淺談?dòng)绊懯姓杆月访鏉B透效果的因素

朱 磊， 向皓楠

(1.西南交通大學(xué)，四川成都 610031； 2.中鐵五局集團(tuán)成都工程有限責(zé)任公司，四川成都 610091)

1 透水性路面概述

透水性路面[1]是一種允許水流通過(guò)材料基體、開(kāi)口空隙或者連通空隙進(jìn)行滲透的鋪筑材料。由于在學(xué)術(shù)中經(jīng)常把滲透性路面、透水性路面和多孔性路面混用，本文中則以透水性路面為基準(zhǔn)。透水性路面是建設(shè)海綿城市中不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，它利用自身透水結(jié)構(gòu)讓雨水滲透至土壤和地下水中，有效提高路面滲透率，減小排水管網(wǎng)的壓力，削弱路面徑流峰值。并且對(duì)徑流水中一定量的COD和SS有著良好的去除率以保證水流的潔凈。目前市政道路中使用的透水路面主要有透水性磚路面、透水混凝土路面、透水瀝青混凝土路面。

1.1 透水性磚路面

透水磚一般由水泥、粗集料、砂石和添加劑等組成。透水性磚路面從使用功能上又分為磚體本身透水和磚體本身不透水[2]，磚體本身透水的透水磚主要用于公園或步行道等路面，而磚體本身不透水的透水磚主要透水功能是依靠鋪貼時(shí)磚與磚相互之間的縫隙實(shí)現(xiàn)，使雨水從磚的縫隙滲入地下以達(dá)到透水目的。目前市面上的透水磚有著各種形狀和顏色，通過(guò)一定形式的配合與拼接，并與周邊綠化相結(jié)合，能夠大大地豐富市政景觀效果。

1.2 透水混凝土路面

透水混凝土路面是一種采用單一粒徑粗骨料，并且控制水泥的用量以保證水泥漿剛好包裹粗骨料的大孔隙混凝土。透水混凝土的組成成分一般不含有細(xì)集料，則在其內(nèi)部粗骨料之間形成了較大的空隙，因此具有良好的透水和透氣性能。同傳統(tǒng)混凝土路面比較而言，透水性混凝土不僅能夠及時(shí)排走路面積水，還能優(yōu)化調(diào)節(jié)城市熱循環(huán)和降低路面車(chē)輛噪音。

1.3 透水瀝青混凝土

透水瀝青混凝土是屬于開(kāi)級(jí)配瀝青混合料的一種，其采用較大用量的單一粒徑粗集料制成，一般細(xì)集料含量較少。透水瀝青混凝土一般只在道路面層采用透水瀝青材料，底層仍是普通不透水瀝青混凝土，鋪筑前會(huì)在底層路面兩側(cè)增加排水暗管，雨水經(jīng)過(guò)透水瀝青混凝土面層后又由底面層橫流入到道路兩旁的暗管中，進(jìn)而統(tǒng)一排入到蓄水池或者城市排水管網(wǎng)中。在實(shí)際施工當(dāng)中要控制好底層路面的橫坡坡度，確保透水瀝青混凝土路面面層間滲水能夠及時(shí)排走，避免長(zhǎng)期的層間水存在而導(dǎo)致道路的破損。

2 市政道路路面透水性能實(shí)驗(yàn)

城市道路路面結(jié)構(gòu)的透水特性通過(guò)其滲透性表示，充分認(rèn)識(shí)并有效確定路面結(jié)構(gòu)的滲透性是成功應(yīng)用的關(guān)鍵。滲透系數(shù)是透水路面滲透性最重要的指標(biāo)之一[3]，目前，定水頭法和變水頭法是測(cè)量透水性路面滲透系數(shù)的主要方法。定水頭法主要適用于滲透系數(shù)較大的滲透材料，而變水頭法適用于滲透性較小材料的測(cè)量。此外由于實(shí)施條件的限制，變水頭法通常適用于現(xiàn)場(chǎng)滲透材料的滲透系數(shù)測(cè)定，定水頭法則只能適用于室內(nèi)的滲透材料測(cè)量。并且，兩種測(cè)量方法均以材料承受一定水壓下進(jìn)行滲透性能實(shí)驗(yàn)。

2.1 測(cè)試點(diǎn)的選擇

本文選取了成都市早期至最新建造使用的典型透水性鋪裝路面，包括透水磚鋪面的公園步行道、現(xiàn)澆混凝土鋪面的人行道路和透水瀝青混凝土鋪筑的車(chē)干道，主要分布于高新區(qū)桂溪生態(tài)公園、天府新區(qū)興隆湖生態(tài)公園、溫江區(qū)光華大道、青羊區(qū)東城根下街、錦江區(qū)東大街等。各測(cè)試點(diǎn)的透水性路面鋪裝材料類(lèi)型見(jiàn)表1。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 透水混凝土滲水實(shí)驗(yàn)

隨機(jī)選擇路面較為平整均勻路段進(jìn)行滲水試驗(yàn)，滲水區(qū)域直徑為13cm，面積約為132.7cm2，在試驗(yàn)路段上選取5組試驗(yàn)點(diǎn)，選取的點(diǎn)位依次編號(hào)，并用粉筆打上標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先用掃把將路面灰塵雜物打掃干凈，以防雜物堵塞空隙進(jìn)而影響水的滲入以及影響滲水儀器的密封，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

表1 各測(cè)試點(diǎn)透水鋪裝類(lèi)型

(1)選擇需要進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)位置，將膠環(huán)放置于測(cè)試點(diǎn)中央，并在膠環(huán)的外側(cè)和內(nèi)側(cè)分別用粉筆畫(huà)圈做標(biāo)記，后用密封材料在內(nèi)外兩圈所包含區(qū)域內(nèi)進(jìn)行密封。一般選取表面較為均勻且平整的地方進(jìn)行滲水試驗(yàn)。

(2)使用密封材料對(duì)環(huán)狀區(qū)域進(jìn)行密封，密封材料不能進(jìn)入內(nèi)圈，若不小心進(jìn)入用刮刀將密封材料刮除，將滲水儀器底圈用油泥包裹，以防止在滲水時(shí)水從儀器底部與路面接觸面的縫隙漏出。

(3)關(guān)閉開(kāi)關(guān)，并向量筒中注入水，注滿后打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使?jié)B水儀器底部空氣隨水的下流排出，在水面下降速度明顯減慢時(shí)輕壓滲水儀，確保底部空氣全部排出，而后再次關(guān)閉開(kāi)關(guān)，并第二次向量筒內(nèi)注水，直至注滿。

(4)秒表計(jì)時(shí)就位，打開(kāi)滲水儀開(kāi)關(guān)，水面降至100mL時(shí)，立刻啟動(dòng)秒表，開(kāi)始計(jì)時(shí)，每60s讀數(shù)量筒一次，直至水面下降到500mL刻度停止計(jì)時(shí)，并計(jì)入時(shí)間數(shù)據(jù)。在滲水試驗(yàn)過(guò)程中，若底部與密封材料間有水滲出，則測(cè)試無(wú)效，應(yīng)重新選擇干燥路面重新試驗(yàn)；若水面下降較慢，在測(cè)定時(shí)間到達(dá)3min時(shí)量筒尚未下降至500mL刻度值，則讀取3min時(shí)水面刻度；若水面下降到一定高度后基本不動(dòng)，則該點(diǎn)透水性能極差或不透水，應(yīng)注明。

2.2.2 透水磚滲水試驗(yàn)

在試驗(yàn)路段隨機(jī)選取5個(gè)實(shí)驗(yàn)位置，以相同的水量測(cè)試不同點(diǎn)的滲水情況，不同滲水點(diǎn)的位置依次編號(hào)，用粉筆畫(huà)圈，清理表面雜物，具體操作步驟如下：

(1)制作1m×1m×0.1m木框，作為測(cè)試區(qū)域的匯水面積擋板，并選取平整度較好的路面，將木框用密封材料固定在選取的區(qū)域，并且用密封材料間透水磚和木框連接邊緣四周的縫隙密封好，保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不發(fā)生側(cè)漏。

(2)對(duì)木框內(nèi)進(jìn)行注水，保證道路各個(gè)結(jié)構(gòu)層都得到?jīng)_洗和浸潤(rùn)以及檢驗(yàn)?zāi)究蚝屯杆u的四周是否有漏水。

(3)因?yàn)橥杆u的滲水面積較大，為確保試驗(yàn)準(zhǔn)確性，結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況，在臺(tái)布上加一定量的水，由于水量較大，因此為防止在抽去臺(tái)布的同時(shí)破壞邊框或?qū)⑺疄⒌綕B水邊框外，影響實(shí)驗(yàn)精度，故改為計(jì)算所需用水量，將計(jì)算好的用水量事先準(zhǔn)備好并分別用桶儲(chǔ)存，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，將水桶內(nèi)的水迅速倒入木框內(nèi)，這樣可保證和抽取臺(tái)布有共同的效果并具有抽取臺(tái)布方法不具有的優(yōu)點(diǎn)。注水時(shí)間即為實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間。

(4)觀察并記錄木框范圍內(nèi)的水全部下滲需要的時(shí)間。

2.3 計(jì)算方法

透水性路面的滲水系數(shù)計(jì)算公式見(jiàn)式(1)，測(cè)量時(shí)以水面從100mL下降至500mL時(shí)所消耗時(shí)間為準(zhǔn)，若下降時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可采用3min通過(guò)的水量進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中：K為透水性路面滲透系數(shù)，單位cm/s；V為量筒讀數(shù)，單位mL；t1、t2為100mL至500mL下滲時(shí)間；A為水與測(cè)量路面的接觸面積，單位m2。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

對(duì)選取的8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)依次進(jìn)行滲透性測(cè)量試驗(yàn)，，其中每個(gè)測(cè)試點(diǎn)隨機(jī)選取5處試位置進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1號(hào)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示，整理數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在同一測(cè)量點(diǎn)的人流量和車(chē)流量大致相同的情況下，隨機(jī)選擇的五處試驗(yàn)點(diǎn)的滲透系數(shù)并無(wú)明顯的差異，因此去其平均值作為該測(cè)試點(diǎn)的滲透性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，則其余測(cè)試點(diǎn)滲透系數(shù)如表3所示。

表2 1號(hào)測(cè)試點(diǎn)不同位置下滲水系數(shù)

表3 各測(cè)試點(diǎn)穩(wěn)定后的滲透系數(shù) cm/s

從表3可見(jiàn)，在選取的8個(gè)測(cè)試點(diǎn)均滿足規(guī)范對(duì)透水面層滲透系數(shù)不小于0.01cm/s的要求，其中8號(hào)測(cè)試點(diǎn)錦江區(qū)東大街牛王廟中部的透水瀝青混凝土鋪裝的滲透系數(shù)最大，其次是5號(hào)測(cè)試點(diǎn)南熏大道地鐵站左側(cè)的紅色現(xiàn)澆透水混凝土鋪面。2號(hào)、4號(hào)和6號(hào)現(xiàn)澆透水瀝青混凝土中，2號(hào)桂溪湖生態(tài)公園滲透系數(shù)最低，相對(duì)于4號(hào)而言，使用時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于6號(hào)而言，使用頻率較高以及人流量較大。在所調(diào)查的成都地區(qū)8處透水鋪裝中，建成年代有一定差距，6號(hào)測(cè)試點(diǎn)距今已使用3～4年時(shí)間，7號(hào)和8號(hào)才使用不到1年時(shí)間，透水路面的滲透性能差異較大。就整體情況分析而言，透水瀝青混凝土路面好于現(xiàn)澆透水混凝土路面好于透水磚鋪砌路面，其中滲透性能最好的是8號(hào)測(cè)試點(diǎn)的透水瀝青混凝土路面，滲透系數(shù)為0.53cm/s；對(duì)于透水磚鋪砌路面，滲透系數(shù)為0.011cm/s；現(xiàn)澆透水混凝土鋪面中2號(hào)滲透性能最低。導(dǎo)致透水性路面實(shí)際滲透效果差的因素有很多，比如路面厚度、道路使用狀況、路面空隙尺寸和大小、維護(hù)頻率等。

3 市政透水性路面實(shí)際滲透能力的影響因素

3.1 透水性路面面層的滲透能力

依據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，透水性路面面層的滲透系數(shù)不應(yīng)小于0.01cm/s，面層空隙率不宜小于20 %。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果來(lái)看，實(shí)際投入使用一定時(shí)間的透水性路面的透水性能明顯低于新鋪筑的面層材料，本文所調(diào)查的高新區(qū)桂溪湖生態(tài)公園的面層材料與光華大道人行道相同，但就滲透系數(shù)相比較而言明顯較低。而相比較于興隆湖公園而言，雖然其建造使用時(shí)間更長(zhǎng)，但由于所處地理位置的不同，人流量、車(chē)流量較低，使用頻率也明顯比桂溪湖生態(tài)公園低。說(shuō)明透水性路面的使用時(shí)間、使用頻率、后期維護(hù)都是影響其透水性能的重要因素。因此，在今后的透水路面設(shè)計(jì)規(guī)劃中應(yīng)參考規(guī)范要求，著重考慮透水路面的使用情況以及維護(hù)管理。按照規(guī)范要求合理避開(kāi)灰塵和沉積物較多的位置。

3.2 透水性路面的基層材料

依據(jù)相關(guān)規(guī)定而言，透水性了路面的基層最好也采用透水性材料鋪筑。而在具體的工程應(yīng)用中，對(duì)于人行道、停車(chē)場(chǎng)、公園道路等路面的鋪筑，全透式基層的透水性能明顯優(yōu)于半透式基層，全透式基層材料主要適用于滲水性能較好的土基，例如粉砂土、砂土等而半透式基層主要用于滲水性能較差的土基，如淤泥土質(zhì)等。對(duì)于城市干道或者高速公路的透水性路面的鋪筑而言，以透水瀝青混凝土為面層的不透式基層路面應(yīng)用最廣，其中OGFC(又稱(chēng)開(kāi)級(jí)配排水瀝青路面)為此類(lèi)型路面。如東城根下街和東大街的透水瀝青混凝土路面，這種路面不僅具有良好的透水性能，而且借助路邊排水管網(wǎng)設(shè)施以發(fā)揮更好的蓄滲排等效果。因此，透水性路面的設(shè)計(jì)施工必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求鋪筑路面基層。