生态型透水沥青路面结构设计与性能研究

隋宇

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

随着改革开放的不断深化，我国城市化建设进入了蓬勃发展的高速阶段。大多数城市和住宅道路采用水泥混凝土或密实沥青混合料铺设，设计简单，技术成熟。

但是，使用此类材料建造的路面透水性较差，下雨后地表水难以向下渗透，直接沿地面流入城市排水系统，无法充分补充地下水，同时加重了市政排水的处理负担。使用生态型透水沥青路面具备诸多优势，可大幅度降低城市排水的压力，对建设“生态良性循环的人类聚居地”的生态目标具有重要作用。进入新时期之后，道路路面结构设计的研究受到关注，为了缓解城市建设中存在的问题，保障城市可持续发展，避免灾害发生，以下研究了生态型透水沥青路面的结构设计及其路用性能，以期为透水沥青路面设计提供参考。

1 生态型透水沥青路面的优势

1.1 生态型透水沥青路面透水性强

生态型透水沥青路面适用于城市的各种道路，如支线、次干路、主干道、高速公路等。采用开级配沥青混合料的特殊结构设计，空隙率可达18%～25%，结构层本身具有透水路径，因此生态型透水沥青路面可以将路面的降雨或水分迅速排入城市排水管网或地下路基，确保沥青路面无积水，减少地表径流量70%～80%，特别是黏性土路基的透水路面可以减少90%左右的地表径流，并对如氮磷、重金属等污染物具有过滤功能。利用生态型透水沥青路面的这一特性，可以在较大程度上补充地下水，对城市水文恢复具有重要作用。

1.2 生态型透水沥青路面可提高防湿滑性

普通沥青混凝土路面因不具备较好的透水性，没有雨水的排泄功能，降雨过后路面容易出现道路积水，导致路面湿滑，对交通造成较大影响，增加出行的安全隐患。而与普通沥青路面相比，生态型透水沥青路面最大的特点就是透水性强，可以迅速地将雨水排入城市排水管网或地下路基。路面不会产生积水，保持相对干燥的通行条件，因此可以大大增加车辆、行人与路面的摩擦力，缓解路面湿滑程度，降低雨天交通事故发生的概率。因此，生态型透水沥青路面在解决路面湿滑方面，具有推广运用价值。

1.3 生态型透水沥青路面降噪效果好

传统的沥青路面，在车辆行驶过程中会因为摩阻力对车辆的轮胎造成较大磨损，同时也会产生一定的噪声，对道路周边环境造成噪声污染。而生态型透水沥青路面，在车辆行驶过程中轮胎与地面间的空气会被挤压到蜂窝状孔洞中，路面能根据天气状态自行调节道路的湿润程度，既不会产生大面积积水，也不会过度干燥，可以有效降低滚动阻力及噪声，在一定程度上节约能源并降低车辆损耗。大量的实例表明，生态型透水沥青路面可降低噪声5dB 左右，降噪效果显著，因此，生态环保型静音路面，特别适合运用于园区景观道路。

1.4 生态型透水沥青路面降温性能更优

相较于普通沥青路面，生态型透水沥青路面因其特殊的结构，空隙率较大，在热辐射下，路面会吸收热量并将路面结构内部的水分变成水汽，最后通过沥青路面的空隙排出，有效降低路面温度，保持路面温度在一定范围内。因此，生态型透水沥青路面的降温性能更优，对解决夏季路面温度过高问题有重要作用。

1.5 生态型透水沥青路面整体投资成本低

生态型透水沥青混合料在施工生产过程中，由于粗集料比例较大，沥青含量相对较少，施工工艺也相对简单，可以有效控制生态型透水沥青路面的造价。与传统沥青路面相比，生态型透水沥青路面的成本优势主要体现在两个方面：一是生态型透水沥青路面运用了特定的级配技术，并与添加剂技术相结合，在路面的水稳性、耐久性上表现更佳，相较于普通沥青路面，其运营寿命可延长近5年，更加符合经济生态发展的思路、理念；二是生态型透水沥青路面的施工工艺简单，在施工过程中产生的管理费用较低，大大减少市政排水系统的整体建设投入，并在运营过程中，可以有效降低城市路面积水、内涝问题的管理费用，降低道路全周期的整体投资。

2 生态型透水沥青路面设计的原则

生态型透水沥青路面具有较大的空隙率，能够快速排出路面积水，与普通沥青混合料在结构上有很大不同，按照结构形式划分，生态型透水沥青路面包括排水式透水路面、半透式透水路面、全透式透水路面三类，它们的渗排水机理介绍如表1所示。

表1 生态型透水沥青路面渗排水机理列表

生态型透水沥青路面结构设计应该考虑以下两个原则。

第一，较高空隙率。为了保证透水性，透水沥青混合料应具有较高的空隙率，在设计时，应依据当地的气候条件选择合适的空隙率。第二，骨架-空隙结构。透水沥青混合料是一种骨架-空隙结构，其强度是通过沥青的黏结力及石料之间的嵌锁作用实现。设计时，应充分考虑生态型透水沥青路面的承载力。

3 生态型透水沥青路面设计的重点考虑因素

生态型透水沥青路面与传统普通路面一样，从上到下包括面层、基层、垫层及路基。基于生态透水型沥青路面存在的问题，生态型透水沥青路面在设计时，需要重点考虑的因素如图1所示。

图1 透水沥青路面设计考虑因素

3.1 路面结构层材料特性

为了保障生态型透水沥青路面的透水性，对路面结构透水层的材料性能均有要求，特别是透水参数，是决定沥青路面透水性能的关键。另外，为避免透水沥青路面出现水害，对其结构材料也有更高的要求。

3.2 水文、地质情况

设计生态型透水沥青路面时，水文、地质情况也是重点考虑的因素，主要包括土基渗透能力、地下水位高度、降雨特性、季节性冰冻深度几个方面。

3.2.1 土基渗透能力

土基的渗透能力受土壤类型的影响很大，是透水路面设计的关键因素。土质的渗透能力与含砂量成正比关系：当含砂量超过25%时，渗透能力较好；当含砂量低于15%时，渗透能力较弱。完全透水路面结构应考虑采用渗透能力好的土质，不宜采用软土、膨胀土、湿陷性黄土、盐渍土、粉质土及其他渗透能力差的土质。

3.2.2 地下水位高度

地下水位高度也是影响路面透水性的因素之一，主要原因是路基湿度受地下水位的影响较大。在同等条件下，路面透水性与路基的湿度成反比关系：湿度越大，透水性越弱；反之越强。

3.2.3 降雨特性

降雨特性主要包括三个因素：降雨重现期、降雨历时和降雨强度，其中降雨重现期是生态型透水沥青路面设计期间应综合考虑的因素。

3.2.4 季节性冰冻深度

如果冰冻深度大于生态型透水沥青路面的蓄水层厚度，一旦出现内部冻结，就会对透水性产生影响。在这种情况下，一般需要设置防冻层，在我国北方寒冷地区通常采用此方法。因此冰冻深度同样是透水性路面结构设计的一个考虑因素。

3.3 道路功能定位、路面结构强度要求

生态型透水沥青路面因需要保证路面的透水性，对材料的选用有特殊的要求，导致透水性路面结构强度相较于普通路面较低。因此在设计时，要结合道路的功能定位及交通量预期，充分考虑沥青路面结构的强度是否符合要求。根据以往经验，对于一般荷载量较小的人行道、广场、景观人行道等，全透式透水路面结构强度基本可以满足要求，机动车道需要通过承载性验算确定。

3.4 经济性

除了以上因素外，透水性路面结构设计还要充分考虑其经济性。例如，全透式透水沥青路面项目所在地的土质为黏土，就需要将一定深度范围内的路基换填成透水性良好的填筑材料，将大大增加工程造价，特别是经济不好、财政压力较大的地区应充分考虑。

4 生态型透水沥青路面的结构设计及性能

与传统的沥青路面结构相比，透水性和储水功能是生态型透水沥青路面在设计过程中考虑更多的内容。由于自身结构组成的特殊性，透水沥青混合料的最佳沥青含量和目标空隙率不同于普通沥青混合料的级配设计，虽然两类沥青混合料均由沥青、集料及矿粉、添加剂组成，但透水沥青混合料应符合（城乡建设部）工程建设行业标准《透水沥青路面技术规程》（CJJ/T 190—2012）的要求，具体见表2。透水沥青混合料配合比设计、性能研究包括以下工作：一是根据沥青结构设计区域的降雨量和其他气候条件，确定降雨等级，并根据确定的等级选择相应的空隙率和路面结构。二是根据《城市道路设计规范》（CJJ 37—2012）的要求和以往的工程经验，初步选择三组配合比，并估算油石比参数，待初选级配透水沥青混合料成型后，对比、分析和研究其相应的空隙率和强度，最终选择最佳级配设计组成。三是确定透水沥青混合料的最佳沥青用量。四是选择透水沥青混合料的添加剂种类。

表2 透水沥青混合料技术要求

5 应用于海绵城市路面的建议

近年来，城市内涝情况严重，俨然成为城市发展过程中的一个焦点。一方面，生态型透水沥青路面可以收集大量的地面降雨，并对雨水具有净化处理功能，有效补充地下水，在较大程度上缓解城市热岛现象；另一方面，生态型透水沥青路面可以吸附地面的灰尘，减少车辆通行产生的环境污染。因此，建议在海绵城市建设中，研究、推广及运用生态型透水沥青路面。

6 结语

随着我国城镇化的有序推进，城市规模也越来越大，导致城市雨水的排水管网系统压力剧增，一旦降雨量达到一定程度，就容易出现城市内涝，不能满足城市生态环境的可持续发展需要。因此，加强生态型透水沥青路面的研究势在必行，以此减少城市内涝的风险。从生态型透水沥青路面设计的原则、主要影响因素出发，探讨、分析了该类沥青路面的结构设计及性能，并提出了将生态型透水沥青路面应用于海绵城市的建议，对相关从业者的设计工作具有借鉴、参考价值。