大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算裝置及方法與流程
2023-05-21 21:42:26
本發明涉及一種大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算裝置及方法，屬於瀝青路面排水計算的
技術領域：
。
背景技術：
：當降雨量較大時，大部分傳統密級配路面存在諸多問題，如：路面積水，在輪胎與路面之間形成一層水膜，摩擦係數減小，車輛易打滑；在車輛行駛過程中，路面積水不僅會形成水霧，影響駕駛員視線，造成行車安全性能降低。與傳統密級配路面相比，大空隙瀝青路面具有優越的抗滑、防水霧、防水濺、防眩光和降噪等性能。在大空隙瀝青路面結構設計中，設置完善的排水設施對保證瀝青路面的使用性能和使用壽命具有十分重要的作用，在排水設施設計時，估算出實際路面的橫向滲透流量，可以選擇合適的排水設施，達到通暢排水的效果。但目前圍繞著大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算方法存在著許多問題，主要表現為：(1)在大空隙瀝青路面結構設計時，一般情況下在中面層頂層還要做一層防水抗裂層，路面水通過面層滲透到中面層頂面，由於路拱橫坡，能迅速從內部將雨水排出，邊緣排水系統應具有較好的排水性能。現行的《公路瀝青路面設計規範》(JTGD50-2006)要求路面排水系統由透水性填料集水溝、縱向排水管、橫向出水管和過濾織物(土工布)組成，宜結合當地經驗進行設計，而對大空隙瀝青路面的橫向滲透流量並沒有明確規定，如果可以在排水設施設計時，估算出大空隙瀝青路面的橫向滲透流量，不僅能達到通暢排水的效果，而且可以降低材料成本。(2)以往測量路面滲透性的方式分為兩大類，一類是將滲透儀直接放到路面上進行現場測量，另一類是路面鑽孔取樣或者是製作馬歇爾試件，然後將試件放到實驗室儀器上測試。這些方法只能測出豎向滲透水，不能測出大空隙瀝青路面橫向滲透水，而且第二類方法的實驗室儀器不能模擬降水強度和路面橫坡。綜上所述，大空隙瀝青路面具有一些良好的性能，在進行大空隙瀝青路面排水設施設計時，估算出大空隙瀝青路面的橫向滲透流量，能使本領域技術人員更好的進行路面的排水設施設計，但目前還沒有一種快速、簡單的方法來估算特定坡度、特定降水量下大空隙瀝青路面橫向滲透流量。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題在於克服現有技術的不足，提供一種大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算裝置及方法，解決現有方法只能測出豎向滲透水，而且不能同時模擬降水強度和路面橫坡，無法快速、簡單估算大空隙瀝青路面橫向滲透流量的問題。本發明具體採用以下技術方案解決上述技術問題：本發明提出一種大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算裝置，包括蓄水槽和底座，其中蓄水槽的底板設置若干個通孔，且蓄水槽的側面設置有位於不同高度的若干個洩水孔；所述底座設置有上底板和下底板，在下底板上設置有用於調節上底板的高度調節裝置；所述上底板的四周設置有圍擋及在圍擋上固定設置隔板，所述隔板將圍擋隔為第一表面排水收集部和第二橫向滲透水收集部；所述一表面排水收集部和第二橫向滲透水收集部內分別設置排水閥；所述上底板的表面設置用於將上底板表面與其上的試件除排水面和滲透面外的其餘面密封的不透水性材料層；所述水槽的底板上設置有用於隔檔通孔的擋板和限位機構，所述擋板的一端通過鉸鏈連接於底板的底面，且擋板的另一端通過限位機構進行限位。進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述限位機構包括螺紋杆和旋轉套置於螺紋杆上的螺母。進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述上底板上設置用於固定蓄水槽的卡槽。本發明還提出一種基於所述大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算裝置的估算方法，包括以下步驟：步驟1、在實驗室內成型與實際大空隙瀝青路面級配和瀝青用量相同的混合料板式試件，分別選取混合料板式試件的兩個面作為排水面和滲透面，並將其餘面密封；選擇所需高度的洩水孔，並調節上底板的坡度使其與實際路面橫坡一致；步驟2、對所述試件截斷獲得寬度不同的試件，及逐次將寬度不同的試件放置於上底板上；向蓄水槽中注水至所需高度，當底板上擋板打開時使得蓄水槽內的水經洩水孔和通孔分別洩出，並獲得各寬度下試件在設定時間段內試件的橫向滲透水體積；步驟3、根據所得各寬度下試件在設定時間段的橫向滲透水體積，計算各寬度下試件的橫向滲透流量，並估算出每延米實際大空隙瀝青路面的橫向滲透流量。進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟2還包括對混合料板式試件與上底板及圍擋之間的間隙進行密封。進一步地，作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟3每延米實際大空隙瀝青路面的橫向滲透流量採用公式估算：所述，且及上式中，Ln為試件的第n種寬度減去0.01m後的值；Qn為是在n種寬度下測得的橫向滲透流量；Vn為寬度為Ln的板式試件在T時間內的橫向滲透水體積；K為由kn確定的係數，且n為1以上的自然數。本發明採用上述技術方案，能產生如下技術效果：本發明提供的大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算裝置及方法，可通過高度調節裝置調節上底板的坡度模擬路面橫坡，通過調節洩水口高度模擬降雨強度，通過對板式試件進行截斷，得到不同寬度的試件，根據特定坡度、特定降水量下不同寬度的大空隙瀝青混合料試件的橫向滲透流量，推算出大空隙瀝青路面的橫向滲透流量，對研究瀝青路面的滲水性和道路排水設施設計有重要意義。本發明能夠能夠簡單、快速的估算出大空隙瀝青路面的橫向滲透流量，且同時能夠有效模擬降水強度和路面橫坡，提高估計效果，從而選擇合適的排水設施，達到通暢排水的效果。附圖說明圖1為本發明大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算裝置的結構示意圖。圖2為本發明方法的流程示意圖。圖3為本發明的裝置中底座上下底板的結構示意圖。其中標號解釋：1-蓄水槽，2-洩水孔，3-第一排水閥，4-第二排水閥，5-圍擋，6-卡槽，7-通孔，8-下底板，9-上底板，10-試件。具體實施方式下面結合說明書附圖對本發明的實施方式進行描述。如圖1所示，本發明設計了一種大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算裝置，該裝置包括蓄水槽1和底座5，其中蓄水槽1的底板設置若干個通孔7，所述蓄水槽1底板面積為300mm×50mm，水經過通孔向下流，模擬降雨，蓄水槽的側面設置有位於不同高度的若干個洩水孔2，本實施例中所述洩水孔2為5個，所述洩水孔2距底板距離分別為9cm、14cm、19cm、24cm和29cm，5個洩水孔2的高度由低到高對應的降雨強度分別為12.5ml/s·m2、15.7ml/s·m2、21.2ml/s·m2、24.7ml/s·m2和27.1ml/s·m2，通過不同的洩水孔2調節水頭差，得到不同的降雨強度，如果需要14cm的水頭差，需將9cm的洩水孔密閉。所述底座5設置有上底板9和下底板8，如圖3所示，在下底板上8設置有用於調節上底板的高度調節裝置；所述上底板的四周設置有圍擋及在圍擋上固定設置隔板，所述隔板將圍擋隔為第一表面排水收集部和第二橫向滲透水收集部；所述一表面排水收集部設置第一排水閥3，和第二橫向滲透水收集部內設置第二排水閥4；所述上底板的表面設置用於將上底板表面與其上的試件10除排水面和滲透面外的其餘面密封的不透水性材料層；所述水槽的底板上設置有用於隔檔通孔的擋板和限位機構，所述擋板的一端通過鉸鏈連接於底板的底面，且擋板的另一端通過限位機構進行限位。以及，所述上底板上設置用於固定蓄水槽的卡槽6。所述蓄水槽可插入卡槽內固定，使蓄水槽中的水落到試件上。當蓄水槽1內注入水時，擋板用於將通孔7隔檔，且通過限位機構實現擋板的限位，使其緊貼於底板表面，以防止通孔將水漏出；及在蓄水槽1內注入水達到所需高度時，限位機構鬆開，將擋板從通孔上移開，水經通孔7和洩水孔2分別流向上底板的試件10上，再由收集部分別實現收集作用。進一步地，所述限位機構包括螺紋杆和旋轉套置於螺紋杆上的螺母。由螺母在螺紋杆上旋轉地上下互動，實現對擋板的固定或鬆開。所述裝置中所述上底板9和下底板8靠近隔板的一端為鉸接連接。下底板上設置有用於調節上底板的高度調節裝置，本實施例給出的高度調節裝置通過旋轉螺絲和螺母可調節兩層之間的距離，改變上層的坡度。在此基礎上，本發明還提出一種大空隙瀝青路面橫向滲透流量的估算方法，該方法可用於上述裝置進行橫向滲透流量進行計算，但不限於該種結構的裝置；本方法流程示意圖如圖2所示，具體過程如下：步驟1、在實驗室內成型與實際大空隙瀝青路面級配和瀝青用量相同的混合料板式試件，分別選取混合料板式試件10的兩個面作為排水面和滲透面，並將其餘面密封；將裝置放置平穩，選擇所需高度的洩水孔，並調節上底板的坡度使其與實際路面橫坡一致。步驟2、對所述試件10截斷獲得寬度不同的試件，及逐次將寬度不同的試件放置於上底板9上；向蓄水槽1中注水至所需高度，當底板上擋板打開時使得蓄水槽內的水經洩水孔2和通孔7分別洩出，並獲得各寬度下試件在設定時間段的橫向滲透水體積。本實施例以4種寬度的試件為例，檢測獲得各寬度下試件在設定時間段的橫向滲透水體積，但本發明不限於該4種寬度的試件，其他數量和寬度的試件同樣適用於本發明的方法中。該過程具體為：將試件放置上底板上，所述試件靠近隔板一端高度與隔板高度相同,滲透面對應隔板一側，還包括密封試件與圍擋之間的間隙，將蓄水槽放入卡槽中，在蓄水槽的底板上方放置一塊隔板，防止底板的通孔在注水過程中漏水，向蓄水槽中注水，待達到指定高度後，抽離隔板並開始計時，5min後開始測試試件1min內橫向滲透水體積。使用切割儀器對試件先後截斷3次，得到不同寬度的試件，每次截斷後清洗試件的新截面，並重複步驟2，最終測得寬度為Ln的板式試件1min內橫向滲透水體積Vn，其中n＝1，2，3，4。該過程優選所述截段部分應用不透水性材料連接瀝青混合料排水面與隔板上面，並進行密封，防止表面水進入底板。且每次截斷後，取原先遠離滲透面的試件部分，將新截面作為新的滲透面繼續進行滲水實驗，每次截斷的位置在靠近滲透面一側5cm處。步驟3、根據所計算各寬度下試件的橫向滲透流量，估算出該級配每延米實際大空隙瀝青路面的橫向滲透流量。即：根據當T＝60s時，可以確定計算試件在4種寬度下的橫向滲透流量，得到由可以確定根據公式估算出每延米實際大空隙瀝青路面的橫向滲透流量，推算過程如下：如圖3所示，根據流體力學公式：Q＝Sv(3)式中：H為圖3中試件放置在上底板上時的一側上表面與另一側下表面的豎直距離；因為在板式試件與蓄水槽之間進行密封時，應預留1cm的空間，所以L是試件寬度減去0.01m後的值；t為滲透時間；v為流速；Q為橫向滲透流量，得：則：2lnQm-2lnQn＝lnLm-lnLn(9)即：由式(11)可知，最佳K值應該使取最小值，式中：因為在板式試件與蓄水槽之間進行密封時，應預留1cm的空間，所以Ln(n＝1，2，3，4)是試件的4種寬度減去0.01m後的值，Qn(n＝1，2，3，4)是在4種寬度下測得的橫向滲透流量。令：則：所以有：最終得到：本實施例中，因為混合料板式試件的長度是30cm，所以此級配每延米大空隙瀝青路面的橫向滲透流量為：優選的，所述步驟1中，所述試件尺寸為300mm×300mm×50mm，所述試件將300mm×300mm和300mm×50mm兩個面分別作為排水面和滲透面。因此，本方法根據特定坡度、特定降水量下不同寬度的大空隙瀝青混合料試件的橫向滲透流量，可以快速推算出大空隙瀝青路面的橫向滲透流量。為了驗證本發明的裝置和方法能夠快讀推算出大空隙瀝青路面的橫向滲透流量，特列舉一驗證例進行說明。驗證例：估算位於南京市區的OGFC-13瀝青路面橫向滲透流量，包括如下步驟：1.車轍板的成型按表1所示的礦料級配，採用5.0％的石油比，成型尺寸為300mm×300mm×50mm、空隙率為23％的大空隙瀝青混合料板式試件。其中，集料為玄武巖，採用一號料4188.8g，二號料4502.96g，三號料418.88g，四號料1047.2g；填料為石灰巖礦粉，用量為314.16g；瀝青為高粘度改性瀝青，用量為528g。表1OGFC-13級配篩孔(mm)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過率(％)10092.066.428.116.713.110.37.46.34.92.洩水孔高度和坡度的選取根據南京暴雨強度公式選取合適的洩水孔高度，式中：q為降雨強度(L/s·hm2)；t為降雨歷時(min)；P為重現期(年)。南京地區降雨重現期按兩年一遇，P＝2；降雨持續時間取t＝60min，按公式計算單位面積的流量為q＝137.4L/s·hm2，即降雨強度為13.74ml/s·m2。實驗使用的滲水儀，每個洩水孔的高度是固定的，可選取與實際降雨強度比較接近的洩水孔高度，最終選取蓄水槽中距離底部14cm的洩水孔，其對應的降雨強度為15.7ml/s·m2，分別取路面橫坡為1％、1.5％、2％。3.不同寬度OGFC-13瀝青路面橫向滲透流量的估算當選取蓄水槽中距離底部14cm的洩水孔，路面橫坡分別為1％、1.5％、2％時，試驗數據如表2、3、4所示。表2橫坡為1％時不同寬度OGFC-13瀝青混合料的橫向滲透流量寬度L(cm)30252015滲透流量Q(ml/s)49.6246.9340.2536.87表3橫坡為1.5％時不同寬度OGFC-13瀝青混合料的橫向滲透流量寬度L(cm)30252015滲透流量Q(ml/s)49.4946.5336.5331.53表4橫坡為2％時不同寬度OGFC-13瀝青混合料的橫向滲透流量寬度L(cm)30252015滲透流量Q(ml/s)50.1146.2032.0131.65(1)當降雨強度為15.7ml/s·m2，路面橫坡為1％時，估算14m寬此級配的大空隙瀝青路面每延米橫向滲透流量：當z取最小值，則所以當L＝14m時，此級配的大空隙瀝青路面每延米橫向滲透流量為(2)當降雨強度為15.7ml/s·m2，路面橫坡為1.5％時，估算10.5m寬此級配的大空隙瀝青路面每延米橫向滲透流量：當z取最小值，則所以當L＝10.5m時，此級配的大空隙瀝青路面每延米橫向滲透流量為：(3)當降雨強度為15.7ml/s·m2，路面橫坡為2％時，估算7m寬此級配的大空隙瀝青路面每延米橫向滲透流量：當z取最小值，則所以當L＝7m時，此級配的大空隙瀝青路面每延米橫向滲透流量為據此，通過本發明的方法，可以得到其他特定降雨量、特定坡度的大空隙瀝青路面的橫向滲透流量，從而選擇合適的排水設施，達到通暢排水的效果。上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。當前第1頁1 2 3