長壽命全透水道路綠色施工技術研究

蘇立超 ，王中合

（1.邢臺路橋建設總公司，河北 邢臺 054001；2.河北省鋼混組合橋梁技術創(chuàng)新中心，河北 邢臺 054001）

1 引言

據(jù)2018 年交通運輸統(tǒng)計公報和2016 年住房和城鄉(xiāng)建設統(tǒng)計公報數(shù)據(jù)分析，截至目前，全國公路和道路養(yǎng)護總里程已遠遠超出600×104km，公路和道路養(yǎng)護市場巨大，養(yǎng)護體量和養(yǎng)護費用高昂，同時，國家在大力推進海綿城市建設中，更要利用占有重要作用的公路和道路點多、線長、面廣、交錯的網格化優(yōu)勢，充分發(fā)揮其透水效能，為解決城市內澇貢獻力量，因此，研究低維護的長壽命道路對于提高交通建設和城市建設高質量發(fā)展具有重要的推動作用。

2 技術簡介

長壽命透水道路是邢臺路橋建設總公司自主研發(fā)的一種新型的低成本維護透水式道路結構，主要結構層自上而下為：透水面層、透水基層、透水墊層和透水路基。如遇水穩(wěn)定性差的路基，可在墊層頂部增設隔離層，經隔離層阻斷的路面滲水通過盲溝、泄水槽、邊溝排出路基。主要創(chuàng)新點在于透水基層采用了多孔生態(tài)混凝土，其由單粒徑石料經水泥、水、改性劑固結而成【1】，形成了孔隙率大、結構受力好、免碾壓的骨架-孔隙結構。該結構形式的層次組成為透水面層厚度3～10cm，多孔生態(tài)混凝土透水基層厚度為17～30cm，透水墊層為15cm以及砂性土透水路基，各結構層可根據(jù)道路等級適當調整結構層厚度和組合形式，可廣泛應用于高速公路、等級公路、城市主干路、次干路、非機動車道、風景園林、停車場等工程建設中。

3 技術優(yōu)點

該結構體系具有經濟、耐久、高強、綠色等特點，已在河北、安徽、湖北、湖南等地各等級公路中得到了應用和推廣，其創(chuàng)造性地應用多孔生態(tài)混凝土基層具有以下顯著特點。

3.1 經濟

該結構的經濟指標明顯，其中低維護優(yōu)勢格外突出。2007年課題組在邢臺市百泉大道城市快速路鋪筑15km，組合后的結構層厚度較傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面厚度可減薄20cm，節(jié)約了建筑材料，建造成本低。

3.2 耐久

基層為骨架-孔隙結構，為粗骨料顆粒間通過改性后的水泥漿膜膠結而成，無細骨料和填充料，在運營過程中不會產生瀝青路面的水損害、唧漿等病害問題，較普通水泥混凝土體積收縮率小，較半剛性基層瀝青路面設計使用年限長，且抗凍融能力強、抗疲勞性能優(yōu)越，結構浸水后強度折減小等。多孔生態(tài)混凝土基層最早的應用項目使用年限已達17a，未發(fā)生任何破壞，體現(xiàn)了優(yōu)越的耐久性和低維護性，運營維護費用低。

3.3 高強

多孔生態(tài)混凝土基層抗壓強度6～15MPa，抗折強度大于1.5MPa，較半剛性基層具有更高的承載能力。結構的整體性較好，在采用錘頭進行敲擊試驗時，結構的破裂面發(fā)生在集料內部，充分證明了多孔生態(tài)混凝土的強度明顯地高于水泥穩(wěn)定碎石。

3.4 綠色

綠色主要體現(xiàn)在原材料和施工方法上，其中，基層所采用的骨料可就地取材，如河卵石，也可采用尾礦資源化利用制備的骨料；在基層施工中實現(xiàn)了40cm 厚一次攤鋪成型、自動覆膜養(yǎng)護，無需分層施工，也無需碾壓組合，基層結構密度為1 800～2 100kg/m3，自重輕、節(jié)省地材，孔隙率大于23%，具有良好的透水透氣性，可為建設海綿城市透水型道路提供重要的承重結構。

該結構的長壽命體現(xiàn)在基層采用多孔生態(tài)混凝土，該結構等同于水泥混凝土，使用年限可達20a 以上，后期無需維護。同時，瀝青路面的耐久性較普通瀝青混凝土路面更加優(yōu)越，路面的綜合使用壽命可達10a 以上，不用進行任何修復性維護。

4 施工工藝

4.1 路基夯實處理

影響道路使用壽命的關鍵因素是路基。路基失穩(wěn)導致路面結構的破壞已成為常態(tài)，特別是路基壓實度不夠、承載力不滿足設計要求、動荷載作用下導致的路面沉陷；施工質量問題或防水結構設計不合理導致雨水下滲，產生唧漿、坑槽、土基軟化等路基破壞。

基層施工前需要對原地基進行清表，然后，對路基進行共振夯實處理，使路基在大型共振夯實機的循環(huán)動荷載作用下快速沉降。共振夯實作用機理是利用工作裝置產生的高頻率、微振幅夯擊能連續(xù)垂直擊壓作用于土體，使土體在外力干擾下形成原位共振【2】。夯實壓應力為1.5MPa。試驗表明，采用共振夯實機處理后的地基，承載力提高了50%～75%，影響深度可達到10～15m，同時對加速路基沉降效果顯著。

4.2 墊層施工

墊層采用級配碎石、天然砂礫、處理后的建筑垃圾、尾礦等。宜遵循就地取材的原則，只要水穩(wěn)定性好、強度滿足要求的材料均可用在墊層。施工前應做好各項準備工作，加強原材料檢驗，進行試驗段鋪筑和總結，確定虛鋪厚度、最佳機械組合等參數(shù)。

4.3 多孔生態(tài)混凝土基層施工

4.3.1 石料整形處理

石料質量關乎到道路結構的使用壽命和耐久性，而國內大多石料廠破碎出產的石料粒徑不規(guī)范、針片狀含量高、含泥量泥塊含量大。課題組研發(fā)了空間石料整形機，石料經整形、篩分、清洗、存儲、檢驗合格后投入使用。處理后的石料具有粒徑規(guī)則、潔凈，力學性能優(yōu)良等特點，石料質量的提高可有效降低水泥用量，是延長道路使用壽命的材料保障。

4.3.2 多孔生態(tài)混凝土拌和

如進行新建高速公路、干線公路和城市主干路、次干路施工，多孔生態(tài)混凝土需求量較大時，需采用連續(xù)式拌和樓進行生產；而在透水性園林道路、城市廣場中應用時，可采用水泥混凝土拌和站加裝改性劑添加罐即可，該拌和方式較連續(xù)式拌和樓相比雖然效率低，但能完全滿足混合料攤鋪需求量且其工作性能更好。

1）改性劑是多孔生態(tài)混凝土的關鍵組成部分，其主要作用為緩凝、致密、二次水化反應等，具有改變水泥漿體微觀結構，增強水化產物間的內聚力，改善工作性能和增加混凝土強度的作用。

2）配合比設計，按JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》規(guī)定的假定容重法，可取1 800～2 100kg/m3，配合比各種材料用量參考范圍見表1。

表1 多孔生態(tài)混凝土配合比材料用量參考表

3）經攪拌站試拌調整好的配合比，在施工中應根據(jù)天氣、季節(jié)和運距等的變化，及其氣溫變化來適時調整，確保攤鋪現(xiàn)場的工作性和規(guī)范要求。

4.3.3 多孔生態(tài)混凝土運輸

混合料的運輸應根據(jù)施工進度、運量、運距及路況配備自卸式汽車或平板車。運輸車輛應加蓋苫布或棉被，減少混合料水分散失?；炷涟韬臀飶陌韬蜆浅隽系竭\輸、攤鋪完畢的運輸時間必須滿足在拌和物初凝之前完成，且車內壁涂抹憎水隔離劑。

4.3.4 多孔生態(tài)混凝土攤鋪

攤鋪可利用現(xiàn)有瀝青混凝土攤鋪機攤鋪，也可用水泥滑模攤鋪機攤鋪。攤鋪厚度可從15～40cm 一次成型，其特點是免碾壓施工，無需像傳統(tǒng)工藝一樣進行碾壓組合。攤鋪過程中，攤鋪機的熨平板使用振搗功能。攤鋪過后，自行覆膜養(yǎng)護，施工簡便，可成倍加快施工進度，省時、省力、省機械，待養(yǎng)護期滿后可直接施工面層，無需設計透層油，基層頂部的粗糙面能夠保證基層與面層黏結更牢固。

4.3.5 多孔生態(tài)混凝土養(yǎng)護

同步白色透明塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護，養(yǎng)護時間應根據(jù)混凝土強度增長情況而定，一般宜為3～7d。養(yǎng)護期間應保持薄膜完整，薄膜破裂時應立即補水并進行修補?；鶎映跄安坏脭_動、擠壓或踩踏。養(yǎng)護期間，嚴禁人、畜及灑水車在內的一切車輛通行。

4.4 面層施工

排水瀝青路面采用開級配瀝青混凝土面層，是一種具有相互連通空隙的開級配的混合料【3】，瀝青采用高分子橡膠改性瀝青，面層孔隙率為20%～25%，具有排水、降噪功能，可解決普通瀝青路面降雨后行車水漂、濺水、水霧造成的路面抗滑能力降低，縮短了剎車距離，提高了行車安全性，同時，擁有良好的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性。

通過以上各結構層的組合，形成了長壽命全透水道路結構體系，適用于各種道路工程中，并先后在城市快速路、城市主干路、高速公路和等級公路中得到了廣泛應用，極大地降低了道路運營維護費用，取得了顯著的經濟和社會效益。

5 結語

當前道路交通的大流量、重交通現(xiàn)狀以及保護生態(tài)環(huán)境和建設節(jié)約型社會的發(fā)展要求，使長壽命透水道路的優(yōu)點日益突出。同時，長壽命全透水道路是建設海綿城市透水道路的理想結構，將為解決城市內澇、補充地下水提供重要技術保障。今后要著力解決透水道路孔隙堵塞的問題，探索建造自清潔透水道路和固廢再生骨料透水道路等先進技術，不斷推動我國道路工程建設向綠色高質量發(fā)展實現(xiàn)新的突破。