沥青)AC-13(SBS改性沥青)SuperPave-13材料级配设计合理的PAC在重复荷载作用下的水-高温综合性能良好未浸水3浸水10天y=-4.3801x+4.1724

2

R=0.967y=-4.3939x+4.1174

2

R=0.9746y=-4.3972x+4.1298

2

R=0.9891未浸水浸水10dy=-4.3801x+4.1724

2

R=0.967y=-4.3924x+4.1239

2

R=0.9867R=0.9867R=0.94R=0.988R=0.97712.5疲劳特性

5.0 4.5 4.0 3.5 3.0-0.2-0.1-0.10.00.10.20.20.3

0.1lgσty=-4.7923x+3.9935

2y=-4.6946x+3.682422.53.04.03.54.50.20.1-0.2-0.10.3未浸水浸水10d0.0

lgσt3.03.54.04.5-0.10.00.20.3

0.1lgσty=-4.3924x+3.9441

2y=-4.4141x+3.909723.03.54.04.5-0.2-0.10.10.2未浸水浸水10d

0.0lgσt

合适的油石比时，PAC经历3～10天的浸水后，疲劳性能没有显著降低。5.4%油石比4.8%油石比4.2%油石比热导率W/(m·k)比热容J/(kg·K)热扩散率×10（m/s）2热导率W/(m·k)-6/(W⋅(m⋅k)/(J⋅())kg⋅K热物性指标

PAC AC)

比热容c

−1853.350853.333热导率k

−1

1.765 2.199

热扩散率α/(k×10−6(m2s))

0.985 1.097热物特性

表PAC、AC的热物性数值计算结果1.92.12.320%1.72.11.91.7 0%5%10%15% 沥青混凝土空隙率%

图空隙率同热导率的关系2.30%5%10%15%20%25%透水沥青混凝土密级配沥青混凝土

含水率%图不同含水率时的热导率500.01000.01500.0透水沥青混凝土0.01.00.5

密级配沥青混凝土 0.0 0%5%10%15%20%25% 含水率%图不同含水率时的比热容1.50%5%10%15%20%25%透水沥青混凝土密级配沥青混凝土

含水率%图不同含水率时的热扩散率PAC热阻性能较好，可阻止和延缓高温季节道路表面的高温向路面内部的传递，从而提高路面的热稳定性能，增强路面对气温荷载变化的抵抗能力，有效延长路面的使用寿命。5.透水沥青路面结构设计结构设计透水性沥青路面结构上分为面层、基层和垫层。面层一般采用透水沥青混凝土；

透水基层（Ⅱ型、Ⅲ型）在面层下，一方面参与路面结构的承载，具有力学强度，另一方面作为暂时的储水层；垫层（Ⅲ型），防止路基细颗粒堵塞透水结构层；当路基土渗透性一般如粘性土，为了改善土基的温湿状况，提高路面结构的水稳性和抗冻胀能力，则应当设置砂垫层。结构层材料弹性模量

/MPa泊松比透水沥青混凝土7000.25大空隙沥青稳定碎石7000.25多孔水泥稳定碎石20000.25级配碎石3000.25砂垫层800.35路基土（砂性土）400.35路基土（粘性土）250.35无机结合料稳定碎石基层15000.25无机结合料稳定土底基层8000.25表路面结构材料计算参数

结构设计透水沥青路面设计指标：•土基顶面压应变•路表弯沉（参考）•面层和基层材料层底拉应力•面层表面轮载边缘处的剪应力图路面结构有限元计算模型

透水沥青混凝土5~10cm大空隙沥青稳定碎石基层10~12cm

半刚性基层18~30cm

半刚性底基层

18~20cm

适用道路等级：支路、 次干路 交通等级：中交通累积轴载：400~1200万次

透水沥青混凝土10~12cm大空隙沥青稳定碎石基层12~15cm

半刚性基层30~36cm

半刚性底基层

20~30cm适用道路等级：次干路、 主干路路面交通等级：重交通累积轴载：1200~2500万次结构厚度不同交通量条件下Ⅱ型透水沥青路面结构厚度推荐6.路面透水设计与评价雨水入渗的物理过程STEP1降雨过程初期，路面结构的浸润STEP2路基土的初始渗透STEP3降雨在路面结构中的蓄积STEP4蓄积在路面结构中雨水的排出时间序列

min

降雨强度mm/10min累积雨量

mm100.3480.348200.3510.699300.3551.054400.3591.413500.3621.7757003.89256.3517105.45361.8047209.66071.46473016.25987.7237406.93094.6547504.52799.18114000.364151.86114100.360152.22114200.357152.57814300.353152.93114400.350153.280总降雨量：153.28mm平均雨强：6.39mm/h降雨强度mm/10min(t+b)∫0i()tdt(t+b)降雨过程模型167A1(1+ClgP)

cq=ciavg=

a(t+b)1ttiavg=a⎡⎣(1−c)t+b⎤⎦

c+1i(t)=201510 5 00246810121416182022时间/h

图降雨强度过程曲线分布（北京－重现期5年－降雨历时24小时）水附着率/%44.101270.90VV连通=0.6888VV+1.8955R=0.99120.14路面降雨入渗模型•结构层材料的水附着率•降雨历时和暴雨重现期•连通空隙率•渗透速率21.51.31.920.0空隙率/%暴雨重现期

/年降雨历时

/h最集中150min雨量

/mm累积雨量

/mm11245.240.1179.7524

0.07y=0.8826Ln(x)-1.090497.832122456.30

1.754.890.08

99.23121.7151016.018.02469.111281.930.170.110.20

22.024.0

124.96

153.28

144.4426.028.02479.860.12177.16平均暴雨强度/mm⋅min-1路面降雨入渗模型透水沥青路面降雨入渗计算流程Ⅲ型路面透水模型Ⅲ型透水沥青路面可以补充地下水，同时结构的储水能力可缓解暴雨时城市排水系统的负担。

Ⅲ型路面透水设计目标为：路面透水结构具有足够的厚度，路基土材料具有良好的渗透能力，保证在降雨期间（给定的重现期和降雨历时）路表不会产生积水或出现雨水漫出，且路面结构内蓄积的雨水能够在降雨结束后较快的排除。储水层厚度的等效转化路基土中水的渗透速率降雨各时间段路面结构水位STEP1PAC水位峰值

降雨强度 路面结构中水位

STEP3STEP4空隙率20%

ATPB空隙率20%

级配碎石空隙率10%

STEP2100mm100mm路面结构中水位/mm降雨强度/mm•10min-1300mm201612 8 4 010110210310410510610710810910101011101210131014105004003002001000Ⅲ型路面透水模型

时间/min重现期为5年降雨历时24小时下的Ⅲ型透水沥青路面结构中水位及降雨强度图 总降雨量153.28mmPAC-16半刚性基层

ATPB透水基层封层Ⅱ型透水沥青路面典型结构半刚性基层 路基封层进水口集水管透水沥青上面层透水沥青下面层 透水基层透水沥青上面层

透水沥青下面层路基

透水基层半刚性基层 路基

集水管封层H0H d

Ⅱ型路面透水模型

Ⅱ型透水沥青路面透水功能的设计目标为：•要求路面结构具有足够的透水和排水能力，以保证在降雨时（不超过规定的重现期和降雨历时），路表不会产生积水或出现雨水漫出;•为有效降低暴雨时城市排水系统的负担，集水管排水量峰值同降雨强度峰值比小于0.5，即要求Ⅱ型透水沥青路面内部集水管的流量峰值不超过降雨强度峰值的一半。

透水沥青面层

PAC-1350mm强度/mm•10min-1路面结构中水位/mm70mm150mm0481612201011