淺談影響市政透水性路面滲透效果的因素

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材料基體、開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)和降低路面車輛噪音。

1.3 透水瀝青混凝土

透水瀝青混凝土是屬于開級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，鋪筑前會在底層路面兩側(cè)增加排水暗管，雨水經(jīng)過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)的透水特性通過其滲透性表示，充分認(rèn)識并有效確定路面結(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)場滲透材料的滲透系數(shù)測定，定水頭法則只能適用于室內(nèi)的滲透材料測量。并且，兩種測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。各測試點(diǎn)的透水性路面鋪裝材料類型見表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，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 各測試點(diǎn)透水鋪裝類型

(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)閉開關(guān)，并向量筒中注入水，注滿后打開開關(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，打開滲水儀開關(guān)，水面降至100mL時(shí)，立刻啟動秒表，開始計(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)過程中，若底部與密封材料間有水滲出，則測試無效，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，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，以相同的水量測試不同點(diǎn)的滲水情況，不同滲水點(diǎn)的位置依次編號，用粉筆畫圈，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)過程中不發(fā)生側(cè)漏。

(2)對木框內(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，在臺布上加一定量的水，由于水量較大，因此為防止在抽去臺布的同時(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)備好并分別用桶儲存，實(shí)驗(yàn)開始時(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布有共同的效果并具有抽取臺布方法不具有的優(yōu)點(diǎn)。注水時(shí)間即為實(shí)驗(yàn)開始時(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)算公式見式(1)，測量時(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)間過長，可采用3min通過的水量進(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為水與測量路面的接觸面積，單位m2。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析

對選取的8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)依次進(jìn)行滲透性測量試驗(yàn)，，其中每個(gè)測試點(diǎn)隨機(jī)選取5處試位置進(jìn)行試驗(yàn)并對照實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1號點(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)，在同一測量點(diǎn)的人流量和車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)并無明顯的差異，因此去其平均值作為該測試點(diǎn)的滲透性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，則其余測試點(diǎn)滲透系數(shù)如表3所示。

表2 1號測試點(diǎn)不同位置下滲水系數(shù)

表3 各測試點(diǎn)穩(wěn)定后的滲透系數(shù) cm/s

從表3可見，在選取的8個(gè)測試點(diǎn)均滿足規(guī)范對透水面層滲透系數(shù)不小于0.01cm/s的要求，其中8號測試點(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號測試點(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、4號和6號現(xiàn)澆透水瀝青混凝土中，2號桂溪湖生態(tài)公園滲透系數(shù)最低，相對于4號而言，使用時(shí)間較長，對于6號而言，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號測試點(diǎn)距今已使用3～4年時(shí)間，7號和8號才使用不到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號測試點(diǎn)的透水瀝青混凝土路面，滲透系數(shù)為0.53cm/s；對于透水磚鋪砌路面，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)場調(diào)研結(jié)果來看，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，但由于所處地理位置的不同，人流量、車流量較低，使用頻率也明顯比桂溪湖生態(tài)公園低。說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，對于人行道、停車場、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(又稱開級配排水瀝青路面)為此類型路面。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。