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摘要：随着我国社会经济的发展，公路交通建设有了很大进步，尤其是建设规模的日益扩大，不仅让人们的日常出行更加方便，也为各行各业尤其是商业带来了更大的发展空间。但是，受种种因素影响，公路寿命普遍不高，始终都是公路交通建设事业中比较严重的问题之一，尤其以水损害最为显著。基于此，本文借助理论研究和试验调查，详细分析了降雨入渗对新型路面排水系统性能的影响，并指出了新型排水系统的实际应用关键，以希冀给予广大公路建设企业和行业内相关研究人员一些可行的帮助和建议，进而有效提高公路的使用寿命，推动我国交通事业更好的发展和进步。
关键词：降雨入渗条件；新型排水系统；公路路面；性能研究；应用关键
引言：
一直以来，路面排水问题都是公路建设过程中所一直重视的难题，如何优化路面排水系统，确保公路路面排水性能，始终都受到行业内专家的关注。在此背景下，以非饱和渗流理论为基础，以复合土工合成排水材料为施工材料的新型路面排水系统逐渐得到应用和推广，一方面该系统具有较高的水力传导系数，能够使公路路面应付大多数降雨情况，另一方面该系统具备独特的隔离层，能够防止周围土体进入系统，整体系统使用寿命较高。由此可见，针对新型路面排水系统进行性能研究，具有较为现实的重要意义，能够对公路建设行业提出较科学的理论指导，值得我们给予足够的重视。
1 新型路面排水系统简介
1.1系统构成
新型路面排水系统主要由三部分构成，具体可见图一。其中，水力传导层采用非编制土工材料，这种水力传导系数的材料能够使路面结构始终保持在未饱和状态，使水分经由吸收和侧向排水两个环节完成排水，同时该材料独特的隔离效果能够使路面有效隔离土体，增加材料的使用寿命；同时，毛细防渗层由土工网构成，一般具有较大的孔隙，但其进水值水头较小，能够很有效的阻碍上层水力传导层水分的下降，确保排水系统的侧向排水；最后，隔离层由非编制土工织物构成，且孔隙普遍较小，目的在于隔离下层土体的渗透。
图一：新型路面排水系统结构图
1.2系统工作机理
一般来说，新型路面排水系统使用了非饱和土理论中的毛细阻滞效应理论，即借助毛细吸力实现雨水的下渗和导出。首先，在土颗粒处于非饱和状态时，粗颗粒土的渗水系数要高于细颗粒土，但随着土中水分的减少，细颗粒土的渗水系数会逐渐增加甚至高于粗颗粒土，一旦此情况发生，入渗水便会在毛细吸力的影响下储存在细颗粒土中，而由于细颗粒土层具有毛细阻滞效应，因此水分会经由水力传导层成功导出，既不会对路面造成破坏，又不会在路面上积攒。
1.3系统优势
与传统排水方式相比，新型路面排水系统优势较大。一方面，该系统的主要材料为土工织物和土工网，而两种材料均可通过批量的工业生产获取，且材料成本相对便宜，来源较广，解决了以往排水材料开采过程中对环境的破坏问题；另一方面，复合土工合成材料比较轻便，不会给施工人员带来很大困难，能够有效缩短公路建设的施工周期，同时基于该系统的防土性，能够在长时间内保证系统防水性能，不需要过于频繁的后期维护，从而在很大程度上降低了公路建设的施工成本和维护成本。
2 降雨入渗条件下新型路面排水系统性能试验
2.1试验设计
新型路面排水系统性能试验采用了对照试验原则，共分为两组试验。第一组：将传统公路路面的碎石底基层替换为新型路面排水系统，即由上到下为基层、新型路面排水系统、路基，其中基层采用3%水泥碎石，路基采用砂质黏土；第二组：不采用新型路面排水系统，仍使用传统排水方式，即由上到下为基层、底基层、路基，其中为避免其他因素给排水试验带来影响，基层成分和路基成分与第一组试验相同。此外，试验过程中两组试验条件相同，均给予90分钟持续降雨，降雨强度均为25mm/h，同时试验借助专业张力计测试两组试验下路面内层结构的吸力变化。
2.2测点设计
新型路面排水系统性能试验的两组对照试验均设计了四处测点，其中第一组试验将张力计分别安置于路基内距新型路面排水系统40mm和110mm处以及基层相对位置处，第二组试验将张力计安置于基层上方50mm和下方50mm处以及路基顶层下方40mm和110mm处，测点设计相对科学，基本能够测试出路面各结构在降雨入渗影响下的吸力变化。
2.3试验结论
通过两组对照试验以及行业内对路面结构吸力受降雨入渗影响的模拟，分析了两种情况下基层和路基受降雨影响的变化规律，可以发现实测变化曲线几乎与预先模拟曲线一致，一方面确保了试验的合理性，另一方面对相关理论进行了验证。
2.3.1传统排水方式基层变化
通过对第二组试验基层内两个测点的数据分析，可以确定路面基层在降雨后吸力会发生显著下降，临界点位30min，同时在100min后，由于降水结束，基层水分由吸入阶段进入排出阶段，因此基层吸力会有所回升。其中吸力变化曲线可见图二，可以看出，变化曲线几乎与模拟曲线一致，基本证明路基基层会受降雨的影响。
图二：传统排水方法基层吸力变化曲线
2.3.2传统排水系统路基变化
通过对第二组试验路基内两个测点的数据分析，可以发现，在降雨后30min左右，路基结构吸力会保持在初始吸力左右，且伴随着降雨的增加，路基吸力会逐渐下降，具体可见图三。同时，借助改组试验我们找到了传统排水系统下路面使用寿命不高的原因，即当路基吸水过多导致吸力下降时，其路面结构的强度会有所降低，进而导致路面混凝土出现裂缝。
图三：传统排水方法路基吸力变化曲线
2.3.3新型路面排水系统基层变化
通过对第一组试验中基层内两个测点的数据分析，可以看出，与传统路面排水方法相比，新型路面排水系统在整个降雨过程中基层均处于非饱和状态。但由于实际试验中会受到张力计的影响，尤其是张力计内部气体未排出问题，使得试验结果会相对高于实际结果，但误差并大，不会给整体试验结论带来较大影响。
2.3.4新型路面排水系统路基变化
通过对第一组试验中路基内两个测点的数据分析，确定了路基吸力在降雨条件下的变化规律，其中由于新型路面排水系统能够防止水分进行路基，因此降雨过程中路基的吸力变化规律几乎为一条直线，即无论是降雨初期还是降雨结束排水期，路基结构吸力均与初始吸力一致。但是需要的注意是，仍有少部分雨水会在试验过程中进入路基之中，这说明新型路面排水系统仍有一定不足。
3 新型排水系统应用关键
在确定新型排水系统可行性后，需对新型排水系统的应用关键进行探讨，这里我们借助试验指出了三点影响新型排水系统性能的因素，旨在能够找出一套最佳的新型排水系统应用方案。
3.1位置影响
在排水试验中，我们采用的是将新型排水系统位于基层和路基之间，且完全代替底基层的做法，这里我们采用新型排水系统完全代替底基层、保留部分底基层以及新型排水系统位于面层与基层之间等三种试验条件进行试验，最终确定了不同设置位置下路面结构断面参数分析曲线，具体如图四。可以看出，当在布置二或布置三时，排水效果较好，且在位置三即面层与基层之间时路面结构吸力更容易把控。
图四：不同设置位置路面结构断面参数分析图
3.2坡度影响
坡度方面，我们采用了3%、5%、7%三种情况进行对照分析，发现当系统坡度增大时，基层吸力会有所增大，但增大程度比较有限，因此可以确定系统坡度并不会对排水效果有较大影响，因此在实际应用中将坡度设置为与道路坡度一致即可。
3.3厚度影响
厚度方面同坡度方面一致，并不会对系统排水效果有较大影响，但借助试验我们发现6cm厚度时面层和基层的含水率较大，吸水效果较为显著，因此应尽量选取6cm厚度的新型路面排水系统。
结束语：
综上，本文借助详细试验分析了降雨渗水条件下新型路面排水系统的性能变化，并与传统排水方法进行了比对，同时也确定了新型路面排水系统的应用必要性和应用关键，但也只简要分析了厚度、坡度以及放置位置三种因素对排水效果的影响，因此，广大专家还应就新型路面排水系统的性能进行进一步试验和研究，进而才能促进新型路面排水系统的合理应用并推动公路建设事业的发展和进步。
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论文作者:李宝恩
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
标签：路面论文; 排水系统论文; 路基论文; 吸力论文; 基层论文; 入渗论文; 坡度论文; 《防护工程》2019年第3期论文;