1. 研究目的与意义
路基路面的强度与稳定性同水的关系十分密切。路基路面的病害多种多样,形成病害的因素也有很多,但水的作用是主要因素之一,因此路基路面在设计、施工和养护的过程中,必须十分重视路基路面的排水工程。
根据水源的不同,影响路基路面的水流可分为地面水和地下水两大类,与此相适应的路基排水工程,则分为地面排水和地下排水。
地面水主要包括大气降水(雨雪)以及海、河、湖、水渠及水库水。地下水包括上层滞水、潜水及层间水等,它们对路基的危害程度,因条件不同而异。
2. 国内外研究现状分析
世界各国对公路排水设计都极为重视,并制定了专用的规范和指南,介绍了道路工程及有关排水结构的各种形式及其设置排水设施的依据和方法,如前联邦德国的《公路排水设施指南》(1987)、日本的《道路排水工程指南》(1987)、英国的《路边地面排水沟槽水力设计》(1989)和《地面排水沟槽出口设计》(1996)、法国的《道路排水技术指南》(2006)等,用以指导工程技术人员进行排水设施的设计与施工,日本在《日本高速公路设计要领》中将排水设计作为一项重要的设计内容加以详细介绍。
美国在20世纪60年代末和70年代初通过调查和经验总结,认识到了路面内部排水的重要性,在1973年便由联邦公路局组织制订了路面结构内部排水设计指南,以引导和推动公路部门采用路面内部排水措施。到1996年,经过20余年的使用经验和研究成果的积累,又进一步在aashto路面结构设计指南中,将排除渗入路面结构内水分所需的时间和一年内路面结构处于水饱和状态的时间比例作为指标,在路面设计中作为一项设计因素予以考虑。目前,在美国,路面结构内部排水系统已成为一项常用的措施,一些州的路面通用结构断面中也做了相应的规定。
而在我国的公路建设中,由于种种原因,对排水系统设计的认识有一个反复的发展过程。1992年罗旺华等从水文,水力角度出发,通过模型足尺实验,提出了以拦水带直式泄水口、格栅构成的路面集中排水设计方案,1997年同济大学在总结国内外经验的基础上主编了我国第一部公路排水设计规范《公路排水设计规范》(jtjo18一97),1998年在上海铺筑了95m长的多空隙沥青稳定碎石基层内部排水系统试验路,对路面结构排水进行了初步研究。直到《公路排水设计规范》发布后,我们才对排水系统设计有了比较统一的认识。但是,由于我国幅员辽阔,各个地区的气候、环境及工程地质条件差异很大,《规范》只能对排水设计做宏观的规定,具体应用到工程实际中,还需要根据具体情况对排水系统进行实际分析设计。由于工程人员的经验不足及对实际地质条件了解不够,又硬搬《规范》,从而造成路面结构层发生大面积早期破坏,这样的例子屡见不鲜。
3. 研究的基本内容与计划
内容:
本文首先应探讨问题的提出和研究意义,分析国内外同类研究的现状与前景,给出本课题的研究内容和技术路线。重点是对沥青路面排水系统的分析,包括:(1)路面表面排水系统;(2)中央分隔带排水系统;(3)路面内部排水系统;(4)边缘排水系统;(5)排水基层的排水系统。本课题应总结国内外近十年来高速公路建设经验,以《公路排水设计规范》为理论依据,借鉴城市道路排水设计方法,根据平原地区公路工程的实际情况,分别对直线段、超高段情况下的路界地表排水设施进行研究,提出适合平原区平坡路段高速公路路界地表排水系统;在平坡路段排水设施设置完善的基础上,通过水文分析和水力计算,根据不同降雨强度地区,不同等级公路得出排水设施尺寸推荐值;对本文所提出的路界排水设施进行稳定性和经济性分析,证明其可行性。
除此之外,并对排水和附属工程施工过程质量控制提出相应的要求,提高公路建设速度、确保工程质量、降低工程造价。通过选取典型的路段设计公路路面综合排水及附属工程,进行沥青路面水损害的调查与分析。该设计要根据公路工程具体的气候、地貌、地形等条件进行合理设计,选择不同的排水方式迅速排出雨、雪等降水,减少影响沥青路面行车安全和耐久性。还要进行基于改善路面排水能力的研究及几何设计,给出相应的建议。
4. 研究创新点
由于沥青路面使用沥青结合料,因而增强了矿料间的粘结力,提高了混合料的强度和稳定性,使路面的使用质量和耐久性都得到提高。沥青路面的耐久性主要依靠沥青与集料之间的粘附程度,水和矿物的作用破坏了沥青与集料之间的粘附性,是影响沥青路面耐久性的主要因素之一。提高沥青路面水稳定性的技术措施有:(1)完善路面结构排水系统。路面结构设计应保证地表水、地下水及时排出结构之外;(2)沥青材料的选择应考虑选取粘度大的沥青和表面活性成分含量高的沥青;(3)集料的选择,在其他各项指标满足要求的前提下,尽量选择碱性集料,若不可能得到碱性集料时,应掺加外掺剂,以改善粘附性,如消石灰、抗剥离剂等;(4)施工时保持集料干燥,无杂质,拌合充分,摊铺时不产生离析,碾压时保证达到压实要求等。本课题的主要任务就是探讨路面结构排水系统对于沥青路面稳定性与耐久性的影响。以后的研究方向主要在于以上各技术措施的应用及实用效果分析。今后随着高等级公路的进一步发展,人们对环境保护、水土流失等问题的日益重视,公路排水工程也会越来越受关注,公路的排水设计将得到更快的发展和完善。
