一種新型海綿城市道路多孔排水混凝土基層施工技術(shù)

吳思聰

(成都建工第三建筑工程有限公司，四川成都610000)

1 海綿城市與透水路面

海綿城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在應對環(huán)境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的適應性，也可稱之為“水彈性城市”。在目前海綿城市施工建設過程中，大多主要利用道路向兩側(cè)的植草溝、滲水磚、雨水花園、下沉式綠地等有組織的綠色措施來組織排水，在暴雨等降雨量較大的天氣情況下，往往達不到海綿城市建設“大雨不積水”的要求。這種排水方式忽略了海綿城市最根本的排水方式——豎向排水，即讓雨水通過路面垂直下滲進入管道系統(tǒng)進行排，使得從路面垂直下滲的雨水通過滲透的方式進入地下排水管，這種方法緩解了溢水井的排水和土壤蓄水壓力，能保證在降雨量較大的情況下，路面不產(chǎn)生積水或只有很少量的積水。

為了緩解硬化路面對水資源的負面影響，以及緩解硬化路面對市政排水的影響，多會在硬化路面設置透水基層，現(xiàn)有的透水基層的透水能力主要通過鋪設的填料的孔隙率來調(diào)控，當填料的孔隙率越大時，透水基層的透水能力越強，當填料的孔隙率越小時，透水基層的透水能力越弱。填料孔隙率還與透水基層的強度相關(guān)，填料的孔隙率越大，透水基層的強度往往越小，透水基層越容易發(fā)生沉降、凹陷等不良情況。本文提出一種透水基層及其施工方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中基層的透水能力與結(jié)構(gòu)強度不能兼顧的問題。

2 工藝實施流程

2.1 施工準備

在管道施工前，提前對用到的HDPE雙壁波紋管和UPVC塑料管進行開孔，與傳統(tǒng)滲透管開孔方式不同，不需在管身作環(huán)形布置開孔，本文中HDPE波紋管僅在管道上部開孔，開孔位置為管道截面0°、90°、180°、45°、135°處，其中45°、135°的孔洞與0°、90°、180°的孔洞在管道波紋的各個波谷上間隔分部，為避免孔洞堵塞故采用條形孔代替圓形孔。HDPE雙壁波紋管根據(jù)所用管道管徑大小不同，所開條形孔的大小規(guī)格也不一致，見表1。

2.2 作業(yè)條件

(1)夯實基礎，確?；A達到設計地耐力要求，并由項目技術(shù)負責人組織有關(guān)人員驗收。

表1 HDPE雙壁波紋管開孔尺寸

(2)平整場地，做好排水處理，確?；A不積水。

(3)清除搭設范圍內(nèi)的障礙物和雜物。

2.3 鋪設第一透水層

在路基鋪設礫石混凝土層，可選的使第一透水層與路基大致同寬，或可選的使第一透水層略窄于路基，并找平，第一透水層主要承受由道路路面?zhèn)髁淼妮d荷，并將載荷分布至路基，隔離及緩和路基對上部的影響，為穩(wěn)定層施工提供方便，第一透水層可以采用透水能力好、隔離效果好，且易于找平的材料，例如碎石混凝土、礫石混凝土、工業(yè)廢渣等，本實例中采用礫石混凝土，礫石混凝土在凝固前具有和易性好、流動性好的特點，便于澆筑并平鋪于路基，以及在其上固定設置網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且凝固后的礫石混凝土能夠隔離路基，其透水性好，有利于排水。

第一透水層設置于穩(wěn)定層靠近路基的一側(cè)，第一透水層找平路基表面，并將不良路基與穩(wěn)定層隔離，例如隔離濕軟路基、凍脹路基等，并且為穩(wěn)定層提供平整的施工面，增大穩(wěn)定層與路基的接觸面積，提高穩(wěn)定層抵抗相對于路基滑移的能力。并且，第一透水層還能避免網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的管體直接支設于路基，減少網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生由于局部應力集中而破壞的情況。

2.4 設置穩(wěn)定層

在第一透水層凝固成型前，將若干管體以大于小于的預設角度傾斜插設于第一透水層使其固定，將管體交叉的部位固定，例如通過膠粘結(jié)，或焊接，或綁扎等方式固定，具體的固定方式以能夠牢靠固定為準，以使管體形成穩(wěn)固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

并且使上述的若干管體的端部大致均勻分布于穩(wěn)定層，使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即從由路面至路基方向以任意角度在穩(wěn)定層獲取截面時，若干管體均呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

本文所述的透水基層，其包括透水的穩(wěn)定層，包括透水的穩(wěn)定層，穩(wěn)定層包括填料和多根管體，管體至少具有沿軸向的用于容許水流通過的流道，流道至少貫穿管體的端部；任一管體均與路面成預設角度固定設置，預設角度大于0°且小于180°，多個管體相互交叉成網(wǎng)狀，填料填充管體形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中，管體之間相互連接或通過填料支撐以保持各個管體的預設角度。

通過設置與路面成預設角度固定的多根管體，其預設角度大于0°小于180°，管體與路面不平行，若干管體交叉并連接以形成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，將填料填充于管體形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中最終形成穩(wěn)定層，或者說將管體以預設角度放置于填料形成的幾何體內(nèi)，通過填料來支撐管體以保持其預設的角度最終形成穩(wěn)定層。

在穩(wěn)定層受到靠近路面一側(cè)傳來的壓力時，該穩(wěn)定層中管體形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠沿管體及各管體的連接節(jié)點傳遞壓力，使該壓力至少部分轉(zhuǎn)化為其他方向的力，提高穩(wěn)定層抵抗沉降變形的能力。通過設置管體形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在填料的孔隙率較大時，能夠彌補穩(wěn)定層的結(jié)構(gòu)強度、剛度和抗變形能力，以兼顧穩(wěn)定層的透水能力和結(jié)構(gòu)強度。

同時，在填料的孔隙率較小，不足以應付突然增大的瞬時排水需求時，管體設置的流道還能夠提高穩(wěn)定層的臨時蓄水能力，提高路面即時排水的速率。在同一填料情況下，填料孔隙率較小時，則其排水率較小而強度較大，管體在進一步提高穩(wěn)定層抗變形能力的同時，其流道還能提高即時排水的需求，從而使穩(wěn)定層能夠進一步兼顧排水能力和結(jié)構(gòu)強度。

2.5 填充填料

向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中填充填料，填料為礫石混凝土，將拌和好的礫石混凝土填入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中，使用搗棒在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中插搗，排除氣泡和空隙，使填料均勻填充密實。

穩(wěn)定層的寬度小于第一透水層的寬度，穩(wěn)定層的寬度方向的邊緣與第一透水層寬度方向的邊緣的距離為20～40 mm，以便于應力擴散，及便于穩(wěn)定層施工，降低施工難度，加快施工進度。

上述的固定管體工序和填充填料工序可以調(diào)換，如先固定管體，再填充填料?；蛘撸仍诘谝煌杆畬愉佋O礫石混凝土，然后將預先采用管體制作完成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)沉入礫石混凝土中，為了內(nèi)部成型考慮，可以使用搗棒插搗以排出空氣。上述的管體，也可以是單獨傾斜插入第一透水層中，形成如礫石混凝土等填料或膠凝材料固定而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而非直接固定連接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

填料形成多孔固體結(jié)構(gòu)的同時，管體的流道中也設有膠凝材料。通過在管體的流道中設置膠凝材料填充管體，膠凝材料可以輔助支撐管體的管壁，增強管壁的幾何穩(wěn)定性，提高管體的承載能力；管體的管壁可以對膠凝材料提供側(cè)向約束，能夠緩解膠凝材料由于受力而致使內(nèi)部發(fā)生微裂紋或內(nèi)部微裂紋發(fā)展的情況。管體與膠凝材料結(jié)合，既提高了膠凝材料的塑性和韌性，又提高了管體強度，延緩或避免管體局部變形或屈曲，起到大幅提高網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的承載能力和結(jié)構(gòu)強度的作用，進一步兼顧穩(wěn)定層透水能力和結(jié)構(gòu)強度的作用，緩解或避免沉降變形。

將管體的管壁開設允許膠凝材料流出的出漿孔，讓出漿孔與流道連通，使得管體流道內(nèi)的膠凝材料能夠與填料更好接觸，凝固后二者的膠結(jié)在一起，增大了管體與填料的連接強度，增強了穩(wěn)定層的整體性，進一步提高了穩(wěn)定層抵抗沉降變形的能力。

2.6 固定拉結(jié)絲

如上節(jié)所述在增強穩(wěn)定層強度方面，在管體外壁固定若干拉結(jié)絲，每根拉結(jié)絲至少固定連接2個管體。本實例中采用鋼絲綁扎于管體外壁。

一方面，拉結(jié)絲連接于管體之間，增加網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多余約束，進一步防止網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)失效，提高網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強度和受力能力；另一方面，拉結(jié)絲分布于填料中間，提高填料的抗拉強度、抗彎剪強度及抗沖擊強度，使穩(wěn)定層的韌性得以提高，進一步提高穩(wěn)定層抵抗沉降變形的能力。因此拉結(jié)絲進一步彌補填料孔隙導致的穩(wěn)定層強度降低，使其能進一步兼顧透水能力和結(jié)構(gòu)強度(圖1～圖3)。

圖1 管道與拉結(jié)絲固定示意

圖2 多孔排水混凝土基層斷面示意

圖3 多孔排水混凝土基層平面示意

2.7 鋪設第二透水層

在穩(wěn)定層表面鋪設第二透水層，將拌和好的透水混凝土鋪設于穩(wěn)定層表面，并找平。

設置第二透水層的寬度小于穩(wěn)定層的寬度，第二透水層的寬度方向的邊緣與穩(wěn)定層寬度方向的邊緣的距離為10～30 mm，以便于應力擴散，及便于穩(wěn)定層施工，降低施工難度，加快施工進度。

第二透水層采用透水性好且強度較大的材料，例如碎石、石灰、砂礫、工業(yè)廢渣或其他穩(wěn)定的粒料，或者，采用上述一種材料或多種材料混合作為骨料的混凝土，本文研究過程中采用透水混凝土，透水混凝土凝固成型后具有良好的抗凍融性，并且耐磨、易維護，可以有效保護穩(wěn)定層。透水混凝土中粗骨料的量大于細骨料的量，其透水性、水穩(wěn)性和強度較好，承載力高，有利于傳遞荷載和路面排水，并且礫石混凝土還能起到膠結(jié)穩(wěn)定層和路面的作用，減少穩(wěn)定層與路面之間出現(xiàn)空鼓的情況，減少路面由于空鼓而凹陷或沉降的情況，延長路面耐久性，提高路面質(zhì)量，還能增強穩(wěn)定層與路面的整體性，消除路面與穩(wěn)定層相對滑移的問題。

上述的工序中，在前一工序設置的結(jié)構(gòu)層尚未完全凝固時，即可進行下一結(jié)構(gòu)層設置，以使相鄰結(jié)構(gòu)層相互膠結(jié)，加強其連接強度，增強整體性。

3 結(jié)束語

使用新型海綿城市道路多孔排水混凝土基層組成的排水系統(tǒng)，提高收集、疏導、排放城鎮(zhèn)住宅小區(qū)路面上雨水的效率。在有效減少路面積水概率的同時，地下土壤中的多余水分通過滲透進入排水管，可緩解土壤蓄水壓力，降低地下水位，環(huán)境效益明顯。地下開孔雨水管包裹專用滲水土工布，加上雨水通過透水路面、透水墊層、砂石層后滲透土工布排入管道，使得雨水進入排水管道已經(jīng)過多次過濾，便于其回收利用，具有較高的經(jīng)濟效益。