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【专栏】解密打造海绵城市的设施“透水性路面”


【信息时间:2018/1/9  阅读次数:【我要打印】【关闭】

 1从海棉城市说起

什么是海绵城市?是指城市能像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的弹性。下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水释放并加以利用。作为打造海绵城市的设施,透水混凝土路面具有透水性,下雨时能较快消除道路、广场的积水现象集中降雨时能减轻城市排水设施的负担(图1)。

1 海绵城市模式图

 

在城市建设中,绝大多数的城市道路、人行道、停车场、商业步行街、广场及公园道路的铺装普遍采用水泥混凝土、密级配沥青混合料等不透水材料,这些材料虽然工艺成熟、铺装简单,但不符合“以人为本”的方针,给城市的生态环境带来许多负面的影响。一方面,普通混凝土铺筑的路面缺少透水性和透气性,雨水不能进入地下,致使地表植物因为严峻缺水而难以正常生长,另一方面,不透气的路面很难与空气进行热量、水分的交流,缺少对城市地表温度、湿度的调节改变的能力,发生所谓的“热岛”现象。此外,不透水的路面外表容易发生积水现象,大大降低了道路行驶的舒服性和安全性(图2

2  武汉内涝图

2我国透水路面应用现状

透水路面具有诸多生态方面的优点,早在20世纪70年代,日本和欧美等发达国家就开始研究透水路面。我国透水路面的研究工作起步较晚,到20世纪90年代才着手研究,目前透水路面在一些城市得到大量应用。

北京:2004年,北京有5个示范区通过采用铺设透水混凝土路面的办法,收集建筑物、庭院和道路雨水用于家庭冲厕、小区绿化和地下水回灌,在暴雨中有效地起到了利用雨水资源、减轻城市河道排水行洪压力的作用。2008年,在奥运会广场、停车场铺设透水混凝土利用在赛道周边设置截水沟等措施将经过透水混凝土过滤的雨水排入赛道内,实现场馆内雨洪利用,雨水利用率约为85%,节约了赛道补水。

上海:上海市在新建、改建公园中积极推广透水混凝土的应用。2010年,在整个世博园区,60%以上的路面采用了透水混凝土经过多次降雨监测表明,雨水能迅速渗入地下,路面没有积水,夜间不反光,增加了路面通行的安全性、舒适性,同时,抑制了城市“热岛效应”。

南京:南京在幕府西路建成第1条透水混凝土市政道路,300m长的人行道全部采用透水彩色混凝土铺成。

杭州:杭州金衙庄公园建成首条树脂透水混凝土道路,其防滑性能好,还能够起到很好的吸热降温作用。

3透水路面的分类

3.1按照构造形式不同分类

透水性路面按照构造形式不同,透水地面可分为两大类,即面层透水、基础不透水的半透水地面和面层、基础均透水的全透水地面。

3.2按照面层透水材料不同分类

透水性路面按照面层透水材料不同,可分为三类,即透水混凝土路面、透水沥青路面和透水砖路面(图3

 

透水水泥混凝土路面用粗集料、水泥、水和少量的细集料拌制而成,具有较大空隙的混凝土铺制的路面(图4

 

 3 透水砖路面       图4透水沥青混凝土路面

 

透水性沥青混凝土是指用大空隙的沥青混合料铺筑,能迅速从内部排走路表雨水,具有抗滑、抗车辙及降噪音的路面。

 

透水砖路面的面层由一定厚度、孔隙率及分层结构的透水砖构成的透水路面,适合于人行道、自行车道、广场、停车场、步行街巷(图5

5 透水砖路面

 

4透水混凝土路面结构设计

以透水水泥混凝土路面为例,对透水水泥混凝土路面的分类和结构进行详细介绍。

4.1透水混凝土路面分类

 

透水水泥混凝土路面分为两类,一类为全透水路面6、图7、图8、图9,主要用于人行道、非机动车道、景观硬质铺装、城市广场,典型的基层结构为多孔隙水泥稳定碎石、级配砾石、级配碎石即级配砾石基层、透水水泥混凝土基层;另一种为半透水结构10、图11,主要用于考虑轻荷载道路和停车场等,典型基层机构为水泥混凝土基层、稳定土基层或石灰粉煤稳定砂砾基层。

 

6 全透水路面结构(一)  图7全透水路面结构(二)

 

 

8全透水路面结构(三)  图9全透水路面结构(四)

 

10半透水路面结构(一)  图11半透水路面结构(二)

4.2透水水泥混凝土结构设计

4.2.1面层设计

当人行道设计采用全透水结构时,其透水水泥混凝土面层强度等级不应小于C20,厚度不宜小雨80mm。当采用半透水结构时,其透水水泥混凝土面层强度等级不应小于C30,厚度不宜小雨180mm。透水水泥混凝土面层孔隙率不应小雨15%,透水系数不应小雨1mm每秒。透水水泥混凝土面层应设计纵向和横向变形缝。纵向变形缝的间距按路面宽度在4.0~5.0m范围确定,横向变形缝的间距一般为3.5~4.5m,划块尺寸不宜大于20时,面层板的长宽比不宜超过13.基层有施工缝时,面层缩缝应与其结构缝位置一致,缝内应填嵌柔性材料。透水水泥混凝土地面设置胀缝时,缝内应填嵌柔性材料,宽度小雨3m的面层,施工长度超过20m应设置一道,宽度大于3m的面层。

4.2.2基层设计

全透水水泥混凝土路面基层宜采用级配碎石等透水性良好的颗粒类材料。用于人行道的全透水结构形的基层,其厚度不应小雨150mm,压实度应大于92%。设计基层全透水结构时,其透水水泥混凝土强度等级不应低于20兆帕,厚度不应小于800mm。用于其他道路的全透水结构形的基层,其厚度应小于350mm,压实度应大于94%。当采用透水水泥混凝土作为基层时,其厚度不应小于200mm,强度等级不应小于C20。用于半透水结构道路的水泥混凝土基层,其抗压强度等级不应小于C20,厚度不应小于100mm。基层上宜采用直径小于6mm的细碎石找平,其厚度控制在20~30mm

4.2.3路基设计

用于全透水结构人行道的路基,其压实度应大于92%;其他全透水结构道路和半透水结构道路的路基,其压实度应大于94%。路基路面设计回弹模量、压实度,按照城镇道路次干路或支路设计等级要求。具体按照《城市道路路基设计规范》(CJJ194-2013)、《城镇道路路面设计规范》(CJJ169-2012)相应条款执行(表1

1 各结构层功能表

结构层

功能

透水混凝土面层

直接承受荷载、透水、贮水、抗磨耗、抗滑

基层

主要承受荷载、透水、贮水;防止深入路床的水或地下水因毛细作用上升,缓解含水土基冻胀对路面结构整体稳定性的影响

路基

防止渗入路床的水或地下水因毛细作用上升,缓解含水土基冻胀对路面结构整体稳定性的影响

 

5结论

 

国内研究出的透水混凝土强度较低,到目前为止主要应用在强度要求不太高的人行道、大型广场、停车场、树池、体育场及小区和公园景观道路等。我国对水混凝土的研究和应用方面不断加大投入力度。透水混凝土路面在生态环保方面有许多优点,但在实际应用中也发现了一些问题,如耐久性差,容易堵塞,不易维护等,对这些问题进行深入的研究与技术改进,是未来应开展的工作重点,这对透水路面大范围的推广应用有着重要的作用。