CN109235179A - 一种降低城市热岛效应的保排水路面结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低城市热岛效应的保排水路面结构及其施工方法，该结构自底层向上依次为沥青稳定碎石基层(6)、下封隔水层(5)、蓄水碎石层(4)、大孔隙保水混凝土层(3)、透水应力吸收层(2)和大孔隙透水沥青混凝土层(1)，排水路缘结构(7)设置在大孔隙透水沥青混凝土层(1)的靠近路缘的一侧，且其靠路面的侧面设置排水过滤网(8)、其下方安装有排水管道(9)；其制备步骤为自底层向上依次铺筑，且将排水管道(9)预埋于路缘带处，并在其上安装带有排水过滤网(8)的排水路缘结构(7)。本发明一方面确保了雨季路面无积水、提高行车安全，另一方面收集的水分可逐渐吸热蒸发，降低路表温度并且缓解城市的热岛效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低城市热岛效应的保排水路面结构及其施工方法，属于功能性道路材料与结构技术领域。
背景技术
市政道路是城市交通基础设施的重要组成部分，其分布广泛且占地面积巨大，因此有效地利用市政道路结构对构建绿色生态城市至关重要。近年来，海绵城市概念的提出为城市市政道路的改进提供了方向。通常而言，通过设置排水路面结构迅速排除路面积水，减缓夜间路面反光，并提高路面抗滑性能以确保行车安全。然而，作为重要资源的水分通过排水渠汇集后，大部分被排除于道路结构；此外，城市道路主要以沥青混凝土为主，夏季高温多雨季节容易出现高温变形类病害，若能及时地为道路结构“降温”，也是避免高温病害发生的有效方法。
现阶段对城市道路保、排水功能的研究较少，但同样显现出了较多问题：1)排水路面主要由多孔沥青混凝土建造而成，由于孔隙率较大，在高温与渠化交通作用下路面结构逐渐压实变形，孔隙逐渐减小，排水性能显著下降；2)在保水路面结构方面，一方面以多孔沥青混凝土为基体，在孔隙结构中灌注保水材料以实现保水功能，但该方式不论对保水或排水功能均有影响；另一方面，中国专利文献CN103952959B公开了一种面层半保水式透水沥青路面，在面层中设置保水结构，但该结构并不能为上面层沥青路面的温度条件提供帮助。由此可见，设计一种新型保、排水路面结构以利用市政道路结构，实现促进功能型城市交通基础设施的建设与发展的目的，该新型保排水路面结构需要具备以下优势：优异的排水性能，能快速排除路表积水，确保行车安全；有效的保水性能，通过设置的保水结构存储水分，能够在高温季节吸收热量蒸发，降低路面温度以减少高温车辙病害发生概率，并缓解城市热岛效应。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种降低城市热岛效应的保排水路面结构及其施工方法，该路面结构包含了保水与排水功能，路用性能优良且耐久性较高，解决了现阶段城市道路透水性道路缺乏、渠化交通段沥青路面高温病害严重的难题。
技术方案：本发明提供了一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，该保排水路面结构自底层向上依次为沥青稳定碎石基层、下封隔水层、蓄水碎石层、大孔隙保水混凝土层、透水应力吸收层、大孔隙透水沥青混凝土层，在大孔隙透水沥青混凝土层的靠近路缘的一侧设置有排水路缘结构，排水路缘结构靠路面的侧面设置排水过滤网，排水路缘结构的下方安装有排水管道。
其中：
所述的大孔隙透水沥青混凝土层的厚度为4cm～5cm，采用透水沥青混凝土材料建造，孔隙率为20％～25％，且透水沥青混凝土采用的沥青为添加高粘度改性剂的沥青，高粘度改性剂需确保沥青的60℃动力粘度≥20000Pa.s。
所述的透水应力吸收层设置于大孔隙透水沥青混凝土的下层，其由橡胶沥青混凝土制成，孔隙率为12％～15％，厚度为2cm～3cm。
所述的大孔隙保水混凝土层设置于透水应力吸收层的下层，该层厚度为10cm～15cm，采用孔隙率为20％～25％的多孔水泥混凝土作为基体，内部灌注保水性材料制成；所述的作为基体的多孔水泥混凝土无砂或少砂水泥混凝土，该无砂水泥混凝土由水泥、粉煤灰、粗集料、减水剂、硅灰与水混合而成，其中粗集料颗粒粒径＞4.75mm；所述的保水性材料的保水性达到25％以上，流动度为10s～14s，由水泥、高炉矿渣、矿粉、保水剂与水混合而成，通过人工与机械平板振捣的方式压入基体，从而形成大孔隙保水混凝土层。
所述的蓄水碎石层设置于大孔隙保水混凝土层的下方，其厚度为15cm～20cm，由级配碎石材料组成，该级配碎石中粒径大于4.75mm的粗集料占级配碎石整体质量比70％以上。
所述的封隔水层设置于蓄水碎石层的下方，其厚度为0.5cm～1cm，封隔水层由乳化沥青、符合“公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004”要求的级配集料、水和外加剂混合而成的稀浆封层构成，以防止水分继续下渗进入沥青稳定碎石基层。
所述的沥青稳定碎石基层由沥青稳定碎石构成，其厚度为8cm～9cm。
所述的排水过滤网的上端高出大孔隙透水沥青混凝土层的上底面，排水过滤网的下端与大孔隙透水沥青混凝土层的下底面平齐；所述的排水路缘结构内部设置排水口，与排水管道相连，用于排除聚集于大孔隙透水沥青混凝土层中的积水。
所述排水路缘结构为高20cm～25cm，上、下部宽分别为10cm～15cm、15cm～20cm的混凝土结构。
排水过滤网采用钢制材料制作，长、高分别为50cm～70cm与8cm～10cm。
本发明还提供了一种降低城市热岛效应的保排水路面结构的施工方法，该方法包括以下步骤：
1)以沥青稳定碎石作为路面结构基层，铺筑过程中由路中央向路边缘方向设置一定的横向坡度，且路中央高于路边缘，采用压路机进行压实，成型后得到沥青稳定碎石基层；
2)在沥青稳定碎石基层上撒布乳化沥青透层油，并铺筑稀浆封层，其厚度为0.5cm～1cm且完全密水，作为下封隔水层；
3)在下封隔水层上以级配碎石为材料、采用压实设备压实成型，确保强度复合规范要求，得到蓄水碎石层；
4)在蓄水碎石层上架模施工多孔水泥混凝土基体结构，养生7天～10天后，将保水性材料撒布于多孔水泥混凝土基体结构上，采用人工与机器振捣相结合的方法将保水材料灌入多孔水泥混凝土基体结构孔隙中，形成大孔隙保水混凝土层；
5)将排水管道预埋于路缘带处，并在其上安装排水路缘结构；排水路缘结构靠路面一侧设置有排水过滤网；所述的排水路缘结构内部设置排水口，与排水管道相连；
6)在大孔隙保水混凝土层表面喷洒乳化沥青粘层油，之后在大孔隙保水混凝土层上方铺筑透水应力吸收层；
7)在铺筑透水应力吸收层上方铺筑大孔隙透水沥青混凝土层，且大孔隙透水沥青混凝土层的上底面低于排水过滤网的上端，大孔隙透水沥青混凝土层的下底面与排水过滤网的下端平齐。
有益效果：与现有城市道路结构和施工方法相比，本发明的优点体现在：
1、本发明提供的降低城市热岛效应的保排水路面结构集保水与排水功能为一体，通过特别设计的路缘排水构造，可在保水层(包括大孔隙保水混凝土层与蓄水碎石层)吸水饱和后通过排水层(大孔隙透水沥青混凝土层)排除路面积水，保证行车安全性能；
2、在高温下，本发明提供的降低城市热岛效应的保排水路面结构中的保水层内水分吸热蒸发，降低路面结构问题，可有效提高路面结构抗高温变形性能，并缓解城市热岛效应；
3、本发明提供的降低城市热岛效应的保排水路面结构路用性能优良且耐久性较高，解决了现阶段城市道路透水性道路缺乏、渠化交通段沥青路面高温病害严重的难题。
附图说明
图1为本发明提供的降低城市热岛效应的保排水路面结构示意图；
图2为排水路面结构示意图；
图中有：大孔隙透水沥青混凝土层1、透水应力吸收层2、大孔隙保水混凝土层3、蓄水碎石层4、下封隔水层5、沥青稳定碎石基层6、排水路缘结构7、排水过滤网8和排水管道9。
具体实施方式
本发明公开了一种降低城市热岛效应的保排水路面结构及其施工方法，该结构由排水层与保水层组成，实现了保、排水功能的集成，有利于道路交通安全，并缓解城市热岛效应，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1、图2所示，该保排水路面结构自底层向上依次为沥青稳定碎石基层6、下封隔水层5、蓄水碎石层4、大孔隙保水混凝土层3、透水应力吸收层2和大孔隙透水沥青混凝土层1，在大孔隙透水沥青混凝土层1的靠近路缘的一侧设置有排水路缘结构7，排水路缘结构7靠路面的侧面设置排水过滤网8，所述的排水过滤网8的上端高出大孔隙透水沥青混凝土层1的上底面，排水过滤网8的下端与大孔隙透水沥青混凝土层1的下底面平齐；所述的排水路缘结构7内部设置排水口，与排水管道9相连。
大孔隙透水沥青混凝土层1可迅速排除路表积水，水分下渗后进入由大孔隙保水混凝土层3与蓄水碎石层4所组成的保水结构，并由下封隔水层5与沥青稳定碎石基层6隔绝，确保水分不再下渗；若保水层达到饱和状况，多余水分经过排水路缘结构7的排水过滤网8后，汇集于排水管道9排出路面结构。
所述的大孔隙透水沥青混凝土层1的厚度为4cm～5cm，采用透水沥青混凝土材料建造，孔隙率为20％～25％，且透水沥青混凝土采用的沥青为添加高粘度改性剂的沥青，高粘度改性剂需确保沥青的60℃动力粘度≥20000Pa.s。
所述的透水应力吸收层2设置于大孔隙透水沥青混凝土1的下层，其由橡胶沥青混凝土制成，孔隙率为12％～15％，厚度为2cm～3cm。
所述的大孔隙保水混凝土层3设置于透水应力吸收层2的下层，该层厚度为10cm～15cm，采用孔隙率为20％～25％的多孔水泥混凝土作为基体，内部灌注保水性材料制成；所述的作为基体的多孔水泥混凝土由水泥、粉煤灰、粗集料、减水剂、硅灰与水混合而成，其中粗集料颗粒粒径＞4.75mm；所述的保水性材料的保水性达到25％以上，流动度为10s～14s，由水泥、高炉矿渣、矿粉、保水剂与水混合而成，通过人工与机械平板振捣的方式压入基体，从而形成大孔隙保水混凝土层3。
所述的蓄水碎石层4设置于大孔隙保水混凝土层3的下方，其厚度为15cm～20cm，由级配碎石材料组成，该级配碎石中粒径大于4.75mm的粗集料占级配碎石整体质量比70％以上。
所述的封隔水层5设置于蓄水碎石层4的下方，其厚度为0.5cm～1cm，封隔水层5采用由乳化沥青、符合“公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004”要求的级配集料、水与外加剂混合而成的稀浆封层构成。
所述的沥青稳定碎石基层6由沥青稳定碎石基层构成，其厚度为8cm～9cm。
所述排水路缘结构为高20cm～25cm，上、下部宽分别为10cm～15cm、15cm～20cm的混凝土结构。
排水过滤网采用钢制材料制作，长、高分别为50cm～70cm与8cm～10cm。
一种降低城市热岛效应的保排水路面结构的施工方法，该方法包含以下步骤：
1)首先以ATB-25沥青稳定碎石作为保排水路面结构基层的修筑材料，其级配如表1所示；混合料拌合温度控制为145℃～165℃间，沥青采用70#重交沥青；采用钢轮压路机与胶轮压路机进行碾压，确保压实度达到要求，成型后得到沥青稳定碎石基层6，铺筑过程中由路中央向路边缘方向设置1°～2°的横向坡度，使得路中央高于路边缘；
表1 ATB-25沥青混凝土级配
2)在沥青稳定碎石基层6表面洒布乳化沥青透层油，洒布量以透层油深入基层结构10mm为宜，待洒布结束后，养护1天继续施工下封隔水层5；下封隔水层5采用ES-2稀浆封层材料，其组份形式列于表2所示，确保下封隔水层5的厚度不小于6mm且完全密水；
表2 ES-2稀浆封层组份形式
3)待下封隔水层5养生完成后，即可施工蓄水碎石层4，该结构层的级配如表3所示。采用钢轮压路机压实，确保强度复合规范要求；
表3蓄水碎石层结构级配
4)在蓄水碎石层4上面直接施工多孔水泥混凝土基体结构，其级配状况如表4所示；多孔水泥混凝土需要混合一定质量比的级配集料、水泥、水、减水剂与硅灰形成，具体比例列于表5所示，施工结束后养生7天～10天，待强度达到要求后再灌注保水材料，保水材料采用水泥、水、高炉矿渣、粉煤灰与保水剂混合而成，其具体组份列于表6，各组份混合后确保保水材料流动度在10s～14s范围，按照多孔水泥混凝土孔隙率与厚度，预估所需保水材料质量，撒布于多孔水泥混凝土基体结构表面，采用人工与机器振捣相结合的方法使保水材料灌入集料结构孔隙中，形成大孔隙保水混凝土层3；
表4多孔水泥混凝土基体结构级配
表5多孔水泥混凝土各组分配比
表6保水材料组份
5)在大孔隙保水混凝土层3养生期间可进行排水管道9等设施的安装工作：将排水管道9安装于路缘带部位，并在其上安装排水路缘结构7(如图2所示)在排水路缘结构7靠近路面一侧安装排水过滤网8；
6)在大孔隙保水混凝土层3养生结束后的大孔隙保水混凝土层3表面喷洒0.2kg/m3的乳化沥青粘层油，并采用OGFC-10沥青混凝土作为透水应力吸收层2的铺筑材料，其级配列于表7所示，OGFC-10沥青混凝土采用高弹改性沥青作为结合料，厚度控制为2cm；
表7 OGFC-10沥青混凝土级配
7)在透水应力吸收层2上方铺装大孔隙透水沥青混凝土层1，大孔隙透水沥青混凝土层1的上底面低于排水过滤网8的上端，大孔隙透水沥青混凝土层1的下底面与排水过滤网8的下端平齐；大孔隙透水沥青混凝土层1采用PAC-13多孔沥青混凝土为材料，其具体级配列于表8所示，PAC-13多孔沥青混凝土所用沥青结合料按照SBS改性沥青：TPS改性剂＝92:88的比例混合而成，避免集料剥落等病害出现；
表8 PAC-13大孔隙透水沥青混凝土级配
上述实施例仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，其特征在于：该保排水路面的路中央高于路边缘，由路中央向路边缘方向存在1°～2°的横向坡度，其结构自底层向上依次为沥青稳定碎石基层(6)、下封隔水层(5)、蓄水碎石层(4)、大孔隙保水混凝土层(3)、透水应力吸收层(2)和大孔隙透水沥青混凝土层(1)，在大孔隙透水沥青混凝土层(1)的靠近路缘的一侧设置有排水路缘结构(7)，排水路缘结构(7)靠路面的侧面设置排水过滤网(8)，排水路缘结构(7)的下方安装有排水管道(9)。
2.如权利要求1所述的一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，其特征在于：所述的大孔隙透水沥青混凝土层(1)的厚度为4cm～5cm，采用透水沥青混凝土材料建造，孔隙率为20％～25％，且透水沥青混凝土中采用的沥青的60℃动力粘度≥20000Pa.s。
3.如权利要求1所述的一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，其特征在于：所述的透水应力吸收层(2)设置于大孔隙透水沥青混凝土(1)的下层，其由橡胶沥青混凝土制成，孔隙率为12％～15％、厚度为2cm～3cm。
4.如权利要求1所述的一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，其特征在于：所述的大孔隙保水混凝土层(3)设置于透水应力吸收层(2)的下层，该层厚度为10cm～15cm，采用孔隙率为20％～25％的多孔水泥混凝土作为基体，内部灌注保水性材料制成。
5.如权利要求4所述的一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，其特征在于：所述的作为基体的多孔水泥混凝土由水泥、粉煤灰、粗集料、减水剂、硅灰与水混合而成，其中粗集料的颗粒粒径＞4.75mm；所述的保水性材料的保水性达到25％以上，流动度为10s～14s，由水泥、高炉矿渣、矿粉、保水剂与水混合而成，通过人工与机械平板振捣的方式压入基体，从而形成大孔隙保水混凝土层(3)。
6.如权利要求1所述的一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，其特征在于：所述的蓄水碎石层(4)设置于大孔隙保水混凝土层(3)的下方，其厚度为15cm～20cm，由级配碎石结构组成。
7.如权利要求1所述的一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，其特征在于：所述的封隔水层(5)设置于蓄水碎石层(4)的下方，其厚度为0.5cm～1cm，封隔水层(5)由乳化沥青、级配集料、水和外加剂混合而成的稀浆封层构成。
8.如权利要求1所述的一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，其特征在于：所述的沥青稳定碎石基层(6)由沥青稳定碎石构成，其厚度为8cm～9cm。
9.如权利要求1所述的一种降低城市热岛效应的保排水路面结构，其特征在于：所述的排水过滤网(8)的上端高出大孔隙透水沥青混凝土层(1)的上底面，排水过滤网(8)的下端与大孔隙透水沥青混凝土层(1)的下底面平齐；所述的排水路缘结构(7)内部设置排水口，与排水管道(9)相连。
10.一种如权利要求1所述的降低城市热岛效应的保排水路面结构的施工方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)以沥青稳定碎石作为路面结构基层，铺筑过程中由路中央向路边缘方向设置一定的横向坡度，且路中央高于路边缘，采用压路机进行压实，成型后得到沥青稳定碎石基层(6)；
2)在沥青稳定碎石基层(6)上撒布乳化沥青透层油，并铺筑稀浆封层，其厚度为0.5cm～1cm且完全密水，作为下封隔水层(5)；
3)在下封隔水层(5)上以级配碎石为材料、采用压实设备压实成型，确保强度复合规范要求，得到蓄水碎石层(4)；
4)在蓄水碎石层(4)上架模施工多孔水泥混凝土基体结构，养生7天～10天后，将保水性材料撒布于多孔水泥混凝土基体结构上，采用人工与机器振捣相结合的方法将保水材料灌入多孔水泥混凝土基体结构孔隙中，形成大孔隙保水混凝土层(3)；
5)将排水管道(9)预埋于路缘带处，并在其上安装排水路缘结构(7)；排水路缘结构(7)靠路面一侧设置有排水过滤网(8)；所述的排水路缘结构(7)内部设置排水口，与排水管道(9)相连；
6)在大孔隙保水混凝土层(3)表面喷洒乳化沥青粘层油，之后在大孔隙保水混凝土层(3)上方铺筑透水应力吸收层(2)；
7)在铺筑透水应力吸收层(2)上方铺筑大孔隙透水沥青混凝土层(1)，且大孔隙透水沥青混凝土层(1)的上底面低于排水过滤网(8)的上端，大孔隙透水沥青混凝土层(1)的下底面与排水过滤网(8)的下端平齐。
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