縫隙透水型路面關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)及透水功能研究

鄭曉光，陳亞杰

［上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092］

0 引 言

黨的十八大以來，黨和國家高度重視生態(tài)文明建設(shè)，其中海綿城市建設(shè)是新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要抓手?！笆濉逼陂g，海綿城市建設(shè)在全國許多城市陸續(xù)展開，不僅大幅緩解了城市內(nèi)澇現(xiàn)象，還有效改善了城市人居環(huán)境，在我國取得了巨大的生態(tài)效益。

在海綿城市建設(shè)體系中，透水鋪裝是最重要的技術(shù)措施之一，其中在人行道、廣場、停車場中透水磚路面的應(yīng)用最為廣泛。傳統(tǒng)的透水磚路面通過磚體中存在的孔隙進行透水，在實踐中發(fā)現(xiàn)，這種磚體的孔隙易被粉塵堵塞，同時由于磚體內(nèi)部孔隙的存在，其材料強度相對較低，抗凍性差。

近些年，歐洲、北美等地區(qū)在步行街、停車場等區(qū)域也建設(shè)了大量的透水鋪裝，其采用的面層材料磚體不透水，雨水通過磚體間聯(lián)鎖支撐結(jié)構(gòu)形成的縫隙向下滲透，這就是縫隙透水型路面，設(shè)計形式如圖1 所示。由于磚體間縫隙較大，因此透水有保證，而且縫隙堵塞容易清理。同時，由于磚體本身沒有孔隙存在，因此其強度高、耐久性好，故而是一種值得推廣的新型透水路面，如圖2 所示。

圖1 縫隙透水型路面磚平面設(shè)計示意圖

圖2 縫隙透水型路面

目前縫隙透水型路面在國內(nèi)被逐漸推廣應(yīng)用，但是研究較少，本文針對該類型路面的設(shè)計要點及透水功能測試方法進行分析。

1 縫隙透水型路面關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)

縫隙透水型路面由面層、找平層、基層和墊層組成。面層采用縫隙透水型路面磚鋪筑，找平層、基層和墊層均采用透水材料，使雨水能夠通過透水性能良好的路面結(jié)構(gòu)，直接滲入路基土或由邊緣排水系統(tǒng)排出。

為保證徑流控制效果及面層的穩(wěn)定性，磚體上設(shè)置聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。對于以行人為主的道路，縫隙透水型路面磚的厚度不應(yīng)小于6 cm ；對于有停車需求的道路，其厚度不應(yīng)小于8 cm。縫隙寬度是該類型路面的重要設(shè)計參數(shù)，磚體之間聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)拼接而成的縫隙寬度不應(yīng)小于5 mm，并應(yīng)根據(jù)面層磚尺寸的不同設(shè)計縫隙寬度，以滿足滲流要求。同時，路面磚之間的縫隙不能留空，縫隙采用填縫料填充，填充要均勻、飽滿。填縫料應(yīng)采用細(xì)骨料碎石，粒徑小于3 mm。不能用砂子代替碎石，砂子透水系數(shù)小，難以保證透水路面的整體滲流需求，且易隨雨水徑流遷移到找平層及透水基層，造成其他層透水材料的堵塞（見圖3、圖4）。

圖3 填縫料被沖刷遷移

圖4 填縫料遷移堵塞找平層

與傳統(tǒng)的透水路面采用孔隙率作為關(guān)鍵設(shè)計指標(biāo)控制透水功能不同，該類型路面采用縫隙率作為關(guān)鍵設(shè)計指標(biāo)?？p隙透水型路面磚鋪砌完成后單位面積內(nèi)縫隙所占比例即為縫隙率，其值宜在7%～13%之間。

縫隙透水型路面磚與基層間設(shè)置找平層，厚度宜為30～40 mm，采用的碎石級配應(yīng)符合表1 的要求。

表1 找平層集料級配

縫隙透水型路面基層材料根據(jù)荷載及交通量的不同可選用級配碎石、骨架空隙型水泥穩(wěn)定碎石或透水水泥混凝土，其性能應(yīng)滿足現(xiàn)行國家和行業(yè)規(guī)范的技術(shù)要求。

當(dāng)縫隙透水型路面土基為黏性土?xí)r，需要設(shè)置墊層；當(dāng)土基為砂性土或底基層為級配碎礫石時，可以不設(shè)置墊層。土基頂面回彈模量值不宜小于20 MPa，土質(zhì)路基壓實應(yīng)采用重型擊實標(biāo)準(zhǔn)控制，壓實度不應(yīng)低于90%，全透式路面的路基壓實度不宜大于93%。

根據(jù)滲流計算，在設(shè)計降雨強度條件下，路面有產(chǎn)生徑流風(fēng)險時，應(yīng)設(shè)置路面內(nèi)部排水系統(tǒng)，其設(shè)計方法見圖5、圖6。

圖5 全透式路面內(nèi)部排水系統(tǒng)

圖6 半透式路面內(nèi)部排水系統(tǒng)

2 透水功能測試方案設(shè)計

透水功能是透水路面最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，國內(nèi)常采用《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188—2012）[1]及《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009）[2]規(guī)定的方法進行測試。但《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009）[2]規(guī)定的方法主要用于透水水泥混凝土在試驗室的測試，無法實現(xiàn)在透水路面現(xiàn)場進行快速、直觀檢測。

美國材料與試驗協(xié)會提出的《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]是一種單環(huán)定水頭測試方法，適用于透水路面現(xiàn)場進行透水系數(shù)測試，操作簡單、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

本次研究采用《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188—2012）[1]的透水系數(shù)測試方法及《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的方法對縫隙透水型路面透水功能進行評價。

2.1 試驗方法

《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188—2012）[1]的透水系數(shù)測試方法詳見其規(guī)程附錄A?！哆B鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的測試方法如下。

（1）主要儀具

一個由透明有機玻璃制成的滲透環(huán)，內(nèi)腔直徑為300 mm，高度為100 mm，離環(huán)底10 mm 和15 mm高處有粗刻度線（見圖7）。

圖7 滲透環(huán)

（2）測試步驟

測試前首先對測試點區(qū)域的路面表面進行清掃，不能有垃圾、碎片等材料黏附在路表面。以磚塊拼接的一個交叉縫處作為圓心，將滲透環(huán)置于路面表面的測點上。用密封材料對環(huán)狀密封區(qū)域進行密封處理。將3.6 kg 的水倒入滲透環(huán)內(nèi)進行預(yù)濕，倒入的速度保證水位達(dá)到環(huán)內(nèi)兩個刻度之間。倒水時應(yīng)盡量將水沖落于磚塊表面，避免水流將填縫材料帶走，出水口的高度為150 mm 左右。從水接觸路表面開始計時，路表無水時停止計時。完成預(yù)濕后開始正式測試：若預(yù)濕時間小于30 s，則需要加入18.00 kg的水；若預(yù)濕時間大于或等于30 s，則需要使用3.60 kg 的水。

（3）透水系數(shù)的計算按下式計算：

式中：I 為透水系數(shù)，mm/s；M 為測試用水量，kg；D 為滲透環(huán)內(nèi)徑，mm；t 為時間，s；K 為常數(shù)，1273240。

2.2 試驗路參數(shù)設(shè)計

為研究磚體尺寸與不同縫隙寬度對透水系數(shù)的影響，本次試驗在蘇州某停車場鋪設(shè)了不同尺寸磚塊及縫隙寬度的縫隙透水型路面進行透水功能測試。透水路面結(jié)構(gòu)為：6 cm 縫隙透水型路面磚+ 3 cm找平層+ 30 cm 級配碎石，其中嵌縫料與找平層的材料符合表1 的要求。本次研究鋪筑了7 種常見類型的縫隙透水型路面，具體設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 不同試驗路設(shè)計參數(shù)

3 透水功能試驗分析

按《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 188—2012）[1]附錄A 的方法對7 段試驗路進行透水系數(shù)測試（見圖8），不同縫隙率與透水系數(shù)關(guān)系見圖9。

圖8 現(xiàn)場透水系數(shù)測試

圖9 不同縫隙率與透水系數(shù)關(guān)系

由以上數(shù)據(jù)可見，不同縫隙率與透水系數(shù)無明顯相關(guān)關(guān)系，數(shù)值均在1300 s～1400 mL/15 s 之間?？紤]到滲水儀的閥門直徑僅為1 cm，本次試驗將兩組滲水儀架空后測試其無材料阻擋條件下的透水系數(shù)，其數(shù)值分別為1200 mL/15 s 和1400 mL/15 s?？梢娫撛囼灧椒O易由于儀器閥門流速限制而無法測出縫隙透水型路面的真實透水系數(shù)，嚴(yán)重影響試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故該測試方法無法有效表征縫隙透水型路面的透水功能。

按照《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的方法對7 段試驗路進行透水系數(shù)測試（見圖10），不同縫隙率與透水系數(shù)關(guān)系見圖11。

圖11 不同縫隙率與透水系數(shù)關(guān)系

試驗結(jié)果顯示《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的測試方法可以很好地反映不同縫隙率縫隙透水型路面的透水系數(shù)變化情況（見圖12）。隨著縫隙率的增大，透水系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，。參照美國的技術(shù)要求，該類型路面表面滲透系數(shù)可達(dá)1000 in/h（7.1 mm/s），結(jié)合本次試驗結(jié)果分析，可以確定縫隙透水型路面的縫隙率宜大于7.5%。

圖12 縫隙透水型路面透水系數(shù)衰變

對不同設(shè)計參數(shù)縫隙透水型路面的透水系數(shù)進行跟蹤測試，實踐發(fā)現(xiàn)6 個月的運行對該類型路面透水系數(shù)無明顯影響，同時鋪裝表面也無結(jié)構(gòu)性損壞，即該類型路面的透水性能和力學(xué)性能耐久性良好。

4 結(jié) 論

根據(jù)試驗分析，確定了縫隙透水型路面的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)和透水功能，主要結(jié)論如下：

（1）縫隙透水型路面磚之間的縫隙不能留空，應(yīng)采用符合級配要求的碎石進行填充，填充要均勻、飽滿。

（2）采用常規(guī)的滲水儀測試透水系數(shù)無法有效表征縫隙透水型路面的透水功能，《連鎖混凝土路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滲透率測試方法》（ASTM C1781/1787M—2015）[3]的測試方法對該類型路面是有效的。

（3）縫隙率可以有效反映縫隙透水型路面的透水性能，為實現(xiàn)良好的滲透功能，縫隙率宜大于7.5%。

（4）縫隙透水型路面具有良好的透水功能耐久性，且該類型路面由于面層磚體不透水、強度高，故其耐久性也有很大的優(yōu)勢。