[发明专利]一种路面的级配碎石排水基层的平衡设计方法

说明书

本发明提供一种路面的级配碎石排水基层的平衡设计方法，所述方法包括根据级配碎石排水基层的渗透性能和强度而设计级配碎石排水基层的厚度，且具体包括根据排水基层的渗透性能设计出排水基层的最小厚度，并根据排水基层的强度设计出排水基层的最大厚度，最终排水基层的厚度从满足这两个条件的数据中取值；且在设计排水基层的最小厚度时，将排水基层分为在上的水份非饱和区和在下的水份饱和区。本发明采用Boussinesq方程准确描述排水基层中的水位分布情况，以此确定排水要求的最小厚度；结合排水基层的受力特点，以确定排水基层的最大厚度。最终通过满足排水和受力两方面来确定排水基层的合理厚度。

技术领域

本发明属于路面工程领域，具体涉及一种路面的级配碎石排水基层的平衡设计方法。

背景技术

在降雨过程中，大部分水从路面横坡和纵坡流向边沟，而还有一部分水通过路面裂缝渗入到路面内部，此外，地下水存在毛细作用以及蒸发运动也有可能导致水进入路面结构内部，同时水未及时排出，在行车荷载作用下，加速病害的产生。因此，针对路面水损坏问题，国内外学者做了大量研究，设置路面内部排水系统可以有效的防止病害产生，延长路面的服务寿命。在柔性路面结构当中，设置级配碎石排水基层，有利于减少路面早期产生的反射裂缝。另一方面，以各种方式进入路面结构内部的自由水是造成或加速路面损坏的主要原因，而路面内部排水系统设置级配碎石排水层可将积聚在路面结构内的水分及时排除，非常有利于改善路面的使用性能，并大大提高路面的使用寿命，进而能取得可观的经济效益。

在整个路面结构中设置排水基层的目的是有效地排出路面结构内的水从而减少损害的产生，而且在一定程度上可以消散面层底部或面层内部的由于交通荷载而产生的孔隙水压力。通过面层入渗的水在排水基层汇集，进而在排水基层中形成一定高度的水位。该水位高度可以作为评价排水基层有效性的一个指标，并且为合理设计排水基层厚度提供理论依据。如今，一种应用较为广泛排水基层厚度设计的方法是基于排水基层中形成稳定流时的排水能力等于或者大于基于设计降雨量的渗水量的假设提出的(depth-of-flow)，并以排水基层中形成最大水位高度作为排水基层的设计厚度。另一方面，从路面整体结构厚度设计的角度出发，当确定路面结构方案，需要对该结构进行力学验算，以判断所设计的结构是否满足设计要求。而我国现行柔性路面结构设计方法大多采用力学-经验的方法，设计指标为弯沉值和结构层的层底拉应力。

级配碎石排水基层的厚度设计时国内一般会重点考虑排水基层的强度，并用达西定律来简单估算级配碎石排水基层的厚度，这样很容易导致排水基层过厚。为满足排水基层的排水要求，美国在其规范中根据depth-of-flow来设计级配碎石排水基层的厚度，但这样确定排水基层的渗透性能时其设计方法仍然不够合理。

因此，本领域需要一种更优的路面的级配碎石排水基层的设计方法。

发明内容

因此，本发明提供一种路面的级配碎石排水基层的平衡设计方法，所述方法包括根据级配碎石排水基层的渗透性能和强度而设计级配碎石排水基层的厚度，且具体包括根据排水基层的渗透性能设计出排水基层的最小厚度，并根据排水基层的强度设计出排水基层的最大厚度，最终排水基层的厚度从满足这两个条件的数据中取值；且在设计排水基层的最小厚度时，将排水基层分为在上的水份非饱和区和在下的水份饱和区。

在现有设计中，级配碎石排水基层厚度的设计有两种思路，一方面是满足排水要求，通过水位高度来确定厚度，另一方面是结合力学强度给出设计厚度。级配碎石排水层的应用需要满足这两方面的要求，假设排水能力好，根据与级配的孔隙参数的联系，孔隙率大，这样会造成强度降低，可能影响整个路面的变形。同样，级配密实，强度大，排水要求或许达不到要求。因此为进一步完善级配碎石排水层设计，综合渗透性能和强度要求是非常有必要的。本专利中首先是结合以上排水基层厚度设计要求，建立出一种既满足强度要求又满足排水要求的排水基层设计方法。其次，本发明在设计排水基层的最小厚度时，将排水基层分为在上的水份非饱和区和在下的水份饱和区，本发明中考虑了水份“非饱和区”的影响，使得本发明中对级配碎石排水基层的设计更为精准合理。