大空隙沥青路面横向渗透流量的估算装置及方法与流程

本发明涉及一种大空隙沥青路面横向渗透流量的估算装置及方法，属于沥青路面排水计算的
技术领域：
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背景技术：
：当降雨量较大时，大部分传统密级配路面存在诸多问题，如：路面积水，在轮胎与路面之间形成一层水膜，摩擦系数减小，车辆易打滑；在车辆行驶过程中，路面积水不仅会形成水雾，影响驾驶员视线，造成行车安全性能降低。与传统密级配路面相比，大空隙沥青路面具有优越的抗滑、防水雾、防水溅、防眩光和降噪等性能。在大空隙沥青路面结构设计中，设置完善的排水设施对保证沥青路面的使用性能和使用寿命具有十分重要的作用，在排水设施设计时，估算出实际路面的横向渗透流量，可以选择合适的排水设施，达到通畅排水的效果。但目前围绕着大空隙沥青路面横向渗透流量的估算方法存在着许多问题，主要表现为：(1)在大空隙沥青路面结构设计时，一般情况下在中面层顶层还要做一层防水抗裂层，路面水通过面层渗透到中面层顶面，由于路拱横坡，能迅速从内部将雨水排出，边缘排水系统应具有较好的排水性能。现行的《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)要求路面排水系统由透水性填料集水沟、纵向排水管、横向出水管和过滤织物(土工布)组成，宜结合当地经验进行设计，而对大空隙沥青路面的横向渗透流量并没有明确规定，如果可以在排水设施设计时，估算出大空隙沥青路面的横向渗透流量，不仅能达到通畅排水的效果，而且可以降低材料成本。(2)以往测量路面渗透性的方式分为两大类，一类是将渗透仪直接放到路面上进行现场测量，另一类是路面钻孔取样或者是制作马歇尔试件，然后将试件放到实验室仪器上测试。这些方法只能测出竖向渗透水，不能测出大空隙沥青路面横向渗透水，而且第二类方法的实验室仪器不能模拟降水强度和路面横坡。综上所述，大空隙沥青路面具有一些良好的性能，在进行大空隙沥青路面排水设施设计时，估算出大空隙沥青路面的横向渗透流量，能使本领域技术人员更好的进行路面的排水设施设计，但目前还没有一种快速、简单的方法来估算特定坡度、特定降水量下大空隙沥青路面横向渗透流量。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种大空隙沥青路面横向渗透流量的估算装置及方法，解决现有方法只能测出竖向渗透水，而且不能同时模拟降水强度和路面横坡，无法快速、简单估算大空隙沥青路面横向渗透流量的问题。本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：本发明提出一种大空隙沥青路面横向渗透流量的估算装置，包括蓄水槽和底座，其中蓄水槽的底板设置若干个通孔，且蓄水槽的侧面设置有位于不同高度的若干个泄水孔；所述底座设置有上底板和下底板，在下底板上设置有用于调节上底板的高度调节装置；所述上底板的四周设置有围挡及在围挡上固定设置隔板，所述隔板将围挡隔为第一表面排水收集部和第二横向渗透水收集部；所述一表面排水收集部和第二横向渗透水收集部内分别设置排水阀；所述上底板的表面设置用于将上底板表面与其上的试件除排水面和渗透面外的其余面密封的不透水性材料层；所述水槽的底板上设置有用于隔档通孔的挡板和限位机构，所述挡板的一端通过铰链连接于底板的底面，且挡板的另一端通过限位机构进行限位。进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述限位机构包括螺纹杆和旋转套置于螺纹杆上的螺母。进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述上底板上设置用于固定蓄水槽的卡槽。本发明还提出一种基于所述大空隙沥青路面横向渗透流量的估算装置的估算方法，包括以下步骤：步骤1、在实验室内成型与实际大空隙沥青路面级配和沥青用量相同的混合料板式试件，分别选取混合料板式试件的两个面作为排水面和渗透面，并将其余面密封；选择所需高度的泄水孔，并调节上底板的坡度使其与实际路面横坡一致；步骤2、对所述试件截断获得宽度不同的试件，及逐次将宽度不同的试件放置于上底板上；向蓄水槽中注水至所需高度，当底板上挡板打开时使得蓄水槽内的水经泄水孔和通孔分别泄出，并获得各宽度下试件在设定时间段内试件的横向渗透水体积；步骤3、根据所得各宽度下试件在设定时间段的横向渗透水体积，计算各宽度下试件的横向渗透流量，并估算出每延米实际大空隙沥青路面的横向渗透流量。进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤2还包括对混合料板式试件与上底板及围挡之间的间隙进行密封。进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤3每延米实际大空隙沥青路面的横向渗透流量采用公式估算：所述，且及上式中，Ln为试件的第n种宽度减去0.01m后的值；Qn为是在n种宽度下测得的横向渗透流量；Vn为宽度为Ln的板式试件在T时间内的横向渗透水体积；K为由kn确定的系数，且n为1以上的自然数。本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：本发明提供的大空隙沥青路面横向渗透流量的估算装置及方法，可通过高度调节装置调节上底板的坡度模拟路面横坡，通过调节泄水口高度模拟降雨强度，通过对板式试件进行截断，得到不同宽度的试件，根据特定坡度、特定降水量下不同宽度的大空隙沥青混合料试件的横向渗透流量，推算出大空隙沥青路面的横向渗透流量，对研究沥青路面的渗水性和道路排水设施设计有重要意义。本发明能够能够简单、快速的估算出大空隙沥青路面的横向渗透流量，且同时能够有效模拟降水强度和路面横坡，提高估计效果，从而选择合适的排水设施，达到通畅排水的效果。附图说明图1为本发明大空隙沥青路面横向渗透流量的估算装置的结构示意图。图2为本发明方法的流程示意图。图3为本发明的装置中底座上下底板的结构示意图。其中标号解释：1-蓄水槽，2-泄水孔，3-第一排水阀，4-第二排水阀，5-围挡，6-卡槽，7-通孔，8-下底板，9-上底板，10-试件。具体实施方式下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。如图1所示，本发明设计了一种大空隙沥青路面横向渗透流量的估算装置，该装置包括蓄水槽1和底座5，其中蓄水槽1的底板设置若干个通孔7，所述蓄水槽1底板面积为300mm×50mm，水经过通孔向下流，模拟降雨，蓄水槽的侧面设置有位于不同高度的若干个泄水孔2，本实施例中所述泄水孔2为5个，所述泄水孔2距底板距离分别为9cm、14cm、19cm、24cm和29cm，5个泄水孔2的高度由低到高对应的降雨强度分别为12.5ml/s·m2、15.7ml/s·m2、21.2ml/s·m2、24.7ml/s·m2和27.1ml/s·m2，通过不同的泄水孔2调节水头差，得到不同的降雨强度，如果需要14cm的水头差，需将9cm的泄水孔密闭。所述底座5设置有上底板9和下底板8，如图3所示，在下底板上8设置有用于调节上底板的高度调节装置；所述上底板的四周设置有围挡及在围挡上固定设置隔板，所述隔板将围挡隔为第一表面排水收集部和第二横向渗透水收集部；所述一表面排水收集部设置第一排水阀3，和第二横向渗透水收集部内设置第二排水阀4；所述上底板的表面设置用于将上底板表面与其上的试件10除排水面和渗透面外的其余面密封的不透水性材料层；所述水槽的底板上设置有用于隔档通孔的挡板和限位机构，所述挡板的一端通过铰链连接于底板的底面，且挡板的另一端通过限位机构进行限位。以及，所述上底板上设置用于固定蓄水槽的卡槽6。所述蓄水槽可插入卡槽内固定，使蓄水槽中的水落到试件上。当蓄水槽1内注入水时，挡板用于将通孔7隔档，且通过限位机构实现挡板的限位，使其紧贴于底板表面，以防止通孔将水漏出；及在蓄水槽1内注入水达到所需高度时，限位机构松开，将挡板从通孔上移开，水经通孔7和泄水孔2分别流向上底板的试件10上，再由收集部分别实现收集作用。进一步地，所述限位机构包括螺纹杆和旋转套置于螺纹杆上的螺母。由螺母在螺纹杆上旋转地上下互动，实现对挡板的固定或松开。所述装置中所述上底板9和下底板8靠近隔板的一端为铰接连接。下底板上设置有用于调节上底板的高度调节装置，本实施例给出的高度调节装置通过旋转螺丝和螺母可调节两层之间的距离，改变上层的坡度。在此基础上，本发明还提出一种大空隙沥青路面横向渗透流量的估算方法，该方法可用于上述装置进行横向渗透流量进行计算，但不限于该种结构的装置；本方法流程示意图如图2所示，具体过程如下：步骤1、在实验室内成型与实际大空隙沥青路面级配和沥青用量相同的混合料板式试件，分别选取混合料板式试件10的两个面作为排水面和渗透面，并将其余面密封；将装置放置平稳，选择所需高度的泄水孔，并调节上底板的坡度使其与实际路面横坡一致。步骤2、对所述试件10截断获得宽度不同的试件，及逐次将宽度不同的试件放置于上底板9上；向蓄水槽1中注水至所需高度，当底板上挡板打开时使得蓄水槽内的水经泄水孔2和通孔7分别泄出，并获得各宽度下试件在设定时间段的横向渗透水体积。本实施例以4种宽度的试件为例，检测获得各宽度下试件在设定时间段的横向渗透水体积，但本发明不限于该4种宽度的试件，其他数量和宽度的试件同样适用于本发明的方法中。该过程具体为：将试件放置上底板上，所述试件靠近隔板一端高度与隔板高度相同,渗透面对应隔板一侧，还包括密封试件与围挡之间的间隙，将蓄水槽放入卡槽中，在蓄水槽的底板上方放置一块隔板，防止底板的通孔在注水过程中漏水，向蓄水槽中注水，待达到指定高度后，抽离隔板并开始计时，5min后开始测试试件1min内横向渗透水体积。使用切割仪器对试件先后截断3次，得到不同宽度的试件，每次截断后清洗试件的新截面，并重复步骤2，最终测得宽度为Ln的板式试件1min内横向渗透水体积Vn，其中n＝1，2，3，4。该过程优选所述截段部分应用不透水性材料连接沥青混合料排水面与隔板上面，并进行密封，防止表面水进入底板。且每次截断后，取原先远离渗透面的试件部分，将新截面作为新的渗透面继续进行渗水实验，每次截断的位置在靠近渗透面一侧5cm处。步骤3、根据所计算各宽度下试件的横向渗透流量，估算出该级配每延米实际大空隙沥青路面的横向渗透流量。即：根据当T＝60s时，可以确定计算试件在4种宽度下的横向渗透流量，得到由可以确定根据公式估算出每延米实际大空隙沥青路面的横向渗透流量，推算过程如下：如图3所示，根据流体力学公式：Q＝Sv(3)式中：H为图3中试件放置在上底板上时的一侧上表面与另一侧下表面的竖直距离；因为在板式试件与蓄水槽之间进行密封时，应预留1cm的空间，所以L是试件宽度减去0.01m后的值；t为渗透时间；v为流速；Q为横向渗透流量，得：则：2lnQm-2lnQn＝lnLm-lnLn(9)即：由式(11)可知，最佳K值应该使取最小值，式中：因为在板式试件与蓄水槽之间进行密封时，应预留1cm的空间，所以Ln(n＝1，2，3，4)是试件的4种宽度减去0.01m后的值，Qn(n＝1，2，3，4)是在4种宽度下测得的横向渗透流量。令：则：所以有：最终得到：本实施例中，因为混合料板式试件的长度是30cm，所以此级配每延米大空隙沥青路面的横向渗透流量为：优选的，所述步骤1中，所述试件尺寸为300mm×300mm×50mm，所述试件将300mm×300mm和300mm×50mm两个面分别作为排水面和渗透面。因此，本方法根据特定坡度、特定降水量下不同宽度的大空隙沥青混合料试件的横向渗透流量，可以快速推算出大空隙沥青路面的横向渗透流量。为了验证本发明的装置和方法能够快读推算出大空隙沥青路面的横向渗透流量，特列举一验证例进行说明。验证例：估算位于南京市区的OGFC-13沥青路面横向渗透流量，包括如下步骤：1.车辙板的成型按表1所示的矿料级配，采用5.0％的石油比，成型尺寸为300mm×300mm×50mm、空隙率为23％的大空隙沥青混合料板式试件。其中，集料为玄武岩，采用一号料4188.8g，二号料4502.96g，三号料418.88g，四号料1047.2g；填料为石灰岩矿粉，用量为314.16g；沥青为高粘度改性沥青，用量为528g。表1OGFC-13级配筛孔(mm)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率(％)10092.066.428.116.713.110.37.46.34.92.泄水孔高度和坡度的选取根据南京暴雨强度公式选取合适的泄水孔高度，式中：q为降雨强度(L/s·hm2)；t为降雨历时(min)；P为重现期(年)。南京地区降雨重现期按两年一遇，P＝2；降雨持续时间取t＝60min，按公式计算单位面积的流量为q＝137.4L/s·hm2，即降雨强度为13.74ml/s·m2。实验使用的渗水仪，每个泄水孔的高度是固定的，可选取与实际降雨强度比较接近的泄水孔高度，最终选取蓄水槽中距离底部14cm的泄水孔，其对应的降雨强度为15.7ml/s·m2，分别取路面横坡为1％、1.5％、2％。3.不同宽度OGFC-13沥青路面横向渗透流量的估算当选取蓄水槽中距离底部14cm的泄水孔，路面横坡分别为1％、1.5％、2％时，试验数据如表2、3、4所示。表2横坡为1％时不同宽度OGFC-13沥青混合料的横向渗透流量宽度L(cm)30252015渗透流量Q(ml/s)49.6246.9340.2536.87表3横坡为1.5％时不同宽度OGFC-13沥青混合料的横向渗透流量宽度L(cm)30252015渗透流量Q(ml/s)49.4946.5336.5331.53表4横坡为2％时不同宽度OGFC-13沥青混合料的横向渗透流量宽度L(cm)30252015渗透流量Q(ml/s)50.1146.2032.0131.65(1)当降雨强度为15.7ml/s·m2，路面横坡为1％时，估算14m宽此级配的大空隙沥青路面每延米横向渗透流量：当z取最小值，则所以当L＝14m时，此级配的大空隙沥青路面每延米横向渗透流量为(2)当降雨强度为15.7ml/s·m2，路面横坡为1.5％时，估算10.5m宽此级配的大空隙沥青路面每延米横向渗透流量：当z取最小值，则所以当L＝10.5m时，此级配的大空隙沥青路面每延米横向渗透流量为：(3)当降雨强度为15.7ml/s·m2，路面横坡为2％时，估算7m宽此级配的大空隙沥青路面每延米横向渗透流量：当z取最小值，则所以当L＝7m时，此级配的大空隙沥青路面每延米横向渗透流量为据此，通过本发明的方法，可以得到其他特定降雨量、特定坡度的大空隙沥青路面的横向渗透流量，从而选择合适的排水设施，达到通畅排水的效果。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。当前第1页1 2 3