摘要：本文对大粒径透水性沥青混合料（LSPM）柔性基层沥青路面内部排水系统进行了分析研究，阐述了路面内部积水的危害、路面内部排水系统的工作原理和特点，介绍了其路面内部排水系统的组成、类型及设计方法。
关键词：沥青路面；柔性基层；内部排水系统
Study of the Inner Drainage System of the Asphalt Pavement with Flexible Base（LSPM）
Abstract：Through studying of the inner drainage system of the asphalt pavement with flexible base（large stone porous asphaltmixes），the paper expound the danger when the seeper under the road and the work principle and trait of the inner drainage syetem.The form，type and design of the inner draunage system are introduced too.
Key words：Asphalt Pavement；Flexible base；the Inner Drainage System
随着我国经济的高速发展，汽车交通量不断增加，对公路路面的质量标准和技术要求不断提高。但是，现有的路基路面排水系统，往往重视把地表水排除到公路路界以外，而不重视排除由于降水通过路面裂缝、接缝和面层空隙下渗到路面结构中而形成的路面结构内部滞水。这些内部滞水会浸湿路基路面各结构层，会使沥青混凝土路面出现龟裂、破碎、凹陷和坑洞等破坏，最终将大大降低整个路面结构的使用性能和使用寿命。因此，设置路面结构内部排水系统，将积滞在路面结构内的水分迅速排除到路面和路基结构外，可以改善路面的使用性能，既可以提高路面的使用寿命，又可以减少后期的养护工作，从而在总体上提高公路的使用效果。
大量研究表明，采用大粒径透水性沥青混合料（Large Stone Porous AsphaltMixes，简称LSPM）能够有效的防止反射裂缝的发生，并且能够排出路面结构内部的水分，避免水损坏；而且具有较高的模量和抵抗变形的能力。由于其良好的路用性能，在山东等一些省份开始逐步推广。目前，在新建的沥青路面中，在沥青面层与半刚性基层之间增设一层大粒径透水性沥青混合料柔性基层，该结构不仅兼有排水性及抗反射裂缝能力，并且能够发挥半刚性基层承载能力高的特点，极大的提高了路面性能。
LSPM作为新建路面柔性基层，兼有承重层、排水层的功能，因此，同传统的半刚性基层具有很大的不同。本文在对LSPM柔性基层的排水性能进行分析研究的基础上，结合在设计与施工中的实际情况，对沥青路面内部排水系统的组成、类型及设计方法等进行了探讨。
1路面结构内部积水的危害
降落在路面上的水大部分可通过路面横坡和纵坡排向路肩和路基外，而总有相当部分的水会沿路面接缝、路面和路肩的接缝、裂缝、沥青混合料的空隙等途径渗入路面结构内部。在地下水位高的路段，地下水会通过毛细渗透进入路面结构下部。据测算，进入路面结构内部的自由水，当下基层材料渗透系数K≤10-5cm/s时，排除0.1m3自由水约需1d以上；而当路基上的渗透系数K≤10-7cm/s时，排除时间可达数日之久[1]。在这种情况下，这部分自由水被封闭在“浴盆式”的路床内，形成路面结构内部积水。这种现象在位于凹型竖曲线底部、低洼河谷地、曲线超高断面内侧和立体交叉下穿路段的路面结构中显得尤为严重。
路面结构内部积水会浸湿各结构层材料和路基土，使其强度下降、变形增加，从而使路面结构的承载力降低，使用寿命缩短。更为严重的是，由于沥青路面是层状结构，积水处于层间结合处空隙或结构层内空隙，当高速行驶的车辆通过时，轮下压力将结构层中的水挤压，车轮驶离时又产生相当大的抽吸力，使积水成为高空隙的水压力和高流速的水流，冲刷层面材料并从裂隙处向外喷射出“泥浆”（唧泥），在这种反复作用下，使沥青与骨料剥离，产生剥落与松散，从而使整个路面的使用性能迅速变坏。大量的路面损坏状况调查表明，路面结构内部积水是造成和加速路面损坏的主要原因之一。
2 LSPM柔性基层排水性能
LSPM柔性基层的主要功能之一就是能将渗入路面中的水迅速排出，因此需要根据路面排水技术要求验证其排水能力，基层排水系统的排水能力应大于表面水的设计渗入量。自由水在排水基层中的渗流量，可近似按达西（Darcy）公式计算确定：Q0=kiA（1）式中：Q0—纵向每延米排水层的排水量（m3/d/m）；K透水材料的渗透系数（m/d）；i渗流路径的平均水力坡度；在基层有纵横向坡度时，渗流的水力坡度为其合成坡度：i=（iz2+ih2）1/2，（iz、ih相应为纵坡和横坡）；A纵向每延米排水层的过水断面面积（m2）；无纵坡时，A=h，有纵坡时，A=h/（ih/i），（h为排水层厚度）。
根据现行《公路排水设计规范》（JTJ018-97），沥青路面的表面水设计量为：Qi=IaB（2）式中：Qi—纵向每延米路面的表面水渗入量（m3/d/m）；Ia—每平方米有裂缝沥青路面的表面水设计渗入率（m3/d/m），可按0.15m3/d/m取用；
B单向横坡路面的宽度（m）。排水基层的排水量应大于表面水的设计渗入量（计入安全系数），即Q0≥Qi，由选定的透水材料（已知渗透系数）可确定所需的排水层厚度，或者由选定的排水层厚度确定透水材料要求的渗透系数。考虑到面层施工时，排水基层表面一定深度内的空隙有可能在施工中被面层材料或污泥所堵塞，设计采用的厚度应比计算厚度酢情增大1cm。由于设计渗入量难以准确估计，透水材料渗透系数的难以准确测定和控制以及透水材料在使用过程中易于堵塞，系统的排水能力要留有余地，一般应考虑采用两倍以上的安全系数[2]。参考以往的经验厚度，根据这几年的研究和应用，LSPM的经验厚度为8～18cm，常用的厚度为8～12cm[3]。
现行《公路排水设计规范》（JTJ/TD33-2012）规定：渗入水在路面结构内的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1h，其它地区不应超过2h（重交通时）～4h（轻交通时）。渗入排水层中的自由水在层内的渗流时间（即滞留时间），与渗流路径长度和渗流速度有关：t=Ls/3600Vs（3）式中：t渗流时间（h）；Ls—渗流路径长度（m），Ls=B（1+iz2/ih2）1/2；Vs—平均渗流长度（m/s），Vs=k（iz2+ih2）1/2/ne，ne为透水材料的有效空隙率；
其余符号同前述公式。如果渗流时间超过了规定的最大容许值，需采用透水性更强的材料做排水层，或者增大排水坡度或缩短排水路径。
3路面结构内部排水系统的组成及设置情况
由于在沥青面层下设置LSPM柔性基层，滞留在路面结构内的自由水将通过整个路肩排出，为此需对路肩进行特殊设计，可采用碎石路肩或在路肩下设置渗水盲沟。
3.1碎石路肩
路肩采用碎石路肩时，可采用全宽式LSPM柔性排水基层，渗入排水层的自由水横向排流到路基边坡坡面外（图1）。
盲沟底面的最小宽度，应方便施工，一般采用30cm；盲沟内回填透水性材料，透水性材料可由不含细料的开级配或间断级配碎石或砾石组成，目前较多的采用多孔隙水泥稳定碎石。
多孔隙水泥稳定碎石孔隙率＞20%，渗透系数≥2cm/s，7d无侧限抗压强度＞3MPa。为防止基层或者路肩内的细粒土随水流渗入盲沟而堵塞回填料空隙或排水管管孔，回填料的底面和两侧应围以反滤织物（土工布）。粗集料应选用洁净、坚硬、未风化的碎石，不含有机质、风化物和其他有害物质。其压碎值不大于26%，针片状含量不大于10%，含泥量（冲洗法）不大于1%。细集料可选用质地坚硬、未风化、人工轧制的石屑或天然砂，其含泥量不大于3%。水泥用量直接影响混合料的强度。要求多孔隙水泥稳定碎石混合料7d抗压强度不小于3Mpa。建议水泥剂量8%~10%，水灰比0.39~0.43。
纵向透水管可采用开孔的聚氯乙烯PVC管（外包反滤土工布）或高密度聚乙烯塑料管，设在盲沟的底部。孔口的总面积应不大于每延米42m2/m，孔口直径不大于透水性回填料通过率为85%时的粒径的1/2。管径可按设计流量由水力计算确定，但应考虑维护的方便，一般可采用8～15cm。盲沟和纵向透水管的纵向坡度与路线纵坡相同，但不得小于0.25%。
沿纵向透水管，间隔适当距离设置出水口，通过横向排水管将透水管汇集的水排出路基外。横向排水管通常选用不开孔的聚氯乙烯PVC管或高密度聚乙烯塑料管，管径与纵向透水管相同，横坡为2%～5%。出水水流尽可能排引至涵洞或边沟中，出水口应高出边沟沟底至少30cm。横向排水管的设置间距，可按设计流量、管径和纵坡大小由水力计算确定，但应考虑养护便利，常用的间距一般为30～60m。在凹形竖曲线底部和桥台前应布置出水口。
另外，对于超高路段，超高段高侧可不设渗水盲沟。但应在低侧路面边缘（中央分隔带处）设置渗水盲沟。横向排水管可同中分带排水设施相连（超高段中分带集水井）。
3.3零填及挖方段排水系统
对于零填及挖方路段，为阻断地下水的毛细上升，可设置级配碎石排水垫层，厚度一般为15～20cm。路面排水系统一般不再采用上述的排水系统，而将路面结构内的自由水，先沿路面结构层中的LSPM柔性排水基层的自由水横向流至级配碎石处，然后流入矩形边沟下的由透水材料组成的纵向盲沟。
纵向透水管要求同边缘渗水盲沟的纵向透水管，但管径应按设计流量由水力计算确定，但应考虑维护的方便，一般可采用10～20cm。当边沟沟深较大时，也可在边沟沟壁设置横向泄水孔，将排水基层中的水分通过泄水孔流至边沟内。但应演算边沟内水深，防止边沟中的水倒灌。
4施工注意事项
路面半刚性基层施工完成后再进行排水盲沟施工。
在排水盲沟沟壁面处立支板进行防护，以防壁面坍塌。先将反滤土工布放入沟中，并沿沟底和壁面整平，再将开孔的纵向玻璃钢夹砂管放入沟底中间位置。在横向出水管的位置开挖坑道，放置出水管，并用弯管将纵横向管连接。向沟中倾倒预先拌好的多孔隙水泥稳定碎石混合料，并使用路基土将横向坑道掩埋。
抽去立支板，采用小平板振捣器对多孔隙水泥稳定碎石混合料进行振平压实，严禁采用压路机械碾压，以防集水管压坏。振平压实后，用塑料薄膜将渗沟盖住。
多孔隙水泥稳定碎石养生方法同水泥稳定碎石，养生期不少于7天。横向接缝处理同水泥稳定碎石。养生期结束后，应尽早铺设面层，并注意防止污物堵塞。
5结论
进入路面结构的水不仅降低路面结构和土基的强度，而且还会对基层产生冲刷，使细料唧出，最终发生一系列的路面损坏。事实表明无论采用何种密实型沥青面层，都难以避免有相当数量的水渗入路面结构造成积水。因此，迅速排水是最现实和经济的方法，路面结构内部排水系统值得在多雨地区高等级公路路面中逐步推广应用。在路面面层下铺设柔性排水基层LSPM、路面边缘设边缘排水系统是有效的排水设计。加设柔性基层和边缘排水系统会使造价有所增加，但可有效地延长路面结构使用寿命，从长远来看是非常经济的。本文主要对柔性基层（LSPM）路面内部排水系统进行了分析探讨，对柔性基层的力学强度和耐久性没有涉及；在实际设计与施工中，应通过合理的材料组成设计和试验，使柔性基层（LSPM）达到承载层的力学强度要求。
参考文献：
[1]公路排水设计规范 JTJ/T D33-2012[S].北京：人民交通出版社，1997.
[2]姚祖康.公路排水设计手册[S].北京：人民交通出版社，2002.
[3]王松根等.大粒径透水性沥青混合料（LSPM）柔性基层设计与施工指南[S].北京：人民交通出版社，2007.
论文作者:李万鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第31期
论文发表时间:2018/1/24
标签：路面论文; 基层论文; 结构论文; 柔性论文; 透水论文; 碎石论文; 路肩论文; 《基层建设》2017年第31期论文;