城市道路中海綿路面技術的應用與研究

湖南路橋通泰工程有限公司

摘要：城市道路中使用海綿路面能夠調節城市的生態氣候，表現出了非常多的優勢，因此在我國很多城市中得到了推廣應用。我們首先研究了海綿路面技術的重要意義，然后從不同層面深入研究分析了海綿路面的透水性能，最后結合具體案例簡要闡述了海綿路面結構組合設計。以期本文的研究能夠促進海綿路面技術在城市道路建設中的應用。

關鍵詞：城市道路;海綿路面;透水性;貯水能力

隨著社會的發展，海綿城市理念已經逐漸得到人們的認可，海綿城市在應對自然災害和環境變化時具有更好的環境適應性。比如基于海綿城市的理念建設繁榮城市道路路面，就像海綿一樣，在遇到下雨天氣時，路面能夠快速的滲透雨水并對其進行存儲和凈化[1]。最近幾年以來我國很多大城市都出現了嚴重的內澇問題，這與排水系統的落后建設狀態存在直接關系，同時還與城市道路路面的施工技術存在密切關系。而通過建設海綿透水性路面能夠有效吸收、收集和凈化雨水，從而在一定程度上緩解城市內澇問題。大量的實踐經驗表明，建設海綿透水性路面可以有效解決暴雨導致短時間內洪峰流量過大而引起的城市排水系統失效問題[2]。同時海綿透水性路面還可以對雨水進行收集從而有效解決城市缺水問題。本文重點分析了城市道路中海綿路面技術的應用情況。

一、研究海綿路面技術的重要意義

近年來我國城市化進程得到快速推進，城市中建設的建筑物、廣場等設施越來越密集，而這些建筑物或者設施所占據的區域通常都是無法透水的，導致城市中可透水的區域面積逐漸降低。在這種情況下一旦遇到大暴雨，短時間內積累的大量雨水如果無法通過地面滲透就會引起城市內澇問題。此外地面滲透性降低使得地下水無法得到有效補充。在城市化進程中，道路工程作為基礎設施得到了大面積的建設，但傳統的道路路面比較堅硬不具備透氣性和透水性，即非海綿路面。這種路面雖然給人們的出行帶來了一些方便，但是不利于城市生態環境的建設。傳統路面由于缺乏透氣性和透水性，無法達到蓄水的目的，使得道路附近的植物出現缺水的情況，而無法正常生長。此外，傳統路面由于不具備透氣性，因此無法與空氣開展水分和熱量的交換，路面無法對城市的濕度和溫度開展調解功效，特別容易引起“熱島現象”[3]。傳統的非透水性路面在遇到雨天時路面容易出現積水，降低了路面行駛的舒適性，更也不利于行車安全。

海綿透水性路面技術與傳統的路面技術相比較而言，在生態層面上具有很多的優勢，具體而言包括下面幾點：（1）下雨天時路面的積水能夠通過道路路面直接滲透，從而補充城市的地下水，緩解城市水資源緊張問題，改善城市水文氣候條件;（2）海綿路面具有透水性和透氣性，都在一定的蓄水能力，能夠長時間保持周圍土壤的濕度，從而維持城市的生態平衡;（3）海綿路面能夠有效吸收汽車在路面行駛過程中產生的噪音，降低噪音污染問題，為附近的居民提供良好的工作和生活環境。由于路面積水能夠進行及時滲透，所以夜間行車時，不至于出現反光問題。這在很大程度上優化了行車環境，提升了夜間行車的安全性和舒適性;（4）海綿透水性路面材料通常具備相對較大的空隙率，這樣的施工材料一般可以蓄積很大的熱量，從而實現城市地表濕度和溫度的有效調節，緩解甚至消除“熱島現象”。

上述分析可知，海綿路面具有很多優勢，非常有利于城市生態環境建設。而現階段人們更特別重視環境問題，政府部門也在大力倡導人與自然和諧相處，因此海綿路面技術在我國得到了大面積的推廣應用，如公園內道路、城市道路、步行街等都大量使用了海綿路面技術。這能夠在一定程度上提升城市的透氣和透水空間，維持城市的生態平衡，促進水資源的綜合利用。

二、海綿路面的透水性研究

（一）海綿路面的透水性能

本文以透水性瀝青混合料為例開展海綿路面的透水性能研究分析。透水性瀝青混合料其特征在于包含大量的大粒經骨料、較高的空隙率等。由于路面的空隙率較高，所以當路面上出現雨水時，能夠迅速通過這些空隙滲透到地下，從而快速排除路面雨水之目的。在遇到持續雨天時，單位時間內可以通過道路路面滲透的雨水量可以通過下式計算：

式中，Q表示可滲透的最大力量，D表示透水性瀝青混合料層的厚度大小;k和I分別表示透水系數和水力坡降，L表示向下滲透的距離。

通常情況下，水在透水性瀝青混合料空隙中呈現的是紊流的狀態，水力坡降和透水系數與混合料的性質存在緊密的聯系，其數值并不是一成不變的。如果是不超過1.2 mm的小孔隙材料，其透水系數不會出現太大的變化，而對于最大集料粒經超過了13 mm的小孔隙材料，當水力坡降保持不變時，透水系數隨著空隙率的增大而隨之增大。海綿透水性路面對于小雨（1～10 mm）的情況，完全能夠滿足透水要求，雨水落入海綿路面后能夠直接通過路面滲透到地下。而對于中雨的情況，落入海綿路面的雨水絕大部分也能通過路面直接滲透，只要小部分雨水會通過路面排走。統計數據表明，在所有下雨的天氣中，小雨所占的比例最大，因此海綿透水性路面能夠滿足日常的需求。

（二）海綿路面的貯水能力

海綿路面還具備貯水的功能，即落入海綿道路路面的雨水能夠全部通過道路路面進行滲透排走。這就要求海綿路面不僅具備透水的性能，同時還應該有適當的路基土滲透層厚度。也就是要求海綿透水性路面的厚度要足夠大，其空隙內部能夠完全存儲由路面滲透進來的雨水。為了確保海綿路面具備儲水能力，海綿透水路面的厚度可通過下面的公式進行計算：

式中，H表示海綿透水路面的厚度，cm;i表示將于強度大小，mm/h;f表示路基土滲透速度的平均值，cm/s;t表示持續出現降雨的時間，min;Vv表示海綿透水性路面空隙率的平均值，%。

如表1所示為代入上述各參數的具體數值計算得到的海綿透水性路面厚度大小。實踐經驗表明，如果出現降雨的時間不是太長，路基土滲透速度大小基本不會對海綿透水性路面的厚度產生較大影響。但是如果持續降雨的時間相對比較長，那么路基土滲透速度大小則會對海綿滲透性路面的厚度產生顯著的影響。對表中數據進行分析和研究可以發現，假設雨水重現期為2 a、持續降雨時間為60 min、路基土滲透速度平均值為0.0005 cm/s時，計算得到的海綿透水性路面厚度為16.4 cm。但是當其他計算條件全部相同時，單方面將路基土滲透速度平均值由0.0005 cm/s升高至0.001 cm/s后，海綿透水性路面厚度就降低至6.5 cm。可見路基土滲透速度平均值對路面結構的厚度有顯著

的影響。基于上述計算結果可知，假如海綿透水性路面的施工建設厚度為16 cm，當路基土滲透速度平均值為0.0005 cm/s時，海綿路面的貯水能力無法滿足實際的需要，而當路基土滲透速度平均值為0.001 cm/s時，則海綿路面的貯水能力完全能夠滿足實際的需要。

表1? 海綿透水性路面厚度計算結果

一般而言，路基土滲透速度平均值在下雨的不同階段其值也存在一定的差異，并非固定不變的。雨水通過海綿路面向下滲透過程中，會產生毛細作用和吸著力。在剛開始下雨時雨水通常具備較大的滲透能力，即其滲透速度相對較快，而隨著滲透過程的進行，毛細作用和吸著力發揮的效果越來越顯著，導致雨水的滲透能力降低。因此，在計算海綿路面的貯水能力時，需要考慮該因素對海綿路面貯水能力的影響。

（三）海綿路面透水機能的維持

海綿路面在建設完成初期，其中孔隙率是最大的。但海綿路面在使用過程中，行駛的汽車會對路面產生擠壓，環境中的灰塵和雜質也會進入到海綿路面對孔隙造成堵塞，導致海綿路面的孔隙

率降低，最終使得海綿路面的透水性能降低、貯水能力也顯著下降。針對該問題有必要采取行之有效的措施來維持海綿路面的透水機能。國外在處理該問題時，為了維持海綿路面的透水機能，在對海綿路面開展日常維護工作時，通過真空吸塵車吸走路面的灰塵，或者通過“高壓清洗+吸引”的方式來處理積攢在海綿路面上的灰塵和雜質。通過這樣的模式能夠有效緩解灰塵和雜質對海綿路面孔隙的堵塞問題，延長海綿路面的透水機能。沖洗過程中的水絕大部分也會被道路路面吸收滲入到地下水中，不會造成水資源的浪費。

三、海綿路面結構組合設計

海綿路面不僅要求具備傳統路面具備的功能，即能夠確保路面上的汽車安全行駛，同時還必須具備透水性和透氣性。此外，還需要結合本地區的降雨量、路基土的CBR值以及滲透速度等參數開展設計。海綿路面必須要有充足的厚度，以保證路面的貯水能力，具體厚度需要結合本地區的降雨量以及施工材料的透水性能開展計算。海綿道路路面厚度不是無限大就越好，還需要對道路施工的經濟性進行考慮。要求路面厚度能夠滿足絕大部分雨天的排水需求，而對于少數大雨天氣，為了保障雨水能夠及時排走，還需要輔助建設相應的排水設施。

海綿路面結構相對比較復雜，包含的層相對較多，自上而下分別為面層、基層、墊層和過濾層。每個層之間不需要專門設置透層瀝青以及粘層瀝青。其中過濾層的作用就是針對雨水進行過濾，并且避免路基土進入海綿路面結構中來，從而對海綿路面空隙造成堵塞。

某海綿道路施工工程，針對不同的建設方案進行深入的研究、比較分析之后最終選擇的海綿路面結構建設方案如下：上面層和下面層分別通過OGFC-10和OGFC-16施工材料，厚度分別為3 cm和5 cm，空隙率均為19%。基層的厚度為15 cm，通過開級配大粒經瀝青混合料ATPB-25進行施工，該層的空隙率為20%。墊層的厚度和過濾層的厚度分別為20 cm和10 cm，采用的施工材料分別為干壓級配碎石和粗砂。整個海綿透水性路面結構的總體厚度為53 cm，經過相關的理論公式計算分析研究，認為此厚度完全能夠滿足日常的透水性要求。

四、結語：

城市道路建設中利用海綿路面技術具備很多優勢，如防止雨水流失、調節城市濕度和溫度、緩解城市的內澇問題等，其社會效益和生態效益與傳統道路施工技術相比較而言要高很多。但是新的技術在推廣應用過程中難免會出現阻礙，這就要求對新技術開展深層次的研究和分析，及時解決其在應用過程中存在的問題，這樣才可以加快海綿路面施工技術的推廣應用。

參考文獻：

[1] 李金. 海綿城市理念在城市道路設計中的應用[J]. 建材與裝飾， 2019（22）：286-287.

[2] 李旭峰，杜鑫，袁涼煒，肖兵. 海綿城市道路設計研究[J]. 綠色環保建材， 2019（7）：93+96.

[3] 王浩坦. 江蘇省海綿型道路建設目標與指標解讀[J]. 現代交通技術， 2019，16（3）：6-10.

作者簡介：胡境 男 1984- 漢 湖南岳陽人? 本科 ;研究方向：公路與橋梁工程建設技術發展方向 。