透水式沥青路面在城市道路中的应用

摘 要:透水沥青路面具有较高的孔隙率和良好的排水、降噪、降温功能。本文简要介绍了透水沥青路面的原理及特点,结合近年来实施的杭州庆春路、机场路工程实践,从道路结构设计、实际效果等方面阐述了OGFC透水沥青路面在城市道路中的优势与应用,并对使用维护、建设成本、抗剪切能力等待提高方面进行了简单讨论。

关键词:透水式沥青路面;OGFC;城市道路;应用

1 前言

传统沥青路面结构中,面层主要采用密实和嵌挤两大结构类型,结构层孔隙率一般保持在4%～6%。这类路面在保证结构层良好的力学特性、稳定性和耐久性之外,也可以避免雨水渗入铺面层以下而破坏基层和土基的稳定性。但是实践表明,随着道路负荷的日益增加,传统沥青路面的水损害问题日益突出,同时,雨天行车安全问题也成为交通隐患。

国外从20世纪70年代就开始了透水沥青路面的研究与应用,制订了从设计、施工、养护机械等成套技术,取得了良好的综合效益。国内从20世纪90年代起也铺筑了一些试验路,反应良好。

本文简要介绍了透水沥青路面的原理及特点,结合近年来实施的杭州庆春路、机场路等工程实践,从道路结构设计、实际效果等方面阐述了OGFC透水沥青路面城市道路中的优势与应用,并对使用维护、建设成本、抗剪切能力等待提高方面做了简单的讨论。

2 简介

2.1 透水沥青路面的优点

透水性沥青混凝土是指具有10%～25%及60%矿物骨料的热拌透水性沥青混凝土,常用的类型有OGFC(开级配沥青磨耗层)、法国透水性沥青路面(BBDr)等。比之传统沥青铺面,主要有如下优点:

①防湿滑:因透水沥青路面能够迅速排泄雨水,防止湿滑,有效降低路面水雾、喷溅及路面反光引起晕眩,并能提供较高且均匀的路面摩擦力,故更能保证雨天行车安全;

②降噪音:由于轮胎及车体排放气体被下压至表面孔隙,故滚动阻力及噪音皆有效降低,同时节省耗油量及轮胎的磨损;

③降温:由于透水沥青路面层内部构造存在一系列与外部空气相连通的多孔隙结构骨架,热传导能力强,可以有效缓解城市道路路表的迅速升温;

④高温稳定性好:大颗粒间的相互垂直接触构成骨架结构承担了荷载的作用,高温下的抵抗变形能力大,抗车辙能力也有所增强。

⑤容易铺筑:拌合温度与传统之非透水性沥青混凝土之拌合温度一样,约在150～170℃;用人工铺筑极为容易,而且路面均匀而平滑;

2.2 路面透水沥青路面

目前,国内常用的透水沥青路面实质多为排水式的半透式路面,即地表降水透过排水沥青表层沿下面层表面排至两侧泄走。此时,透水沥青面层下面要设置防水层,防止雨水渗透到下面的结构层中,破坏路基。透水沥青层中的水要向单方向无障碍流淌,城市道路可以多用预埋钢管或排水沟的形式将水引走。

与半透式沥青路面对应的,是全透式沥青路面,即透水沥青面层下不设防水层,沥青下面层、基层均为可透水层,地表降水最终渗入路下土基。这种结构主要应用在园路、广场、人行道等处,在市政道路车行道中应用较少。

3 工程应用

近年来,杭州市进行的大量城市道路改造,庆春路、凤起路、体育场路、保路、杭大路、机场路等,均采用了透水沥青路面,取得了良好的社会效益。

3.1 庆春路改造工程(2004年实施)

路面采用4cm高黏度改性透水沥青,沥青中面层和下面层与传统沥青道路结构无异,在中面层上采用橡胶乳化沥青做封层防止渗水,摊铺量为0.6L/m2,路面雨水通过排水沥青层后沿中粒式形成的路拱排到路边的排水沟后,再通过排水钢管利用道路纵向坡度排至排水系统。钢管表面梅花形布置直径6mm的透水孔,间距15cm,钢管之间采用钢套管连接。

3.2 机场路改造工程(2007年实施)

机场路路面结构基本同庆春路路面结构一致,仅结构层厚度根据实际需要做了调整。路表雨水排放也是通过路侧预埋的透水钢管引至雨水排放系统。

3.3 应用效果

①排水效果:2007年国庆节期间,受台风“罗莎”影响,两日内累计雨量达到238.8毫米,急剧积聚的路面雨水来不及排入城市排水系统,造成不少路段严重积水,给居民带来不便。而采用透水沥青路面的体育场路、凤起路、庆春路等路段却无严重积水情况,其根本原因是该批道路不久前整治改善了原先狭窄陈旧的地下管网,另一重要的辅原因则是这些道路均采用了透水沥青路面,改变了以往单一的路侧雨水口排放路面降水为全路面均直接下渗,使路面排水能力大大增强。

②降噪效果:使用表明,OGFC路面的降噪效果与路面厚度、孔隙率大小有关,即OGFC路面越厚,孔隙率越大,降噪声功能越好,这对目前提倡并致力于将道路建设成环保路、景观路、努力防治道路噪音污染是一个重要的启示。

③降温效果:有实测资料表明,对杭州气候条件下,透水沥青路面夏季极端高温为62.5℃,普通沥青路面极端高温为67.9℃。可见,相同气候条件下,透水沥青路面的热传导能力强于普通沥青混凝土,能够缓解城市热岛效应;

④抗剪切性能:调查发现,新修的OGFC透水沥青路面道路经过一段时间使用后,靠近公交站台的前后位置,路面常常变得凹凸不平,有坑槽现象出现。其原因是,透水沥青这种高孔隙率结构的抗剪性能较差,重载车辆急转弯或急刹车容易将路面搓起,造成路面损坏,这是在设计该类路面时须着重考虑之处。。

4 讨论

4.1 降噪机能的维持

透水沥青面层在使用过程中受行驶车辆的滚压,夏季高温易引起空隙挤缩;另外,道路环境的砂土、灰尘和异物也会堵塞空隙,这些会大大降低透水沥青面层的排水降噪机能,根据国外经验,一般采用“高压清洗+吸引”方式的高压清洁车进行养护,养护周期为3～6个月,维护成本有所增加。如何使透水沥青功能持久,防止其减弱及减弱后如何有效及时地维修,是透水沥青面层使用中应重视的问题。

4.2 建设成本

根据造价,普通沥青砼面层(4cm厚)费用为30～35元/m2,OGFC-13透水沥青面层费用在67～75元/m2,费用增加主要有以下几个方面的原因:

①拌合时间延长,效率降低,拌制温度也让比普通沥青混合料稍高;

②透水沥青混合料多采进口高黏度沥青,原材料成本高;

③面层摊铺厚度为4～5cm,教一般普通沥青混合料面层3～4cm稍厚;

④OGFC的典型寿命为8年左右,改性后预计可达10～12年,较传统沥青道路设计使用年限15年为短;

4.3 不适用范围

①有较多农业运输及土壤运输的乡村道路、污染污垢较严重的城市道路、市场附近公路、停车场及慢车道;

②水平剪切力较大路段,如交叉口、刹车频繁区、急弯处等;

③纵坡较大路段避免使用;不可避免时应考虑路面排水的有效性,预做排水设施;

④变形较大或者已经变形、路基结构承载力较小的改造项目。

5 结语

OGFC透水沥青混合料能利用其结构中的连通空隙迅速排除路表积水,有效地避免了雨天行车的溅水和眩光,同时也利用其足够的表面粗糙度增加了行车的安全性。但是这种路面的正确使用和有效维护是保持其排水降噪功能应该引起重视的问题。另外,从成本-效益角度考虑如何进一步降低成本也值得进一步研究。

参考文献

[1]公路沥青路面设计规范 (JTG D50-2006)

[2]公路沥青路面施工技术规范 (JTG F40-2004)

[3]沥青路面工程手册(张登良 主编,人民交通出版社2003年4月第一版)

[4]排水沥青路面(曹东伟、刘清泉、唐国奇 编著,人民交通出版社2010年3月第一版)

[5]杭州气候条件下城市透水沥青混凝土路面的温度(倪彤元、杨杨、孔德玉、马成畅、方诚《城市环境与城市生态》2009年01期)