一种防水沥青路面结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种防水沥青路面结构及其施工方法。

背景技术

在公路和市政设施等领域，路面寿命缩短已成为施工建设中的一大难题。导致路面早期破坏、寿命缩短的原因有许多。其研究表面沥青路面的耐久性取决于沥青路面所处的生态环境；增加沥青路面的寿命有效方法是改善沥青路面结构。重点是增强沥青路面结构稳定性和减少路面水损坏。然而水损坏可分为路表水损坏和地下水损坏两种。

沥青路面结构，是指沥青路面组成结构，可分为悬浮-密实结构、密实-骨架结构、骨架-空隙结构。悬浮-密实结构、密实-骨架结构多用于公路和市政工程。

悬浮-密实结构，是指矿质集料由大至小组成连续密级配的混合料结构，混合料中粗集料数量较少，不能形成骨架。这种沥青混合料粘聚力c较大，内摩阻角较小，因此高温稳定性较差，易出现车辙、拥包、变形等问题影响路面结构耐久性。按照连续密级配原理设计的AC型沥青混合料是典型的悬浮-密实结构。

密实-骨架结构，是指此结构具有较多数量的粗集料形成空间骨架，同时又有足够的细集料可填满骨架的空隙。这种结构的沥青混合料具有较高的粘聚力和较高的内摩阻角，是沥青混合料中最理想的一种结构类型。沥青玛蹄脂碎石混合料SMA是典型的骨架一密实结构。该类型的沥青混合料在路用性能及力学性能等方面都有很大的提高，增强了沥青混合料的稳定性进而有效改善了沥青路面的使用性能。然而细集料填充不足，防水等差影响使用性能；细集料充足，因其大量使用沥青，工程造价高，稍有不慎，易形成胶浆悬浮结构，出现车辙、油团等病害。

路表水损坏，主要是指路表水(如雨水)通过面层孔隙、接缝或裂缝进入面层内部，导致面层材料水损坏，水进一步渗入基层，造成基层动水冲刷破坏，并在面层与基层间形成非均匀脱空和非均匀支承，对沥青混合料路面而言，层间动水冲刷还会削弱面层与基层的粘结力，不利于沥青路面面层受力。当水再进一步下渗进入路基，若路基排水不良则使其长期被水浸泡，路基路面材料强度和弹模降低，易导致路面失稳，继而引发基层沉陷、断裂，最后导致面层出现唧泥现象、沉陷和松散破坏。在解决路表水损坏方面，现行路面已有在面层与基层之间设置多孔排水基层的措施，将渗入基层的路表水排出路面以外，但是效果不明显。

地下水损坏，是指湿度较大路床土或地下水位较高地区，路床土、路基下部或路堑边坡内的水通过毛细管作用或侧向渗流进入路面结构内部引起的路面破坏。地下水长期侵蚀基层，削弱底基层、基层的整体强度，降低基层材料的弹模，同时动水作用也会加速基层破坏，从而引发路面面层沉陷、断裂破坏。此外，地下水进入路面结构内部的同时，在汽车荷载尤其是重载的不断挤压下，路基整体强度降低并影响路面结构承载力，路基细粒土随水附带上升也会导致路面频繁出现唧泥现象，上升的细粒土还会堵塞排水垫层通道，造成排水不畅。另外，在北方高寒地区，地下水还会引起路基的冻胀破坏，加剧了路面使用寿命的降低。因此必须有效的阻止地下水对路面结构的破坏。

现有阻止地下水进入路基的措施主要有：第一，设置砂砾、多孔水泥稳定碎石等排水垫层，该措施能够控制地下水的上升数量。但仍有部分水会通过毛细管作用继续上升至路面结构内部。同时，在地下水位较高路段，由于路基长时间处于潮湿状态，行车荷载的不断振动作用，将使路基土质软化、土颗粒变细，在荷载振动挤压下地下渗水附带路基细粒土上升。易造成垫层排水不畅，且由于垫层孔隙率变小，排水孔变小，水上升高度变大，增强了水的毛细作用，地下水更易通过毛细管作用上升至基层甚至面层，由此引发基层、面层水损坏和路面唧泥现象。第二，在北方高寒地区的冬季，为解决路基冻胀破坏，通常采用换填土的做法，即用水稳定性好、非冻胀土或弱冻胀土换填路基的上部，如砂、砂砾、矿渣等。采用该措施可大大减轻路基的冻胀程度，但存在的问题是，由于毛细水的上升，地下水仍会造成路面结构内部的冻胀破坏。即使再设置排水垫层，毛细水也会渗入垫层中凝结成冰，并导致垫层冻胀现象，进而会对基层造成不利影响。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种防水沥青路面结构，其防水性能好且具有出色的耐久性能。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述防水沥青路面结构的施工方法，该施工方法步骤简单，施工方便。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供了一种防水沥青路面结构，包括沥青磨耗面层、沥青中下面层、路基面层、和路基，所述的沥青磨耗面层与沥青中下面层之间设有防水粘层，沥青中下面层与路基面层之间设置不透水的透封层，路基面层内设有沿路面长度方向间隔布置的排水管，排水管周向设有排水孔，排水管长度方向走向与路面宽度方向走向相一致，路面宽度方向一侧设有排水沟，排水沟沿路面长度方向布置，排水沟下侧延伸至路基，排水管靠近排水沟的一侧与排水沟相连通；

作为优选的，所述的沥青磨耗面层为密实-骨架结构，由沥青和混合骨料构成，沥青与混合骨料的比例为4.6～5.8:100，沥青采用高弹性改性沥青掺入质量分数为0.3～1％的改性剂构成，所述高弹性改性沥青的成分及比例为：基质沥青:高聚物:抗老化剂:稳定剂＝100:6.5:3.5:0.25，基质沥青选用符合PG64-22标准要求，高聚物选用SBS，抗老化剂选用糠醛抽出油，稳定剂选用片硫，所述混合骨料包括质量分数为59％～73％的粗骨料、3％～8％粒径为3～5mm的集料、18％～26％粒径为0.1～3mm的细集料、4％～6％的填充矿料、1％～2％的消石灰、0.25％～0.3％的耐高温聚酯纤维；所述的粗骨料、集料、细集料、填充矿料成分均为玄武岩。

作为优选的，防水粘层为厚度0.1mm～0.5mm的高粘度改性乳化沥青，其组成为基质沥青60％～70％，SBS聚合物改性剂3％～4％，快裂快凝型乳化剂0.3％～0.5％，乳化沥青稳定剂0.1％，水30％～35％。

作为优选的，所述沥青中下面层为双层沥青混合料，其中中面层采用中粒式沥青玛蹄脂碎石，下面层采用粗粒式沥青稳定碎石，中下面层混合料中粒径大于4.75mm的粗骨料占比为70％～80％。

作为优选的，所述的路面基层为碎石粒料、有机结合料稳定粒料、无机结合料稳定粒料或上述所有粒料构成的混合粒料。

作为优选的，所述的排水管沿路面长度方向间隔距离为3～5m。

作为优选的，所述的排水管为PVC塑料方管，方管边长为100～150mm，排水孔直径为5～10mm。

作为优选的，所述的排水管为PVC塑料圆管，圆管半径为100～150mm，排水孔直径为5～10mm。

为简单说明问题起见，以下对本发明所述的一种防水沥青路面结构均简称为本路面结构。

本路面结构的原理和优点：防水乳化沥青在破乳水份蒸发后，保证沥青面层之间的粘结，同时能形成较厚的防水膜，阻止面层水下渗损坏。沥青磨耗面层以玄武岩作为骨料，耐磨性能较好；其级配合理，面层结构稳定，包裹力强，空隙率较少，有效减少外荷作用的损坏与车辙，同时提高防水性能，从而改善了路面的耐久性。高弹性改性沥青，比一般改性的延度提高2倍，高温性能良好；软化点可达85℃，在聚酯纤维的综合作用下，路面结构稳定，保证了路面不泛油、拥包等问题，有效提高路面抗车辙能力。排水管能够吸收水份及时排水至排水沟，阻止地下水位的上位；路面边角渗水、侧面绿化用水等也能及时排出，有效保证了路面不会受到水损坏。同时，该排水管管道强度较高，能承受路面荷载作用力不会被破坏，施工简单成本较低。沥青中下面层，在沥青混合料和下方的排水管的双重作用下不会受到外力损坏。其主要功能是承受道路荷载与冲击力，提供路面结构稳定和道路支撑作用。采用分层控制施工，提高骨料占比的比重，降低施工成本的同时保证道路使用性能。

为解决上述第二个技术问题，本发明提供了一种防水沥青路面结构的施工方法，包括以下步骤：

(1)首先建筑路基，然后在路基上表面平整均匀的铺设路面基层，路面基层采用层层叠置铺设，路面基层铺设过程中采用人工埋设排水管，并保证排水管长度方向一侧高度偏低；

(2)路面基层铺设完毕后，清理排水管内的废料，并铺设沥青中下面层和透封层；

(3)沥青中下面层铺设完毕后将防水粘层均匀喷撒在沥青中下面层上，并等待乳化沥青的破乳和蒸发；

(4)当乳化沥青破乳和蒸发完成后，铺设沥青磨耗面层并进行适当碾压；

(5)在路面宽度方向对应排水管高度偏低的一侧的预留位置砌筑排水沟，并且将排水管与排水沟打通。

为简单说明问题起见，以下对本发明所述的一种防水沥青路面结构的施工方法均简称为本方法。

本方法的优点：本方法步骤简单，施工方便。

附图说明

图1是本路面结构的剖面示意图。

具体实施方式

实施例一：

参见图1，一种防水沥青路面结构，包括沥青磨耗面层1、沥青中下面层2、路基面层3、和路基4，所述的沥青磨耗面层1与沥青中下面层2之间设有防水粘层5，沥青中下面层2与路基面层3之间设置不透水的透封层6，路基面层3内设有沿路面长度方向间隔布置的排水管7，排水管7周向设有排水孔71，排水管7长度方向走向与路面宽度方向走向相一致，路面宽度方向一侧设有排水沟8，排水沟8沿路面长度方向布置，排水沟8下侧延伸至路基4，排水管7靠近排水沟8的一侧与排水沟8相连通；

所述的沥青磨耗面层1为密实-骨架结构，厚度为4.0cm，由沥青和混合骨料构成，沥青与混合骨料的比例为5:100，沥青采用高弹性改性沥青掺入质量分数为0.45％的抗车辙剂构成，所述高弹性改性沥青的成分及比例为：基质沥青:高聚物:抗老化剂:稳定剂＝100:6.5:3.5:0.25，基质沥青选用符合PG64-22标准要求，高聚物选用SBS，抗老化剂选用糠醛抽出油，稳定剂选用片硫，所述混合骨料包括质量分数为59％～73％的粗骨料、3％～8％粒径为3～5mm的集料、18％～26％粒径为0.1～3mm的细集料、4％～6％的填充矿料、1％～2％的消石灰、0.25％～0.3％的耐高温聚酯纤维；所述的粗骨料、集料、细集料、填充矿料成分均为玄武岩，粗骨料最大公称直径为13.2mm，合成级配通过率(％)如下：

防水粘层5为厚度0.2mm的高粘度改性乳化沥青，其组成为基质沥青60％～70％，SBS聚合物改性剂3％～4％，快裂快凝型乳化剂0.3％～0.5％，乳化沥青稳定剂0.1％，水30％～35％。

所述沥青中下面层2为双层沥青混合料，其中中面层21厚度为6cm，采用中粒式沥青玛蹄脂碎石(改性沥青的SMA-20)，下面层22厚度为8cm，采用粗粒式沥青稳定碎石(普通沥青ATB-25)，中下面层22混合料中粒径大于4.75mm的粗骨料占比为70％～80％。

所述的路面基层为水泥稳定碎石。

所述的排水管7沿路面长度方向间隔距离为3～5m。

所述的排水管7为PVC塑料圆管，壁厚为3cm，圆管半径为100mm，排水孔71直径为5～10mm。

该路面结构耐高温性能良好，渗水系数小于60ml/L，不受地下水损坏。

实施例二：

参见图1，一种防水沥青路面结构，包括沥青磨耗面层1、沥青中下面层2、路基面层3、和路基4，所述的沥青磨耗面层1与沥青中下面层2之间设有防水粘层5，沥青中下面层2与路基面层3之间设置不透水的透封层6，路基面层3内设有沿路面长度方向间隔布置的排水管7，排水管7周向设有排水孔71，排水管7长度方向走向与路面宽度方向走向相一致，路面宽度方向一侧设有排水沟8，排水沟8沿路面长度方向布置，排水沟8下侧延伸至路基4，排水管7靠近排水沟8的一侧与排水沟8相连通；

所述的沥青磨耗面层1为密实-骨架结构，厚度为2.5cm，由沥青和混合骨料构成，沥青与混合骨料的比例为5.5:100，沥青采用高弹性改性沥青掺入质量分数为0.3％的易密实剂(涌灿无水型表面活性剂)构成，所述高弹性改性沥青的成分及比例为：基质沥青:高聚物:抗老化剂:稳定剂＝100:6.5:3.5:0.25，基质沥青选用符合PG64-22标准要求，高聚物选用SBS，抗老化剂选用糠醛抽出油，稳定剂选用片硫，所述混合骨料包括质量分数为59％～73％的粗骨料、3％～8％粒径为3～5mm的集料、18％～26％粒径为0.1～3mm的细集料、4％～6％的填充矿料、1％～2％的消石灰、0.25％～0.3％的耐高温聚酯纤维；所述的粗骨料、集料、细集料、填充矿料成分均为玄武岩，粗骨料最大公称直径为13.2mm，合成级配通过率(％)如下：

防水粘层5为厚度0.4mm的高粘度改性乳化沥青，其组成为基质沥青60％～70％，SBS聚合物改性剂3％～4％，快裂快凝型乳化剂0.3％～0.5％，乳化沥青稳定剂0.1％，水30％～35％。

所述沥青中下面层2为双层沥青混合料，其中中面层21厚度为5cm，采用中粒式沥青玛蹄脂碎石(改性沥青的SMA-16)，下面层22厚度为6cm，采用粗粒式沥青稳定碎石(普通沥青AC-20)，中下面层22混合料中粒径大于4.75mm的粗骨料占比为70％～80％。

所述的路面基层为水泥稳定碎石。

所述的排水管7沿路面长度方向间隔距离为3～5m。

所述的排水管7为PVC塑料方管，壁厚为3cm，圆管边长为150mm，排水孔71直径为5～10mm。

该路面结构适用于低温天气施工，总体比一般路面少2～4cm，节约施工成本，平均压实度99％，路面渗水系数为0。

上述实施例中：

防水粘层5中快裂快凝型乳化剂采用三洋化工JS-2乳化剂，乳化沥青稳定剂采用HMD-1沥青稳定剂。

所用的沥青磨耗层沥青混合料在设计过程中采用马歇尔试验方法，进行体积指标设计。成型控制温度165℃，双面击实75次，使室内击实成型与实际施工情况接近,进行相关检测。其检测结果：空隙率在3％～4％之间，渗水系数小于60ml/s，稳定度较高，飞散质量损失极少。

高弹性改性沥青检测结果

本发明所用的高弹性改性沥青，比一般改性的延度提高2倍，高温性能良好；软化点可达85℃，在聚酯纤维的综合作用下，路面结构稳定，保证了路面不泛油、拥包等问题，有效提高路面抗车辙能力。同时，低温状态下弹性恢复性能良好，低温弯曲应变能力提升，抗开裂性能提升。在高温气温区域，可填加抗车辙剂、高模量聚合物等改性剂，进一步改性沥青的高温性能；低温天气，可填加合成酯类增塑剂、温拌剂、易密实剂等改性剂，改善沥青混合料的低温施工性能，提高压实度，保证施工质量，从而提高了低温施工路面的抗水能力与耐久性。

实施例三：

一种防水沥青路面结构的施工方法，包括以下步骤：

(1)首先建筑路基4，然后在路基4上表面平整均匀的铺设路面基层，路面基层采用层层叠置铺设，路面基层铺设过程中采用人工埋设排水管7，并保证排水管7长度方向一侧高度偏低；

(2)路面基层铺设完毕后，清理排水管7内的废料，并铺设沥青中下面层2和透封层6；

(3)沥青中下面层2铺设完毕后将防水粘层5均匀喷撒在沥青中下面层2上，并等待乳化沥青的破乳和蒸发；

(4)当乳化沥青破乳和蒸发完成后，铺设沥青磨耗面层1并进行适当碾压；

(5)在路面宽度方向对应排水管7高度偏低的一侧的预留位置砌筑排水沟8，并且将排水管7与排水沟8打通。