前言
在我国南方高温多雨地区，高速公路沥青路面容易产生水损害，而水是沥青路面水损坏的必要条件，因此防止雨水对路面的破坏可以分为2种思路:①防止雨水渗入路面结构层;②及时将渗入路面结构层内部的雨水排出，做到不积水。我国的沥青路面采用密级配沥青混凝土防止雨水渗入、采用下封层防止雨水下渗基层。事实证明，由于不同单位施工水平的差异，加上摊铺工艺的弊端，要完全做到沥青路面不渗水是非常困难的。因此，只有深化设计路面内部的排水结构层，将渗入路面内部的雨水顺着横向坡度排出路面，最大限度减少路面水损害。
设置排水基层可以大幅提高路面的使用寿命，它可以使路面内部的水及时排出，有效降低沥青路面的早期水损害，成功解决了路面内部渗水的问题，而且其结构适应性强，路面使用性能良好，可以作为一种常用结构大规模应用。本文结合年建成通车的湖南省垄茶高速公路，在沥青面层下设置多孔排水基层，并对其进行试验研究，解决排水基层设计与施工应用中的实际问题。
排水基层设计指标确定
设计强度
强度作为多孔水泥稳定碎石混合料的重要设计指标，规范中只要求其7d抗压强度不小于3MPa，如此强度不足以满足排水基层经受交通荷载和传递应力的要求。目前，对于如何确定多孔水泥稳定碎石排水基层强度标准主要持2种观点:①按照文献规定，根据交通量，套用水泥稳定碎石基层7d无侧限抗压强度标准。②考虑到多孔水泥稳定碎石基层水泥胶凝材料与贫混凝土基层用量相近，参考贫混凝土的强度要求，多孔水泥稳定碎石7d的无侧限抗压强度不小于5MPa(控制值)、28d的无侧限抗压强度不小于7MPa(参考值)。根据实践经验，采用观点②更有利于实际施工的控制。
排水性能指标与厚度
排水基层须具备持续、稳定的排除路面内部自由水的功能，为确保此功能，必须要求其设计排水能力至少是路面渗入水量的2倍以上。排水基层排水性能的大小采用渗透系数表示，文献求其渗透系数不低于m/d，要求明显较低，因此有必要进行试验研究，给出确定排水基层渗透系数大小的方法。
试验路路面半幅宽度B为11．25m，基层横坡2%，假设排水基层设计渗透系数kb取规范要求的低值m/d，则可知:Hb≥2×0．15×11.25÷(×0．02)=56．3cm。按照规范要求的设计渗透系数低值求出的排水基层厚度明显不符合实际情况，目前我国高速公路排水基层主要替代一层水稳结构层，厚度一般在15～20cm左右，排水结构层的厚度应该根据正常路段水稳层厚度综合确定，因此，可以根据确定的排水基层厚度反算满足其要求的设计渗透系数kb。
由计算可知:实际施工要求排水基层的渗透系数比规范要求的低值(m/d)高很多，排水基层设计时，应首先确定其厚度，然后根据上述计算反推与厚度相匹配设计渗透系数。而对于排石基层渗透系数的测定，排水设计规范只是要求采用常水头或变水头渗透试验测定，但查阅文献发现，规范上现有的渗透仪不适于排水基层。
由上可知:排水基层渗透系数的测定比较困难，而混合料孔隙率的大小直接决定排水基层的排水性能，因此是否可以通过测定混合料的孔隙率换算得到渗透系数，成为解决测定渗透系数的新途径。排水基层的孔隙有连通孔隙和闭口孔隙之分，对于排水而言，连通孔隙为有效孔隙;闭口孔隙是无效孔隙，试验室对于15cm×15cm×15cm立方体或圆柱体规则试件可以采用量体积法测定有效孔隙率。
国内有学者对混合料渗透系数与有效孔隙率进行了大量的相关性试验，得出渗透系数kb与有效孔隙率的关系，为统一渗透系数kb的计量单位为m/d。
混合料设计
原材料要求
①水泥。水泥是水泥稳定碎石排水基层的关键性材料，水泥质量的好坏直接影响基层的路用性能和施工性能。试验路采用湖南某水泥有限公司生产的42．5级普通硅酸盐水泥。
②集料。多孔水泥稳定碎石主要是粗骨料和少量水泥组成，细骨料的缺乏导致混合料颗粒之间为点接触，这样在施工和使用过程中，集料容易受外力破碎，如果集料的压碎值和针片状含量较高将加剧集料的破碎，不利于混合料骨架的形成和级配的完整。试验路按16～26．59．5～16，4．75～9．5mm生产集料。
集料级配研究
①确定关键筛孔的通过率。课题组前期对排水基层混合料级配进行了大量的研究，发现基层的使用性能与矿料级配中的细集料含量密切相关，随着混合料中细集料含量的降低，排水基层的使用性能明显提高。文献对多孔水泥稳定碎石基层材料规定:0．mm筛孔以下的粉料含量不得＞2%;2．36mm筛孔以下的细集料不宜＞5%;4．75mm筛孔以下的细集料不宜＞10%。因此，混合料矿料级配中0．、2．36，4.75mm筛孔的通过率分别确定为≤2%、≤5%和≤10%。
另外，为了提高多孔水泥稳定碎石的施工和易性，保证其使用性能的均匀性、稳定性，规定矿料级配中26．5mm的通过率为%。
②设计级配范围。基于大量的试验研究，提出了多孔水泥稳定碎石基层的设计级配范围。
③材料生产与备料。各碎石场应统一规定振动筛网，宜按3、6、11、22、30mm设置筛网，各料堆之间应砌筑隔离墙防止窜料。
集料组合设计
试验室对所用集料进行筛分试验，根据筛分结果进行级配合成。
确定最佳水泥用量和水灰比
①修正的试件成型放方法。文献提出水泥等稳定粒料混合料应通过重型击实试验、静压成型或振动成型方法来进行混合料配合比设计。室内试验研究表明，对于多孔水泥稳定碎石采用常规的重型击试验方法、静压成型方法或振动成型方法对混合料级配变化很大，导致试件密度与孔隙率有差异，为减少试验误差，最大限度减少集料压碎，试验室提出采用修正的静压成型方法，即试验过程中压力机加载速度控制在1kN/s以内，通过控制压力以保证试件两端不过分压实，同时以石头刚出现压碎的声音作为停止试件压实的判断。
②主要技术指标。第一步，试验室对水泥剂量分别为9．5%、10.0%、10．5%、11．0%的排水基层混合料统一采用水灰比为0．40进行修正的静压成型试验，试件养护后根据其测定的其有效孔隙率、7d抗压强度以及渗透系数，确定最佳水泥用量为10%。第二步，根据确定的水泥最佳用量10%，按水灰比间隔0．02，以0．39、0．40、0．41、0．42、0．43、0．44成型试件，测得试件的干密度、7d抗压强度以及渗透性，由此确定最佳水灰比。随着水灰比的增加，混合料干密度与7d抗压强度先增加后减少，而混合料空隙率与渗透系数先减少后增大，综合考虑强度与抗裂性能，确定水灰比为0．41。由上可知，多孔排水基层混合料水泥最佳用量为10%，即集料与水泥质量比为10∶1，水灰比为0．41，即混合料含水率为3．7%，标准干密度为2.g/cm3。
排水基层试验段施工
多孔排水基层由于其结构的特殊性，水泥含量较普通水泥稳定碎石基层提高近1倍，其造价较水泥稳定碎石基层提高20%。但是，在山区高速公路排水不畅以及水损害较严重的局部路段，应设置排水基层，因此，如何优化排水基层结构设计，衔接两端正常基层路段以及如何利用现有基层设备解决排水基层施工，是排水基层亟需解决的实际问题。
排水基层结构设计
目前，我国高速公路半刚性基层的一层施工厚度为15～20cm。从质量控制与施工方便的角度来讲，高速公路排水基层主要替代一层水稳结构层(上基层)，其结构层的厚度应该根据正常路段水稳层厚度综合确定，一般等于正常路段上基层的厚度，这样就可以避免排水基层两端衔接困难与施工的不便。年，垄茶高速公路本次试验段施工桩号为K4+～K5+(全幅)，施工时将原17cm5%的水泥稳定碎石上基层变更为17cm多孔水泥稳定碎石排水基层。
下承层准备与层间联结
排水基层施工前应对下承层进行检查验收，确保下承层表面清洁，特别是要做好下承层的表面封水施工，以往一般在其表面洒布沥青用量为0．6～1．0kg/m2的乳化沥青透层来封水。实践发现，洒布乳化沥青透层表面封水效果欠佳，加上施工时运输车辆对透层的破坏，路面渗水通过排水基层渗透进入下基层、底基层甚至路基内部，产生严重的水损害，因此做好下承层表面的封水至关重要。
为保证下承层表面封水效果，宜采用同步碎石封层+透层进行封水处理，其中煤油稀释沥青透层洒布量为1．0kg/m2，待煤油挥发后，验收透层质量，即渗透深度是否达到5mm以上，洒布是否均匀，是否漏洒。同步碎石封层按1．6～1．8kg/m2改性沥青+(10～15mm)碎石(撒布量为满铺面积的60%)施工。
由于排水基层材料本身表面粗糙，综合考虑排水与沥青层的粘结，可以洒布改性乳化沥青作为粘结层，为保证粘结效果，改性乳化沥青用量较普通粘层高，推荐用量1．0～1．2kg/m2。
施工技术及质量管理
施工准备
对进场碎石、水泥进行质量检测;对排水基层下承层组织验收，修补质量缺陷，表面清扫干净;洒布透层、封层，验收合格后，测量工程师进行标高测量并挂线，做好排水基层施工准备。排水基层施工与养护期间，实行交通管制，采用半幅封闭交通，防止污染、破坏排水基层。
拌和、运输
多孔水泥稳定碎石排水基层对混合料级配、水灰比以及水泥用量的要求相对水泥稳定碎石基层要严格得多，如能用混凝土搅拌设备进行拌和则较容易达到上述要求，而正常情况下，在高速公路建设中不可能提供产量与之匹配的混凝土搅拌站进行拌和(高速公路建设一般采用50～m3/h的混凝土搅拌设备，产量较小)，因此当采用稳定土连续式拌和机集中拌和时，试验室应从如下几个方面，严格控制混合料级配、水灰比、水泥用量及各档集料用量。①统一各碎石场生产振动筛网，确保碎石质量稳定合格。②每天开盘前快速检测集料含水率，以便准确控制混合料生产用水量。③每天不少于2次/d混合料(皮带取样)筛分试验，严格控制混合料级配。④对成品混合料取样不少于2次/d，对混合料含水量、水泥剂量、级配、无侧限抗压强度进行检测。多孔水泥稳定碎石孔隙率大，运输过程中混合料水分容易蒸发，必须采用篷布覆盖，确保混合料含水率均匀、稳定。
摊铺、压实
为减少混合料摊铺过程中的离席，建议采用2台摊铺机梯队联合摊铺，采用挂线施工控制平整度和摊铺厚度，松铺系数一般取1．2左右，具体根据试验段确定。
在摊铺机后尽快组织压路机碾压。首先用双钢轮压路机静压1～2遍，然后用2台18t单钢轮振动分别碾压2遍，最后用双钢轮压路机收光。排水基层的碾压不建议采用胶轮压路机，胶轮压路机的搓揉碾压容易把水泥浆提至基层表面形成光面，堵塞排水基层。施工现场要配备洒水车，应及时以雾状补洒少量水防止混合料表面水分蒸发过快。压路机碾压过程中，按车道、按断面采用3m直尺测量平整度，最大间隙不得超过8mm。经拌和的混合料宜在1h以内碾压完成。
已经压实合格的段落，必须立即用薄膜覆盖且封闭交通，养生10d以上。
质量检测
多孔排水基层养生7d以后，用取芯机钻取φmm芯样，取出完整的芯样，对芯样进行孔隙率、渗透系数、无侧限抗压强度等检测。
结语
多孔水泥稳定碎石排水基层其造价较水泥稳定碎石基层提高20%左右。本文从实际情况出发，以解决路面排水不畅以及水损害等病害为切入点，在山区高速公路局部路段设置排水基层，试验研究与应用表明:
①根据确定的排水基层厚度反算匹配的设计渗透系数，同时将混合料有效孔隙率作为保证排水基层排水性能的关键指标。
②提出了排水基层的设计级配范围，并经实践检验，该级配范围可以作为今后排水基层的施工级配使用;结合试验条件，采用修正的静压成型方法成型试件，最大限度减少集料压碎，试验方便且误差较小。
③试验路施工表明，必须重视排水基层下承层的封水，采用同步碎石封层+透层的方法可以很好的解决下承层封水问题;碾压时避免使用轮胎压路机碾压堵塞表面孔隙。
