縫隙透水型路面關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)及透水功能研究

鄭曉光，陳亞杰

［上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092］

0 引 言

黨的十八大以來，黨和國家高度重視生態(tài)文明建設(shè)，其中海綿城市建設(shè)是新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要抓手。“十三五”期間，海綿城市建設(shè)在全國許多城市陸續(xù)展開，不僅大幅緩解了城市內(nèi)澇現(xiàn)象，還有效改善了城市人居環(huán)境，在我國取得了巨大的生態(tài)效益。

在海綿城市建設(shè)體系中，透水鋪裝是最重要的技術(shù)措施之一，其中在人行道、廣場、停車場中透水磚路面的應(yīng)用最為廣泛。傳統(tǒng)的透水磚路面通過磚體中存在的孔隙進(jìn)行透水，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這種磚體的孔隙易被粉塵堵塞，同時(shí)由于磚體內(nèi)部孔隙的存在，其材料強(qiáng)度相對(duì)較低，抗凍性差。

近些年，歐洲、北美等地區(qū)在步行街、停車場等區(qū)域也建設(shè)了大量的透水鋪裝，其采用的面層材料磚體不透水，雨水通過磚體間聯(lián)鎖支撐結(jié)構(gòu)形成的縫隙向下滲透，這就是縫隙透水型路面，設(shè)計(jì)形式如圖1 所示。由于磚體間縫隙較大，因此透水有保證，而且縫隙堵塞容易清理。同時(shí)，由于磚體本身沒有孔隙存在，因此其強(qiáng)度高、耐久性好，故而是一種值得推廣的新型透水路面，如圖2 所示。

圖1 縫隙透水型路面磚平面設(shè)計(jì)示意圖

圖2 縫隙透水型路面

目前縫隙透水型路面在國內(nèi)被逐漸推廣應(yīng)用，但是研究較少，本文針對(duì)該類型路面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及透水功能測試方法進(jìn)行分析。

1 縫隙透水型路面關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)

縫隙透水型路面由面層、找平層、基層和墊層組成。面層采用縫隙透水型路面磚鋪筑，找平層、基層和墊層均采用透水材料，使雨水能夠通過透水性能良好的路面結(jié)構(gòu)，直接滲入路基土或由邊緣排水系統(tǒng)排出。

為保證徑流控制效果及面層的穩(wěn)定性，磚體上設(shè)置聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。對(duì)于以行人為主的道路，縫隙透水型路面磚的厚度不應(yīng)小于6 cm ；對(duì)于有停車需求的道路，其厚度不應(yīng)小于8 cm?？p隙寬度是該類型路面的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，磚體之間聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)拼接而成的縫隙寬度不應(yīng)小于5 mm，并應(yīng)根據(jù)面層磚尺寸的不同設(shè)計(jì)縫隙寬度，以滿足滲流要求。同時(shí)，路面磚之間的縫隙不能留空，縫隙采用填縫料填充，填充要均勻、飽滿。填縫料應(yīng)采用細(xì)骨料碎石，粒徑小于3 mm。不能用砂子代替碎石，砂子透水系數(shù)小，難以保證透水路面的整體滲流需求，且易隨雨水徑流遷移到找平層及透水基層，造成其他層透水材料的堵塞（見圖3、圖4）。

圖3 填縫料被沖刷遷移

圖4 填縫料遷移堵塞找平層

與傳統(tǒng)的透水路面采用孔隙率作為關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)控制透水功能不同，該類型路面采用縫隙率作為關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)。縫隙透水型路面磚鋪砌完成后單位面積內(nèi)縫隙所占比例即為縫隙率，其值宜在7%～13%之間。

縫隙透水型路面磚與基層間設(shè)置找平層，厚度宜為30～40 mm，采用的碎石級(jí)配應(yīng)符合表1 的要求。

表1 找平層集料級(jí)配

縫隙透水型路面基層材料根據(jù)荷載及交通量的不同可選用級(jí)配碎石、骨架空隙型水泥穩(wěn)定碎石或透水水泥混凝土，其性能應(yīng)滿足現(xiàn)行國家和行業(yè)規(guī)范的技術(shù)要求。

當(dāng)縫隙透水型路面土基為黏性土?xí)r，需要設(shè)置墊層；當(dāng)土基為砂性土或底基層為級(jí)配碎礫石時(shí)，可以不設(shè)置墊層。土基頂面回彈模量值不宜小于20 MPa，土質(zhì)路基壓實(shí)應(yīng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)控制，壓實(shí)度不應(yīng)低于90%，全透式路面的路基壓實(shí)度不宜大于93%。

根據(jù)滲流計(jì)算，在設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度條件下，路面有產(chǎn)生徑流風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置路面內(nèi)部排水系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)方法見圖5、圖6。

圖5 全透式路面內(nèi)部排水系統(tǒng)

圖6 半透式路面內(nèi)部排水系統(tǒng)

2 透水功能測試方案設(shè)計(jì)

透水功能是透水路面最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，國內(nèi)常采用《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188—2012）[1]及《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009）[2]規(guī)定的方法進(jìn)行測試。但《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009）[2]規(guī)定的方法主要用于透水水泥混凝土在試驗(yàn)室的測試，無法實(shí)現(xiàn)在透水路面現(xiàn)場進(jìn)行快速、直觀檢測。

美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)提出的《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]是一種單環(huán)定水頭測試方法，適用于透水路面現(xiàn)場進(jìn)行透水系數(shù)測試，操作簡單、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

本次研究采用《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188—2012）[1]的透水系數(shù)測試方法及《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的方法對(duì)縫隙透水型路面透水功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 試驗(yàn)方法

《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188—2012）[1]的透水系數(shù)測試方法詳見其規(guī)程附錄A。《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的測試方法如下。

（1）主要儀具

一個(gè)由透明有機(jī)玻璃制成的滲透環(huán)，內(nèi)腔直徑為300 mm，高度為100 mm，離環(huán)底10 mm 和15 mm高處有粗刻度線（見圖7）。

圖7 滲透環(huán)

（2）測試步驟

測試前首先對(duì)測試點(diǎn)區(qū)域的路面表面進(jìn)行清掃，不能有垃圾、碎片等材料黏附在路表面。以磚塊拼接的一個(gè)交叉縫處作為圓心，將滲透環(huán)置于路面表面的測點(diǎn)上。用密封材料對(duì)環(huán)狀密封區(qū)域進(jìn)行密封處理。將3.6 kg 的水倒入滲透環(huán)內(nèi)進(jìn)行預(yù)濕，倒入的速度保證水位達(dá)到環(huán)內(nèi)兩個(gè)刻度之間。倒水時(shí)應(yīng)盡量將水沖落于磚塊表面，避免水流將填縫材料帶走，出水口的高度為150 mm 左右。從水接觸路表面開始計(jì)時(shí)，路表無水時(shí)停止計(jì)時(shí)。完成預(yù)濕后開始正式測試：若預(yù)濕時(shí)間小于30 s，則需要加入18.00 kg的水；若預(yù)濕時(shí)間大于或等于30 s，則需要使用3.60 kg 的水。

（3）透水系數(shù)的計(jì)算按下式計(jì)算：

式中：I 為透水系數(shù)，mm/s；M 為測試用水量，kg；D 為滲透環(huán)內(nèi)徑，mm；t 為時(shí)間，s；K 為常數(shù)，1273240。

2.2 試驗(yàn)路參數(shù)設(shè)計(jì)

為研究磚體尺寸與不同縫隙寬度對(duì)透水系數(shù)的影響，本次試驗(yàn)在蘇州某停車場鋪設(shè)了不同尺寸磚塊及縫隙寬度的縫隙透水型路面進(jìn)行透水功能測試。透水路面結(jié)構(gòu)為：6 cm 縫隙透水型路面磚+ 3 cm找平層+ 30 cm 級(jí)配碎石，其中嵌縫料與找平層的材料符合表1 的要求。本次研究鋪筑了7 種常見類型的縫隙透水型路面，具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 不同試驗(yàn)路設(shè)計(jì)參數(shù)

3 透水功能試驗(yàn)分析

按《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188—2012）[1]附錄A 的方法對(duì)7 段試驗(yàn)路進(jìn)行透水系數(shù)測試（見圖8），不同縫隙率與透水系數(shù)關(guān)系見圖9。

圖8 現(xiàn)場透水系數(shù)測試

圖9 不同縫隙率與透水系數(shù)關(guān)系

由以上數(shù)據(jù)可見，不同縫隙率與透水系數(shù)無明顯相關(guān)關(guān)系，數(shù)值均在1300 s～1400 mL/15 s 之間?？紤]到滲水儀的閥門直徑僅為1 cm，本次試驗(yàn)將兩組滲水儀架空后測試其無材料阻擋條件下的透水系數(shù)，其數(shù)值分別為1200 mL/15 s 和1400 mL/15 s?？梢娫撛囼?yàn)方法極易由于儀器閥門流速限制而無法測出縫隙透水型路面的真實(shí)透水系數(shù)，嚴(yán)重影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故該測試方法無法有效表征縫隙透水型路面的透水功能。

按照《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的方法對(duì)7 段試驗(yàn)路進(jìn)行透水系數(shù)測試（見圖10），不同縫隙率與透水系數(shù)關(guān)系見圖11。

圖11 不同縫隙率與透水系數(shù)關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果顯示《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的測試方法可以很好地反映不同縫隙率縫隙透水型路面的透水系數(shù)變化情況（見圖12）。隨著縫隙率的增大，透水系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，。參照美國的技術(shù)要求，該類型路面表面滲透系數(shù)可達(dá)1000 in/h（7.1 mm/s），結(jié)合本次試驗(yàn)結(jié)果分析，可以確定縫隙透水型路面的縫隙率宜大于7.5%。

圖12 縫隙透水型路面透水系數(shù)衰變

對(duì)不同設(shè)計(jì)參數(shù)縫隙透水型路面的透水系數(shù)進(jìn)行跟蹤測試，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)6 個(gè)月的運(yùn)行對(duì)該類型路面透水系數(shù)無明顯影響，同時(shí)鋪裝表面也無結(jié)構(gòu)性損壞，即該類型路面的透水性能和力學(xué)性能耐久性良好。

4 結(jié) 論

根據(jù)試驗(yàn)分析，確定了縫隙透水型路面的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)和透水功能，主要結(jié)論如下：

（1）縫隙透水型路面磚之間的縫隙不能留空，應(yīng)采用符合級(jí)配要求的碎石進(jìn)行填充，填充要均勻、飽滿。

（2）采用常規(guī)的滲水儀測試透水系數(shù)無法有效表征縫隙透水型路面的透水功能，《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的測試方法對(duì)該類型路面是有效的。

（3）縫隙率可以有效反映縫隙透水型路面的透水性能，為實(shí)現(xiàn)良好的滲透功能，縫隙率宜大于7.5%。

（4）縫隙透水型路面具有良好的透水功能耐久性，且該類型路面由于面層磚體不透水、強(qiáng)度高，故其耐久性也有很大的優(yōu)勢。