透水路面課件

透水瀝青路面研究1.緒論

存在的問(wèn)題

絕大多數(shù)的城市道路、廣場(chǎng)、商業(yè)街、步行道、停車場(chǎng)、小區(qū)和公園道路廣泛使用密級(jí)配瀝青混合料、水泥混凝土和花崗巖、大理石等材料，城市地表逐漸被不透水面層覆蓋。

地面 潛水面

圖城市地下水漏斗城市地下水位下降

圖華東（蘇錫常地區(qū)）地下水漏洞?損害了城市的水平衡?影響了城市地表植物的生長(zhǎng)?破壞了城市地表的生態(tài)平衡?地層下陷排水設(shè)施基基層層概念

透水瀝青路面-指由較大空隙率混合料作為路面結(jié)構(gòu)層、允許路表水進(jìn)入路面（或路基）的瀝青路面結(jié)構(gòu)的總稱。封層 封層路溢流口 排水設(shè)施

排水設(shè)施面面層基層

墊層路基基路表路表由基后由面層排出并引到鄰層（或墊層）排出并引

根據(jù)其透水（排水）特點(diǎn)和適用場(chǎng)合等條件，分為三種類型:Ⅱ型-Ⅰ型-Ⅲ型-路表水進(jìn)入路面后直接進(jìn)入路基到鄰近排水設(shè)施優(yōu)點(diǎn)透水瀝青路面的優(yōu)點(diǎn)圖降噪效果圖反光對(duì)比圖水霧對(duì)比研究?jī)?nèi)容?透水瀝青路面材料組成設(shè)計(jì)?透水瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)?透水瀝青混凝土性能研究?透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?透水瀝青路面透水設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)2.透水瀝青路面材料組成研究透水瀝青面層

多孔瀝青混合料多采用高粘度瀝青作為結(jié)合料,可以通過(guò)摻加高粘度改性劑或使用SBS改性瀝青摻加高粘改性劑、SBS改性瀝青摻加纖維（木質(zhì)素或聚酯纖維）、在瀝青或改性瀝青中摻加15％～20％廢舊輪胎粉、在瀝青中摻加EVA或橡膠等多種提高瀝青粘度的方法。

透水墊層/過(guò)濾層

通常由粗砂、小顆粒集料或者土工織物構(gòu)成，具有過(guò)濾功能和足夠的透水能力：?防止土顆粒通過(guò)泵吸作用進(jìn)入基層或底基層；?改善路基溫濕特性；?為透水基層和其它層提供穩(wěn)定的施工平臺(tái)；?分散傳至土基的荷載，使其不產(chǎn)生過(guò)量的變形。/％空隙率空隙率/%R=0.8962R=0.9502R=0.8744R=0.9326R=0.9312

級(jí)配設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化

PAC-10、PAC-13及PAC-19混合料中，2.36mm篩孔通過(guò)率同混合料的空隙率相關(guān)性良好，通過(guò)改變2.36mm篩孔的通過(guò)率調(diào)整混合料的空隙率。 對(duì)于PAC-13，當(dāng)2.36mm篩孔通過(guò)率增大3％時(shí)，混合料的空隙率相應(yīng)的減小約2％；反之，混合料的空隙率相應(yīng)的增大約2％。y=-0.6628x+31.121

2y=-0.987x+30.699

2y=-0.7896x+35.145R2=0.972110161319222512156918212.36mm篩孔通過(guò)率/%線性(PAC-19)線性(PAC-13)線性(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篩孔通過(guò)率/%4.75mm2.36mm1.18mm級(jí)配設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化

在級(jí)配設(shè)計(jì)中，PAC中粗集料含量大，一般都能形成 骨架結(jié)構(gòu)。不同比例的粗集料含量所形成的骨架空隙結(jié)構(gòu) 的力學(xué)性能和穩(wěn)定性差異很大，采用離散單元方法（DEM） 建立數(shù)字模型對(duì)PAC的粗細(xì)級(jí)配結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)。細(xì)型級(jí)配粗型級(jí)配級(jí)配設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化細(xì)型級(jí)配粗型級(jí)配混合料指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果細(xì)型級(jí)配

-1DS/mm·次5546最終變形深度/mm2.8粗型級(jí)配

-1DS/mm·次7132最終變形深度/mm1.6級(jí)配設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化

在相同的空隙率和加載條件下，偏粗型級(jí)配的PAC結(jié)構(gòu)中，荷載主要通過(guò)骨架結(jié)構(gòu)豎向傳遞，側(cè)向滑移不顯著，承載能力更高，抵抗局部荷載變形的能力更強(qiáng)，混合料的骨架結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。相同空隙率、油石比條件下，粗細(xì)兩種級(jí)配的PAC車轍試驗(yàn)結(jié)果飛散損失/％析漏損失/％181512 9 64.04.55.05.56.0飛散0.50.40.30.20.14.04.55.05.56.0析漏

油石比/％OACmin的確定

油石比/％OACmax的確定最佳瀝青用量確定

現(xiàn)行方法是通過(guò)析漏和飛散曲線的“拐點(diǎn)”，確定最 佳瀝青用量。在分析總結(jié)了國(guó)外現(xiàn)行方法基礎(chǔ)上，針 對(duì)性提出了一套確定最佳瀝青用量的新方法。OAC=OACmin+0.75(OACmax?OACmin)4.透水瀝青混凝土性能研究變形深度/mm變形深度(mm)水熱綜合性能評(píng)價(jià)－Hamburg浸水車轍

最終變形－水熱綜合性能、耐久性 蠕變斜線－高溫性能 剝落斜線－水穩(wěn)定性-10-8-2-4-6002000400060008000100001200014000160001800020000作用次數(shù)/次PAC-13-11-12

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

0-102000400060001200014000160001800020000

作用次數(shù)(次)800010000SMAAC-13(SK-70基質(zhì)瀝青)ATB-30(SK-70基質(zhì)瀝青)AC-13(SBS改性瀝青)SuperPave-13材料級(jí)配設(shè)計(jì)合理的PAC在重復(fù)荷載作用下的水-高溫綜合性能良好未浸水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疲勞特性

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

合適的油石比時(shí)，PAC經(jīng)歷3～10天的浸水后，疲勞性能沒(méi)有顯著降低。5.4%油石比4.8%油石比4.2%油石比熱導(dǎo)率W/(m·k)比熱容J/(kg·K)熱擴(kuò)散率×10（m/s）2熱導(dǎo)率W/(m·k)-6/(W?(m?k)/(J?())kg?K熱物性指標(biāo)

PAC AC)

比熱容c

?1853.350853.333熱導(dǎo)率k

?1

1.765 2.199

熱擴(kuò)散率α/(k×10?6(m2s))

0.985 1.097熱物特性

表PAC、AC的熱物性數(shù)值計(jì)算結(jié)果1.92.12.320%1.72.11.91.7 0%5%10%15% 瀝青混凝土空隙率%

圖空隙率同熱導(dǎo)率的關(guān)系2.30%5%10%15%20%25%透水瀝青混凝土密級(jí)配瀝青混凝土

含水率%圖不同含水率時(shí)的熱導(dǎo)率500.01000.01500.0透水瀝青混凝土0.01.00.5

密級(jí)配瀝青混凝土 0.0 0%5%10%15%20%25% 含水率%圖不同含水率時(shí)的比熱容1.50%5%10%15%20%25%透水瀝青混凝土密級(jí)配瀝青混凝土

含水率%圖不同含水率時(shí)的熱擴(kuò)散率PAC熱阻性能較好，可阻止和延緩高溫季節(jié)道路表面的高溫向路面內(nèi)部的傳遞，從而提高路面的熱穩(wěn)定性能，增強(qiáng)路面對(duì)氣溫荷載變化的抵抗能力，有效延長(zhǎng)路面的使用壽命。5.透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)透水性瀝青路面結(jié)構(gòu)上分為面層、基層和墊層。面層一般采用透水瀝青混凝土；

透水基層（Ⅱ型、Ⅲ型）在面層下，一方面參與路面結(jié)構(gòu)的承載，具有力學(xué)強(qiáng)度，另一方面作為暫時(shí)的儲(chǔ)水層；墊層（Ⅲ型），防止路基細(xì)顆粒堵塞透水結(jié)構(gòu)層；當(dāng)路基土滲透性一般如粘性土，為了改善土基的溫濕狀況，提高路面結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)性和抗凍脹能力，則應(yīng)當(dāng)設(shè)置砂墊層。結(jié)構(gòu)層材料彈性模量

/MPa泊松比透水瀝青混凝土7000.25大空隙瀝青穩(wěn)定碎石7000.25多孔水泥穩(wěn)定碎石20000.25級(jí)配碎石3000.25砂墊層800.35路基土（砂性土）400.35路基土（粘性土）250.35無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石基層15000.25無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土底基層8000.25表路面結(jié)構(gòu)材料計(jì)算參數(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)透水瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)：?土基頂面壓應(yīng)變?路表彎沉（參考）?面層和基層材料層底拉應(yīng)力?面層表面輪載邊緣處的剪應(yīng)力圖路面結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型

透水瀝青混凝土5~10cm大空隙瀝青穩(wěn)定碎石基層10~12cm

半剛性基層18~30cm

半剛性底基層

18~20cm

適用道路等級(jí)：支路、 次干路 交通等級(jí)：中交通累積軸載：400~1200萬(wàn)次

透水瀝青混凝土10~12cm大空隙瀝青穩(wěn)定碎石基層12~15cm

半剛性基層30~36cm

半剛性底基層

20~30cm適用道路等級(jí)：次干路、 主干路路面交通等級(jí)：重交通累積軸載：1200~2500萬(wàn)次結(jié)構(gòu)厚度不同交通量條件下Ⅱ型透水瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度推薦6.路面透水設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)雨水入滲的物理過(guò)程STEP1降雨過(guò)程初期，路面結(jié)構(gòu)的浸潤(rùn)STEP2路基土的初始滲透STEP3降雨在路面結(jié)構(gòu)中的蓄積STEP4蓄積在路面結(jié)構(gòu)中雨水的排出時(shí)間序列

min

降雨強(qiáng)度mm/10min累積雨量

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總降雨量：153.28mm平均雨強(qiáng)：6.39mm/h降雨強(qiáng)度mm/10min(t+b)∫0i()tdt(t+b)降雨過(guò)程模型167A1(1+ClgP)

cq=ciavg=

a(t+b)1ttiavg=a??(1?c)t+b??

c+1i(t)=201510 5 00246810121416182022時(shí)間/h

圖降雨強(qiáng)度過(guò)程曲線分布（北京－重現(xiàn)期5年－降雨歷時(shí)24小時(shí)）水附著率/%44.101270.90VV連通=0.6888VV+1.8955R=0.99120.14路面降雨入滲模型?結(jié)構(gòu)層材料的水附著率?降雨歷時(shí)和暴雨重現(xiàn)期?連通空隙率?滲透速率21.51.31.920.0空隙率/%暴雨重現(xiàn)期

/年降雨歷時(shí)

/h最集中150min雨量

/mm累積雨量

/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平均暴雨強(qiáng)度/mm?min-1路面降雨入滲模型透水瀝青路面降雨入滲計(jì)算流程Ⅲ型路面透水模型Ⅲ型透水瀝青路面可以補(bǔ)充地下水，同時(shí)結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)水能力可緩解暴雨時(shí)城市排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

Ⅲ型路面透水設(shè)計(jì)目標(biāo)為：路面透水結(jié)構(gòu)具有足夠的厚度，路基土材料具有良好的滲透能力，保證在降雨期間（給定的重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)）路表不會(huì)產(chǎn)生積水或出現(xiàn)雨水漫出，且路面結(jié)構(gòu)內(nèi)蓄積的雨水能夠在降雨結(jié)束后較快的排除。儲(chǔ)水層厚度的等效轉(zhuǎn)化路基土中水的滲透速率降雨各時(shí)間段路面結(jié)構(gòu)水位STEP1PAC水位峰值

降雨強(qiáng)度 路面結(jié)構(gòu)中水位

STEP3STEP4空隙率20%

ATPB空隙率20%

級(jí)配碎石空隙率10%

STEP2100mm100mm路面結(jié)構(gòu)中水位/mm降雨強(qiáng)度/mm?10min-1300mm201612 8 4 010110210310410510610710810910101011101210131014105004003002001000Ⅲ型路面透水模型

時(shí)間/min重現(xiàn)期為5年降雨歷時(shí)24小時(shí)下的Ⅲ型透水瀝青路面結(jié)構(gòu)中水位及降雨強(qiáng)度圖 總降雨量153.28mmPAC-16半剛性基層

ATPB透水基層封層Ⅱ型透水瀝青路面典型結(jié)構(gòu)半剛性基層 路基封層進(jìn)水口集水管透水瀝青上面層透水瀝青下面層 透水基層透水瀝青上面層

透水瀝青下面層路基

透水基層半剛性基層 路基

集水管封層H0H d

Ⅱ型路面透水模型

Ⅱ型透水瀝青路面透水功能的設(shè)計(jì)目標(biāo)為：?要求路面結(jié)構(gòu)具有足夠的透水和排水能力，以保證在降雨時(shí)（不超過(guò)規(guī)定的重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)），路表不會(huì)產(chǎn)生積水或出現(xiàn)雨水漫出;?為有效降低暴雨時(shí)城市排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，集水管排水量峰值同降雨強(qiáng)度峰值比小于0.5，即要求Ⅱ型透水瀝青路面內(nèi)部集水管的流量峰值不超過(guò)降雨強(qiáng)度峰值的一半。

透水瀝青面層

PAC-1350mm強(qiáng)度/mm?10min-1路面結(jié)構(gòu)中水位/mm70mm150mm0481612201011