渗水路面

渗水路面（精选3篇）

渗水路面 篇1

水是造成沥青路面早期破坏的一个重要因素, 特别是南方潮湿多雨地区, 这种水造成的路面破坏更为明显。水渗入路面的途径有多种, 一般是通过路面裂缝、结构层粒料间的空隙进入结构层内部, 在行车荷载的作用下, 沥青路面会出现唧浆、网裂、坑洞等多种水破坏, 使沥青混凝土整体强度下降并导致严重车辙、沉陷等结构性破坏, 从而影响路面服务功能, 缩短路面使用寿命。由此可见, 渗水对沥青路面的质量有着极大的危害性, 必须采取措施加以防治。

1 路面渗水原因

1.1 面层的原因

在沥青路面结构设计中, 面层一般选择半开级配、开级配结构沥青混凝土设计 (即Ⅱ型沥青混凝土) , 这种结构具有很好的骨架, 抗车辙能力强, 粗糙的表面可以满足抗滑要求, 高温稳定性好, 但路面空隙率大、结构密水性差、容易透水, Ⅱ型沥青混凝土级配的设计空隙率在8%左右, 施工空隙率在12%左右, 有关研究表明, 空隙率在8%~12%之间的路面是最容易发生渗水现象的区域。

1.2 基层的原因

目前公路基层普遍采用半刚性结构, 该结构整体强度高, 水稳性好, 成型快, 但由于结构自身的干缩和温差变形, 半刚性基层结构容易产生裂缝, 一般裂缝会反射到路面面层, 成为路表水下渗的通道。

1.3 施工的原因

1) 沥青面层碾压不充分, 压实度达不到要求。在面层施工过程中, 常常由于碾压时混合料温度偏低, 碾压不及时, 施工操作不规范或片面追求表面平整度等原因, 造成路面压实度不足, 路面空隙率偏大, 致使路面渗水, 导致早期破坏。实验证明, 配合比设计时空隙率为4%的同一种沥青混凝土, 在不同压实度下的现场空隙率有明显差别, 在压实度为96%时, 现场空隙率接近8%;在压实度为98%时, 现场空隙率接近6%, 前者的渗透系数将明显大于后者。2) 面层混合料不均匀, 存在离析现象。沥青混合料在拌和、运输、摊铺过程中会出现一定的离析, 施工中如未认真处理, 摊铺的面层就会存在不均匀性, 特别是在粗集料较多的位置, 沥青混凝土的空隙率较大, 路面渗水就愈严重。

1.4 材料的原因

集料的品质差 (如采用酸性的砾石) 、沥青的使用性能不佳以及沥青混合料级配不良等因素, 都会影响集料与沥青的粘附, 而集料与沥青的粘附力下降会导致沥青膜与集料之间丧失粘结力并从集料颗粒表面脱落下来, 集料颗粒间由于沥青膜的脱落, 会因此形成许多渗水的缝隙, 渗水又加剧破坏沥青膜与集料粘附, 从而引起面层剥落和松散, 削弱沥青混凝土路面强度和密实性。

1.5 路面排水系统不够完善

实践证明, 沥青路面绝对不透水不可能, 设计时往往重视路表水排水系统的设计, 忽视路面结构层的排水以及有效防水层的设置, 渗入路面的水甚至一直下渗到土基, 使土基发软, 在行车作用下, 造成路面结构性破坏。

2 防治措施

2.1 合理选择面层结构型式

面层结构既要有足够的结构强度、温度稳定性及抗滑性, 还要具有良好的防水性能, 因此沥青面层中应设置一层I型密级配沥青混凝土, 以防止雨水下渗。如果面层为沥青碎石混合料, 则应在基层上做好下封层。

2.2 提高路面施工质量

1) 加强半刚性基层的施工质量控制, 减少和防止反射裂缝的发生, 也减少渗水的通道。施工中, 可以通过合理选择材料, 严格控制基层混合料的配合比和碾压时的含水量, 重视洒水保湿养生以及及时做好下封层和沥青面层, 来有效地减少和防止基层初期破坏和干缩裂缝的产生, 另外, 在半刚性基层上全幅铺设土工布、土工格栅或预切横缝也能延缓裂缝的发展。2) 保证面层压实度。为保证面层具有良好的防渗水性能, 要求上面层压实度不小于98%, 现场空隙率不大于6%;中面层、下面层压实度不小于97%, 现场空隙率不大于7%。3) 提高沥青面层的均匀性。施工中各道工序应严格把关, 以有效减少混合料离析, 确保沥青面层均匀。a.拌和:应经常检查搅拌机中的相关部件, 如拌叶等, 并严格控制搅拌时间, 注意观察混合料中是否有明显骨料分离现象, 如发现, 应查明原因, 及时处理。b.运输:应适当平整运输通道, 降低行驶速度, 使运输过程中尽量减少颠簸, 另外对沥青拌和料要采取保温措施, 尤其是较长距离的运输, 如加盖蓬布等。c.摊铺:尽量采用具有大直径、低转速螺旋布料器的摊铺机, 降低螺旋布料器的高度, 并使混合料的高度超过螺旋布料器, 这样可以提高螺旋布料器的输送率, 降低转速, 减少不同物料颗粒之间的惯性差异, 另外还要控制摊铺的宽度, 最好不超过6~7m, 摊铺宽度较大时, 应采用多幅摊铺, 这样可以降低离析。施工中如仍发现不均匀现象, 应人工及时进行处治。

2.3 增强沥青和集料的粘结力

沥青和集料之间粘结力的大小, 主要决定于集料的品质和沥青的性能。应选择规格尺寸均匀, 表面洁净干燥无灰尘、无风化, 质地坚硬, 扁平细长颗粒含量少的集料。同时, 集料的表面还要有一定的粗糙度, 这有利于沥青对集料的包裹, 外表光滑圆润的卵石不宜直接采用, 应经破碎机破碎之后使用。此外应优先选用碱性石料, 因其与沥青的化学吸附作用强, 对于花岗岩、石英岩、砂岩等酸性石料则应掺加消石灰粉、生石灰粉、水泥或其它抗剥离剂, 以改善沥青和集料的粘结性。沥青最好选择低针入度、高软化点、高粘度的优质沥青, 含蜡高的沥青不宜使用, 还可以对沥青掺加各种不同类型的改性剂来提高沥青的粘附性, 即使用改性沥青。施工中为改善沥青路面的粘结性, 可将沥青混合料的施工油石比比设计油石比调高0.1%~0.2%。

3 结语

沥青路面渗水是引起沥青路面早期破损的一个重要因素, 通过合理选择面层结构类型、提高路面施工质量、增强沥青和集料的粘结力、完善路面防排水系统等措施, 可以有效防止路面渗水的发生发展, 延长公路的使用寿命。

摘要：分析了沥青路面渗水的原因及其危害性, 提出合理选择面层结构类型、提高路面施工质量、增强沥青和集料的粘结力、完善路面防排水系统是防止沥青路面渗水的有效措施。

关键词：沥青路面,渗水试验,渗水系数,影响因素,空隙率,防治措施

参考文献

[1]罗杰, 张亮, 万剑平.沥青桥面铺装层渗水的危害性与处理方法[J].中南公路工程, 2004.

[2]刘存柱, 郑辉, 孙维东.沥青路面渗水测定方法及其指标探讨[J].辽宁省交通高等专科学校学报, 2004.

[3]沈金安, 李福普, 陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[4]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民出版社, 2001.

渗水路面 篇2

1 工程简介

国家高速公路网青岛至兰州公路的重要区段山西境临汾至吉县段高速公路是国家高速公路网“7918”规划方案第六横的重要组成部分, 是山西省“十一五”规划重点建设项目之一。本项目起点位于山西襄汾县西邓村, 东接准备修建的长临高速公路的临汾枢纽互通, 经过临汾市襄汾县、乡宁县、吉县, 终点在晋陕界的苇子湾黄河特大桥西岸, 全长99.27 km。它的建设对于完善国家和山西省高速公路网, 改善地方区域交通条件, 促进高速公路沿线地区资源开发和经济社会协调发展具有非常重要的意义。

2 沥青路面的渗水试验检测方法

2.1 路段与测点的选择

山西平阳路桥有限公司负责其中路面第LM2合同段的施工, 路线起讫桩号为K197+500~K219+000, 长度21.3 km。主要路面结构为右幅上面层为AC-13、中面层为AC-20、下面层为AC-25、基层为水稳碎石;左幅上面层为AC-13、中面层为AC-20、下面层为ATB-25、基层为水稳碎石;本测试选取临吉路面二标段新铺筑的施工路段为试验检测路段, 测点布置在不同结构层铺筑后的500 m路段内, 同一断面选择5个测点。

2.2 高速公路现场渗水试验检测方法

在本标段试验现场进行渗水试验的检测仪器为HDSS-B型渗水试验仪, 这个仪器上半部分为600 m L容积的有机玻璃量筒, 在有机玻璃量筒100 m L及500 m L这两处都具有比较粗的标线, 有机玻璃下面通过一个直径10 mm的较细管和底座直接连接在一起, 开关在中间, 我们在现场进行渗水试验检测, 步骤如下:1) 用玻璃泥、黄油、橡皮泥等密封性材料将仪器同沥青路面接触处进行密封。2) 在上边压上配重块, 并关闭开关, 然后向有机玻璃量筒中开始进行注水。3) 开启开关, 等待有机玻璃量筒中的水将渗水试验仪底部的空气排出后关闭开关。4) 重新把有机玻璃量筒注满水, 打开开关, 当水面下降到100 m L时, 采用秒表进行计时, 每隔60 s进行水面刻度的读数。当水面下降至500 m L刻度时截止。根据此步骤在同一检测路段对5个检测点进行渗水系数的检测, 采用5个检测点的平均值作为最终的检测结果。

通过公式进行渗水系数的计算, 进行计算时应以渗水试验仪器中水面由100 m L降至500 m L时所用时间为标准, 若时间过长也可通过3 min所经过的水量进行计算。。

其中, Cw为沥青路面的渗水系数, m/min;V1为第一次计时的水量, 通常为100 m L;V2为第二次计时的水量, 通常为500 m L;t1为第一次计时的时间, s;t2为第二次计时的时间, s。

最后列表对同一检测路段的每个检测点的渗水系数进行逐个报告, 对5个检测点的平均值, 标准差及其变异系数进行计算, 并对其影响因素进行分析。

3 高速公路沥青路面渗水系数的影响因素分析

3.1 高速公路沥青路面渗水的形成原因

1) 沥青路面面层渗水的原因。我们国家在沥青路面结构设计中, 沥青面层一般情况下会选择空隙率较大的半开级配、开级配的沥青混凝土设计, 这种半开级配、开级配的沥青混凝土的设计空隙率一般在8%左右, 施工现场经检测空隙率一般都在12%左右。经过试验研究表明, 当路面空隙率在8%~12%之间的沥青路面是最容易产生渗水的区域。路面空隙率越大, 渗透进水的时间会越短。在同样的降水情况下, 单位时间内流量越大, 渗透速度越快, 渗透系数就越大。空隙率过大, 还能使空气容易进入路面结构层, 致使沥青氧化变脆, 影响沥青路面的正常使用和降低使用年限。

2) 沥青路面基层渗水的原因。当前我国的各等级公路的基层普遍采用半刚性结构基层, 由于这种结构本身的温差变形和干缩变形, 导致半刚性基层结构较容易产生裂缝, 基层裂缝会反射到沥青路面的面层, 成为路面水下渗的主要通道。路面基层应选择密实而具有良好骨架结构的沥青混合料, 才不会使得路面发生表面型水损坏;路面基层应使用良好的透层和粘层材料, 这样路面整体的强度足够, 才不会发生内部型水损坏;处理好接缝, 避免缝边粗细级配料离析和压实度不足。

3.2 沥青混合料的类型

通过临吉高速公路路面的大量检测数据来看, 中面层的渗水能力要弱于下面层, 这说明了粗粒式沥青混凝土的空隙率要大于中粒式沥青混凝土;下面层渗水系数的变异性要大于中面层, 这也说明了下面层的现场施工质量控制上不如中面层。从而也反映了公称最大粒径与空隙率和公称最大粒径与路面施工技术变异性的匹配关系。

3.3 铺筑材料的影响

沥青混合料的材料对混合料的空隙率影响非常大, 进而影响渗水系数也非常大, 临吉路施工中, 使用了机制砂的路段明显比使用天然砂的路段渗水量大 (机制砂普遍偏粗) 。填料应选择干燥洁净, 亲水系数小的石灰岩磨细矿粉, 好的矿粉影响到混合料的拌和均匀性, 沥青路面的粘结性。

3.4 级配的影响

施工过程中, 要控制原材料质量的稳定, 严格控制级配曲线上关键筛孔的通过率以保证级配的稳定, 不能随意、频繁变动配合比。

3.5 施工影响

施工技术中我们应该注重使用新的技术, 新的工艺和新的材料, 严格控制施工过程中的每一个施工工序质量, 施工过程中对渗水系数的影响主要是沥青混合料的离析及沥青混合料的碾压施工。施工时我们要严格控制沥青混合料拌制过程和运输过程中沥青混合料的离析及沥青混合料施工现场的碾压工序, 碾压机械组合。

4 高速公路沥青路面渗水的防治方法

4.1 科学的选择面层的结构形式

我们应该选择具有好的强度刚度、防滑性能以及温度稳定性的面层, 同时还应保证结构的防水性。沥青面层应进行密集配沥青混凝土的各种配合比试验, 然后在沥青面层中应设置一层根据试验结果选择最佳配合比密级配沥青混凝土, 以避免雨水下渗。

4.2 沥青路面的施工工序质量控制

加强对半刚性基层的施工进行质量控制, 施工过程中, 应对材料进行合理选择, 并对基层混合料的配合比以及碾压过程中的含水率进行合理地控制。

4.3 提高沥青同集料间的粘结力

沥青同集料间所存在的粘结力主要是由混合集料的质量以及沥青的性能所决定的。

4.4 提高结构层间的粘结力

层间结合的好既有利于结构层的整体性, 又能够起到一定的防水作用。在今后的施工中应加强透层、粘层、封层的施工质量。保证透层、粘层的洒布时下承层洁净、洒布均匀足量, 封层施工要保证原材料质量、保证施工层厚度。

4.5 改善沥青路面各种防水排水设施

施工图设计时我们应重视对沥青路表排水系统的设计, 以提高路面表层结构层的排水效果, 进行路面排水时主要依靠的是路面的横坡以及路线的纵坡来实现水的排出。

4.6 及时对已经渗水的沥青路面进行治理

当我们发现沥青路面已经渗水时, 就必须及时采取有效的方法来恢复路面的防水功能, 以降低渗入的雨水对路面的破坏性。

5 结语

对于沥青路面来说, 渗水损害是破坏路面质量, 降低路面使用寿命的主要危害之一, 在路面投入使用前, 对其进行渗水试验检测, 尽量减小混合料的离析, 增强沥青面层的密实性, 对路面的排水设施进行改善, 严格控制沥青路面的质量, 从而确保铺筑一条高性能的沥青路面。

渗水路面 篇3

关键词：路面排水,裂缝,渗流

水是危害公路的主要自然因素。水的作用加剧了路基和路面结构的损坏,加快了路面使用性能的恶化,缩短了路面的使用寿命[1]。SEEP/W能有效地模拟多层路面结构的非饱和排水。本文基于前人非饱和土参数值的研究,运用有限元软件针对带裂(接)缝的沥青路面和水泥混凝土路面结构进行渗流模拟,分析新建路面与带裂缝路面结构雨水入渗量,路面内部排水系统对以上结构的排水性能改善程度。

1 路面结构层渗流模型

非饱和土与饱和土的根本区别在于,前者为三相体,部分空隙由气体填充。Fredlund采用两个独立应力状态变量进行非饱和土的理论应力分析。这两个独立应力状态变量是净法向应力(σ-μw)和基质吸力(μa-μw)。其中,σ为土体单元法向应力;μa为孔隙气压力;μw为孔隙水压力。饱和土是非饱和土的一种特殊情形,即μa-μw=0,因此只有一个应力状态变量(σ-μw)。通常在工程应用中假定孔隙气压力与大气压强相等,于是μa=0,因此非饱和区的压力势就是负孔隙水压力(-μw),即基质吸力就用负孔隙水压力来衡量。

其中,y为距离地下水位的距离,水位以上为负,水位以下为正;γw为水的重度。对于非饱和渗流,土的渗透系数不是一个常数,而是一个与饱和度和含水量相关的变量,记作k(θ),其中θ为体积含水量。Richard(1931年)将Darcy定律应用到非饱和流中,并推导得出非饱和渗流基本微分方程:

其中,H为总水头;kx,ky,kz分别为x,y,z方向的渗透系数。Richard方程可以分别由含水率、毛管压力水头等写成不同的表达方式。由于无法求得解析解,一般采用数值方法进行求解。

2 沥青路面接(裂)缝入水

Ridgeway直接在已使用多年的旧路面上进行表面水渗入率的测定试验,建议采用接(裂)缝的渗入率作为指标,并提出设计值为100 cm3/(h·cm)。我国公路排水设计规范依据国内部分旧路面的表面水渗入率测定结果,采用Ridgeway的指标,建议面层存在裂缝的沥青路面的表面水渗入率设计值为0.625 cm3/(h·cm2)。依据所选取的设计渗入率,可以按沥青路面接缝和裂缝的数量计算纵向每延米表面水设计渗入量:Q1=IaB+kpB。其中,Ia为每平方米有裂缝沥青路面的表面水设计渗入率,m3/(d·m2);kp为表面水对每平方米未开裂路面表面的渗透率。

3 计算采用模型

采用上述中央分隔带入水计算模型,本文通过研究降雨条件下沥青路面接(裂)缝入水以及沥青混凝土孔隙入水,采用重丘区高速公路横断面24.5 m,半幅2×3.75 m行车道+2.5 m硬路肩+0.75 m土路肩+3 m中间带,行车道与硬路肩横坡为2%,土路肩为4%。路面结构为18 cm沥青混凝土面层+36 cm水泥稳定碎石(比选:排水基层)+20 cm水泥稳定砂砾底基层。路面设定为降雨边界。雨型采用5年一遇2 h降雨历时降雨强度8.4e-6 m/s。沥青路面行车道中间一条裂缝,路面与路肩处一条接缝,裂缝与接缝贯穿面层至基层顶面,宽度1 cm。

结构层材料的非饱和参数取值见表1,由于路面结构具有对称性,分析模型取半幅剖面进行计算分析。面层为四边形网格,单元格为0.025 m×0.025 m,共有960个。基层包括四边形与三角形网格,单元格为0.025 m×0.025 m,共有4 008个。土基包括四边形与三角形网格,单元格为0.05 m×0.05 m,共10 068个。断面共划分单元格15 036个。

输出结果选用两行车道中心断面(距离道路中线6 m),面层、基层与底基层结构中心点。鉴于路面结构的对称性,本文选用路面左幅断面进行非饱和渗流模拟,道路中心线断面没有水流交换,设定为Q=0流量边界,地下水位深3 m,结构底面设定为定水头边界H=0,路面与中央分隔带为降雨边界,裂缝周围设定为定水头边界H=0。计算结果选取点位置示意图见图1。

4 计算结果分析

图2为裂隙结构与新建路面结构基层降雨期间体积含水量分布。降雨1 h内,两种结构的体积含水量接近,保持初始值6.5%。接下来1 h,裂隙结构基层体积含水量增长速度比新建路面快,截止到计算时间末t=7 200 s,裂隙结构基层体积含水量增加到饱和值24%,比新建路面基层体积含水量19%高5%,说明裂缝的存在将导致表面水入渗量大大增加。

图3为雨停后面层体积含水量分布。排水基层结构面层由含水量饱和值8%降到5%用了24 h,而密级配基层结构体积含水量降到5%用了400 h。由于体积含水量5%接近面层材料的残余含水量值4.6%,随后面层的排水速率趋于平缓。说明排水基层能迅速排除面层中和积滞在层间的自由水。

5 结语

进行沥青混凝土路面接(裂)缝降雨入渗模拟,假定行车道中间一条裂缝,路面与路肩处一条接缝,接(裂)缝宽1 cm。接(裂)缝的存在导致结构层雨水渗入量大幅增加。对于密级配基层,入渗的自由水积滞在结构层与层间;面层下设置排水基层能迅速排除结构层中的雨水。

参考文献

[1]John Stormont,Shenxiong Zhou.Improving Pavement Subsur-face Drainage Systems by Considering Unsaturated Water Flow[R].Department of Civil Engineering,University of NewMexico,AIbuquerque,New Mexico,2001.

[2]Paola Ariza,Bjorn Birgisson.Evaluation of Water Flow throughPavement Systems[R].Civil and Coastal Engineering Depart-ment,University of Florida,Florida,2002.

[3]张迎春.沥青稳定碎石排水层的设计与试验研究[D].长沙:湖南大学土木工程学院,2003.

[4]Perera Y Y.Moisture equilibria beneath paved areas[D].Ari-zona State University,Arizona City,2003.

[5]American Association of State Highway and Transportation Of-ficials.AASHTO Guide for Design of Pavement Structures.Washington,D.C.,1998.

[6]刘建华,郭忠印.基于非饱和土理论的公路排水设计方法[J].同济大学学报,2006,34(2):191-195.