大孔隙瀝青混凝土在海綿城市中的應用

□劉浩印

一、海綿城市

(一)海綿城市出現的背景。近幾十年來，我國城市化進程不斷推進，現如今，隨著城市人口增長，人們對于城市建設的要求也不斷提高。目前城市發展過程中存在許多嚴重的問題，特別是城市的干旱或者內澇問題十分突出。由于現在的城市路面硬化，到處都是不透水的材料鋪裝，一遇降水，不能及時將水滲透到地下，導致出現地表徑流，同時又不能補充地下水，地下水位會越來越低，這就改變了區域原來的水文特性，破壞了原有的生態平衡，非常不利于城市的可持續發展。在此情況下，能夠在下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水并且必要時可以放水的海綿城市便應運而生了。

(二)海綿城市概述。海綿城市，又名“水彈性城市”，是指城市可以像海綿一樣，在環境變化時可以表現出優良的“彈性”，在雨天儲水，缺水時“釋放”水并加以利用，逐步改善甚至恢復城市的自然生態平衡，它是一種新的城市建設概念。

二、大孔隙瀝青混凝土

(一)大孔隙瀝青混凝土的簡介。與水泥混凝土路面相比，瀝青混凝土路面具有較大的優勢，例如其具有更良好的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性、耐疲勞性和行車舒適性等優點。而當瀝青混凝土的孔隙率較大、透水性較好時，就稱之為大孔隙瀝青混凝土。

大孔隙瀝青混凝土路面的研究最早開始于20世紀80年代的德國等歐洲國家，歐洲國家主要看重了大孔隙瀝青混凝土的排水、抗滑與降噪功能，美國研究的OGFC則是看重其抗裂、抗車轍能力，此外日本還考慮了涵養水源與改善生態等功能。

(二)大孔隙瀝青混凝土的特點。

1.大孔隙瀝青混凝土的主要特點是有很強的透水性能。由于此類瀝青混凝土的孔隙率比較大，水可沿著混合料中連通的孔隙流走，因此這類路面對雨水有良好的滲透效果，從而可以提高雨天的抗滑性和雨天車輛的行駛速度。此外，大孔隙瀝青混凝土路面減少了雨天路表積水，因而減少了雨天行車時引起的濺起水霧，提高了雨天行車時的能見度，使得司機在雨天行車更安全。

2.車轍試驗表明，大孔隙瀝青混凝土還具有更好的高溫穩定性。瀝青路面高溫穩定性是混合料在荷載下抵抗永久變形能力。孔隙率較大的瀝青混合料容易產生壓密變形,可通過增加其密實度來增加礦料顆粒間的接觸壓力,從而提高其抗車轍能力。

3.大孔隙瀝青混凝土要求有良好的水穩定性。大孔隙瀝青混凝土主要用于雨天排水，因此材料的水穩定性是其重要性能之一。選用瀝青時多用粘度高的瀝青，并摻入適量的抗剝落劑，此外，選用集料時要求采用憎水親油的堿性集料。

4.由于孔隙率比較大，這種瀝青混凝土路面具有較好的透氣性。在天氣干燥時可以將路基、路面中的水蒸發到空氣中，增加了城市空氣的濕度。

5.大孔隙瀝青混凝土路面有優良的抗滑性能。大孔隙瀝青混凝土屬于骨架空隙結構，粗集料緊密相連，石料互相嵌擠形成骨架，在路表有較深的構造深度，路表面摩擦因數增大，抗滑性能因此較好。

6.大孔隙瀝青混凝土路面還可在一定程度上降低噪聲。噪聲污染是環境污染的一個很重要的方面，尤其在車多人多的城市中，噪聲污染十分嚴重。而有研究表明，大孔隙瀝青混凝土路面可以顯著降低汽車行駛時產生的噪聲，吸聲系數可達0.427，因此這一特性也受到廣泛關注。

三、大孔隙瀝青混凝土在海綿城市中的應用實例與研究現狀

(一)國外。

1.應用實例。從20世紀80年代開始，英國開始在國內鋪筑大孔隙瀝青混凝土試驗路，來研究此類路面的降噪效果以及耐久性。出于環境保護的需要，奧地利在許多經過城鎮的道路上鋪筑了大孔隙瀝青混凝土路面，10多年前就已有650萬m2之多，并且要將此路面應用于城市道路。荷蘭每年鋪設大孔隙瀝青混凝土路面250m2，有15.4%的汽車專用道鋪設了此類路面。

2.研究現狀。國外專家Benedetto A等通過應用格子Boltzmann方法成功模擬水在大孔隙瀝青混合料內的流動，進而研究了大孔隙瀝青路面的滲透特性。Randall J等人通過建立排水瀝青路面的排水模型，對排水瀝青路面的排水性能與降雨強度、路面坡度、排水路徑長度等因素的關系進行了數學分析。

(二)國內。

1.應用實例。2008年修筑的寧杭高速公路二期工程，全長20.9公里，采用的就是排水的大孔隙瀝青路面，該路面為雙向六車道，全部鋪裝面積約30.3萬平方米，是我國最大的大孔隙瀝青混凝土路面工程。2012年建成的合肥新橋國際機場高速公路，全長17.6公里，其中K1+500—K15+200段為全封閉、全立交雙向六車道高速公路，采用大孔隙瀝青混凝土的透水路面，是安徽省第一次大規模使用排水性路面這種新型的路面結構形式。

2.研究現狀。2013年，李榮基于多孔介質理論分析路面的滲流特性，通過Abaqus模擬出了路面在雨水滲透過程中內部結構的變化。2015年，王玉峰等分析了排水瀝青路面的排水過程，得到了排水瀝青路面的排水設計方法，這種設計方法考慮了路表水膜厚度、退水時間、排水設施泄水能力這三個指標。

四、大孔隙瀝青混凝土在海綿城市中的作用與意義

大孔隙瀝青混凝土路面作為一種結構形式，與海綿城市建設理念十分契合。使用大孔隙瀝青混凝土來鋪設城市街道，可以在雨天減少地面積水，降低城市道路產生的噪聲，補給地下水，擴大了城市的透水、透氣面積，同時降低了地表溫度，極大地改善了城市的“熱島現象”。在雨天收集來的雨水還可用于居民沖廁、小區綠化以及噴泉等，有效地利用了雨水資源，緩解城市水資源壓力。此外，大孔隙瀝青混凝土路面的應用可以顯著改善城市地區的水文生態，保護水生動植物的棲息環境，減少水污染，雨水不再是污水的一種，經土壤凈化后可形成地下水。

五、大孔隙瀝青混凝土的未來展望

目前，海綿城市建設成為當前我國很多城市發展的重要方向，為了更好地建設高質量的海綿城市，應著重關注大孔隙瀝青混凝土的應用，并且應充分發揮大孔隙瀝青混凝土的優勢，改善或避開其不足之處，相信大孔隙瀝青混凝土在未來海綿城市的建設中一定可以大有作為。