透水沥青路面结构与材料技术要求

章 毅，徐一峰

（上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200125）

0 引言

随着近来频繁出现的城市内涝现象，究其原因是因为随着城市的发展，城市的地面逐渐被钢筋混凝土结构和混凝土路面覆盖。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[1]。传统路面排水多是利用路拱横坡让雨水流至窨井、排水管道或边沟，通过沟渠和管道，将降水统一收集起来并排出，这种排水方法不仅增加排水设施的建设费用，而且改变了道路建设前的水文环境，造成地下水位降低、水量分配不均衡，甚至造成水质恶化、热岛效应等生态和环境问题。传统的非透水路面已不适应城市生态环境的可持续发展要求。

为了缓解这一状况，“海绵城市”的概念应运而生。“海绵城市”即通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种技术途径，实现城市良性水文循环，提高对径流雨水的渗透、调蓄、净化、利用和排放能力，维持或恢复城市的“海绵”功能[2]。2013年12月，习近平总书记在《中央城镇化工作会议》中强调，“要建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市”。2016年1月，上海市为落实国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见，将在各区县建设不少于1个海绵城市建设试点。

为满足海绵城市建设的技术需要，国内外积极开展了透水性路面的研究和探索工作。在这种要求下，具有多孔构造的透水路面脱颖而出。多孔隙构造赋予这种材料良好的吸声降噪效果，还具有减小路表径流、蒸发降温、补给城市地下水的优点[3] 。

1 透水沥青路面分类

（1）透水沥青路面I型（排水型透水路面）

对于该路面结构，路表水进入表面层后排入临近排水设施。仅面层使用透水材料，基层采用沥青类不透水材料或加设沥青封层。雨水透过面层后，沿不透水基层顶面直接排出路基之外，路基不受路面渗水的影响，又叫排水型透水路面。

在国内，该结构形式用得最多，面层普遍使用的是OGFC沥青混合料，该混合料可迅速将路表雨水排除，确保雨天行车时车轮与路面的接触，还可以降低噪音，改善沿途环境[4]。

（2）透水沥青路面II型（半透式透水路面）

对于该路面结构，路表水由面层进入基层（或垫层）后排入临近排水设施。不仅面层为透水材料、基层亦为透水性好的级配碎（砾）石等，垫层则为沥青砂等不透水材料，土基上方常加设非透水型防渗土工布。雨水依次透过面层、基层后，沿不透水垫层的顶面排出路基之外，路基亦不受路面渗水的影响，又叫半透式透水路面。

（3）透水沥青路面III型（全透式透水路面）

对于该路面结构，路表水进入路面后渗入地基[5]。不仅面层、基层用透水材料，垫层亦为透水的砂垫层等，土基上方常设透水型土工网格布以提高承载力。雨水沿面层、基层、垫层一路下渗，最后渗入路基中。该路面结构允许水渗透进入地底下的路基当中，如果路基土的渗透性不好，那么渗透水就会滞留在路基当中，滞留的时间越长，则对路基强度会造成严重的影响。故该路面结构对路基土的渗透性有着一定的要求，一般要求路基土的渗透性大于7×10-5cm/s[6]，并且路基土在饱和状态下仍能够保持足够的强度，以免结构遭到破坏，又叫全透式透水路面。

2 透水沥青路面结构调研

透水沥青路面结构通常主要采用两种结构形式：一种是面层材料本身是大孔隙材料，自身可以透水，如全透水沥青路面；另一种是材料本身不透水，但在铺设时留有空隙或间隙，通过空隙透水，如透水砖路面。对于第一种，国外典型结构形式见表1。

表1 国外透水沥青路面典型结构

国外透水沥青路面结构中，渗透系数从上行下是增大的，或者下层的透水系数不小于上层，其中基层是主要储水层，雨水由上部结构进入，在该结构层进行存储，同时向下面结构层渗透。该结构水存储量由结构厚度和空隙率的大小决定，当材料确定后，可根据当地降水量确定结构层厚度。

3 透水沥青路面材料和要求

3.1 透水沥青路面面层

面层透水沥青混合料由以下几部分组成：高粘度改性沥青、粗集料、细集料、填料以及添加剂。高粘沥青技术要求见表2，集料技术要求见表3，填料符合我国技术规范即可。在结构上，面层透水沥青混合料是一种典型的骨架-空隙结构，与密实型沥青混合料相比，粗集料用量较大，约占总质量的85%。该开级配结构空隙率可高达15%～25%，其渗透能力是一般亚黏土的60倍[6]。并且，空隙率对沥青路面的高低温性能、水稳性以及抗滑抗渗等性能影响很大[7]，在这么大的空隙下，且结构层材料需要长时间与水接触，这些客观因素都决定了组成该结构的材料需要有更高的性能才能保证路面的强度和正常使用。为了保证强度，在保证透水效果的情况下，可以尽量选用粒径稍小的粗集料来提高材料强度；此外，应采用技术手段尽可能提高胶结料的性能[8]。

表2高粘度改性沥青技术指标

表3 集料的主要技术指标

目前，我国有关透水沥青路面有五部主要规范标准，包括交通部发布的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）[9]和《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）[10]，城乡建设部发布的《透水沥青路面技术规程》（CJJ/T 190—2012）[11]，上海市地方规范《道路排水性沥青路面技术规范》（DG/T J08-2074—2010）[12]、杭州市地方规范《透水沥青混凝土施工规范》[13]。将五部规范标准关于透水沥青混合料的路用性能技术要求总结于表4，其中《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）和《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中的透水面层沥青混合料是指OGFC。分析表4可知：

（1）从指标类型来看，几部技术规范中选择的透水沥青混合料技术指标基本一致，涵盖了沥青混合料的力学性能、高温性能、水稳定性、透水性能等，均未考虑低温性能。

（2）从各技术指标数值大小来看，建设部发布的行业标准、上海和杭州地方性规范，均是在交通部发布的《公路沥青路面设计规范》和《公路沥青路面施工技术规范》中OGFC技术要求的基础上提高了标准。如：一般规范对马歇尔稳定度指标要求为不小于3.5 kN，杭州市地方规范规定其值不小于4.5 kN，上海市地方规范要求其值不小于5.0 kN。动稳定度要求中，《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）和《透水沥青路面技术规程》（CJJ/T190—2012）规定其值不小于3 000次/mm，杭州市地方规范要求其值不小于5 000次/mm，上海市地方规范要求其值不小于4 000次/mm。

实际工程表明，现有透水沥青路面的路用性能远大于规范要求值，技术规范标准缺乏控制作用。为此，长安大学同卫刚调查了国内25项工程和研究中涉及到的OGFC-13的路用性能，采用数理统计方法计算得到透水沥青混合料的路用性能95%可靠度的下限值，见表5。

表5 可靠度为95%的透水沥青混合料路用性能下限值

由表5可看出：

（1）调查的实际工程稳定度可靠度为95%的单侧置信下限为4.26 kN，除交通部发布的两部规范小于此限制外，其他三部规范均大于此限值，考虑上海地区实际情况，建议透水沥青混合料稳定度不小于5 kN。

（2）调查的典型透水沥青混合料动稳定度可靠度为95%的单侧置信下限为4 395.04次/mm，考虑到上海地区夏季高温天气，建议上海地区透水沥青混合料的动稳定度不小于4 500次/mm。

（3）典型透水沥青混合料残留稳定度可靠度为95%的单侧置信下限为84.08%，由于上海属亚热带季风性气候，降水充沛，透水沥青混合料的水稳定性要求宜高不宜低，因此建议上海地区残留稳定度取值仍然取85%。

（4）上述调查中典型透水沥青混合料冻融劈裂残留强度比可靠度为95%的单侧置信下限为78.98%，结合现有规范要求和区域气候特点，建议上海地区透水沥青混合料的冻融劈裂强度比不小于85%。

（5）调查资料表明，典型透水沥青混合料低温应变可靠度为95%的单侧置信下限为2 572.84 με，根据上海地区近10 a冬季低温数据，建议上海地区透水沥青混合料的最大弯拉应变取2 500 με。

表4 透水面层沥青混合料技术要求

综合上述分析，提出了适用于上海地区的透水路面面层沥青混合料路用性能技术要求，见表6所列。

表6透水沥青混合料路用性能技术要求建议值

3.2 透水沥青路面基层

透水性沥青路面的基层主要考虑透水性能、承载能力和水稳定性，尤其是水稳定性，要保证在设计的储水时间内强度衰减不大。因此，透水基层设计时一般需要满足四个方面的要求：具有足够的渗透能力，在规定的时间内能够排出进入路面结构内的雨水；具有一定的稳定性，支撑路面的施工操作；足够的储水能力，暂时储存未排出的雨水；具有足够的强度以满足路面结构的总体性能。

透水基层材料一般包括处治集料和未经处治集料，但是，未经处治的碎石集料在施工过程中变异性较大，易出现离析和推移变形[14]，因此作为透水基层时应慎用处治集料基层。为了保证稳定性，一般使用沥青或水泥作为胶结料。目前来说，透水基层主要分为五类：开级配沥青稳定碎石（ATPB）、大粒径透水性沥青混合料（LSPM）、透水性良好的级配碎（砾）石、多孔透水混凝土基层、水泥稳定碎石透水基层（CTPB）。

以开级配沥青稳定碎石（ATPB）为例，建议满足的技术要求见表7。

3.3 透水沥青路面透水垫层

透水垫层介于透水基层与土基之间，可改善土基水温状况，提高路面结构的水稳性和抗冻胀能力，并扩散荷载，减小土基变形，扩大渗透面积，提高透水能力，还可以作为反滤层，防止土基材料进入透水基层。

透水垫层一般选用开级配集料，可采用粗砂、砂砾、碎石等透水性好的粒料类材料，通过0.075 mm筛孔颗粒含量不宜大于5%；其厚度一般为150～200 mm，重冰冻地区潮湿、过湿路段可为300～400 mm。当土基受冻胀影响较小、且为渗透性较好的砂性土或者底基层为级配碎石时可不设垫层。

表7 开级配沥青稳定碎石技术要求

4 结 语

3类透水沥青路面中，应用最为成熟和广泛的是排水型透水路面，而真正意义上的透水路面是全透式透水路面，但现行研究大多处于初级探索阶段，其设计理论与方法、结构材料选择与应用、施工技术与后期养护等关键问题亟待深入研究。如能成功解决渗水蓄水-结构承载力-功能耐久性三方面要求，透水路面作为一种新型路面铺装技术，积极支撑起海绵城市建设与发展，必将取得显著的环境和生态效益。