“海綿城市”理念下的透水磚鋪裝透水性與結構承載力分析

李明松 龍維珍

摘 要：城市道路透水鋪裝作為“海綿城市”理念的重要舉措之一，得到廣泛應用。文章通過對全透型與半透型透水磚鋪裝結構組合設計進行對比分析，并結合承載力情況等相關指標，進一步探討與分析了海綿城市理念下的透水磚鋪裝的透水性與結構承載力，分析結果表明：全透型透水磚鋪裝與半透型透水磚鋪裝的透水性基本相同，但在承載力方面，半透型透水磚鋪裝明顯優于全透型透水磚鋪裝。

關鍵詞：海綿城市;全透型;半透型;透水磚鋪磚;透水性;結構承載力

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A

0 前言

近年來，我國社會經濟步入了高速發展階段，工業化建設規模不斷擴大，城市熱島效應不斷增加，城市內澇問題不斷加重，嚴重困擾城市的發展。為了有效減輕城市熱島效應、城市內澇對人們生活產生的影響，就必須要從源頭上入手，節約利用水資源，減輕徑流污染負荷，從而有效改善與維護城市的生態環境。隨著“海綿城市”理念的快速發展與推廣，“海綿城市”受到了社會各界的廣泛重視，各級區域大力開展“海綿城市”建設。

1 透水鋪裝

透水鋪裝是“海綿城市”建設的重要內容，被廣泛運用于大型廣場、小區道路、人行道以及非機動車道當中，其主要采用面層吸水、基層下滲、底基層排水、地下儲水等多樣化手段[1]，從而最終實現水資源的循環再利用。透水鋪裝結構由上到下主要由面層、找平層、基層以及墊層等組成，從面層材料講，透水鋪裝可以分為透水磚鋪裝、透水水泥混凝土鋪裝以及透水瀝青混合料鋪裝，其中，透水磚鋪裝以造價較低、施工速度快，受到廣泛應用。從基層材料講，透水鋪裝又可分為半透型與全透型兩種，兩種類型的區別在于基層是否透水。文章通過對“海綿城市”建設過程中常見的兩種典型的不同類型透水磚鋪裝結構進行對比分析。

1.1 全透型

全透型透水鋪裝的核心為基層具有透水性，地表徑流的雨水通過透水磚、透水基層、透水墊層后直接進入到土基之中補給地下水。常見的全透型人行道結構如圖1所示。

素土夯實（回彈模量≥30 MPa，6 cm透水磚、5 cm中砂、30 cm級配碎石）

1.2 半透型

半透型透水鋪裝是指基層無

透水功能，地表徑流會經過面層與基層表面，沿基層表面流入到市政雨水收集系統當中。如某市道路人行道面層主要采用的便是透水砼路面，常見的半透型人行道結構如右圖2所示。

素土夯實（回彈模量≥30 MPa，6 cm透水磚、5 cm水泥中砂干拌、15 cm水穩+15 cm級配）

2 “海綿城市”理念下透水磚鋪裝的透水性與結構承載力分析

2.1 透水磚鋪裝結構組合設計

透水磚鋪裝主要由面層、找平層、基層以及墊層等部分組成。

（1）透水磚面層。透水磚主要性能包括抗壓強度、抗折破壞荷載、耐磨性、保水性、透水系數、抗凍性等。當透水磚的邊長/厚度≥5時，其抗折破壞荷載應不小于6 000 N;磨坑長度不大于35 mm;保水性不小于0.6 g/cm2透水系數（15℃）≥1.0×10-2 cm/s。（2）找平層。找平層位于透水磚面層與基層之間，可采用中砂、粗砂或干硬性水泥砂漿。（3）基層。根據結構強度，基層類型可包括剛性基層、半剛性基層和柔性基層;根據透水性狀況，可將其分為全透型與半透型兩種。透水磚鋪裝結構應設置柔性基層，以利于調節含水量變化導致路基變形[2]。（4）墊層。當透水磚路面土基為黏性土時，宜設置墊層。當土基為砂性土或底基層為級配碎石、礫石時，可不設置墊層。（5）土基。土基應穩定、密實、均質，應具有足夠的強度、穩定性、抗變形能力和耐久性。

2.2 透水磚鋪裝的透水性分析

韓天宇對不同的透水鋪裝面層及基層的進行透水試驗，得出：

（1）透水能力較弱的結構層在一定程度上決定整個組合層滲透能力的上限。（2）因基層透水能力遠高于面層，在面層相同的情況下，基層的選擇對整個透水鋪裝結構的滲透能力影響較小，透水性水泥穩定碎石為基層，其排水能力僅略優于透水混凝土基層。（3）整體組合層的滲透系數主要受面層材料及整體結構厚度的影響，為提高整體結構的滲透系數，應采用較高滲透系數的材料為面層，并可適當減小面層與找平層的厚度[3]。

王貫明為研究不同基層的透水能力，分別對透水磚面層+找平層+級配碎石基層+墊層結構（結構1）、透水磚面層+找平層+水穩基層+級配碎石底基層+墊層結構（結構2）、透水磚面層+找平層+無砂混凝土基層+級配碎石底基層+墊層結構（結構3）進行透水試驗，試驗結果表明，三種結構的透水性良好，其中結構1透水性>結構2透水性>結構3透水性，但三者透水性能差別不大[4]。

路俊杰選擇5段不同年份鋪裝的透水磚路面進行現場透水率測試，發現隨著年份越久，透水磚路面的透水性越差，當透水磚輔道到一定年限后，如果養護不善，不經常進行清洗，其透水性幾乎為0[5]。

綜上所述，因透水磚面層的透水系數比基層的透水系數低，采用透水磚鋪裝的透水路面，其透水性主要取決于透水磚的透水，而不是基層的透水性，隨著年份的增長，透水磚路面的透水性會越來越差，直至為0。

2.3 透水磚鋪裝結構承載力分析

（1）計算依據。根據透水磚路面技術規程規定，設計輕型荷載的透水磚路面可采用汽車標準軸載Bzz40、機動車交通量不大于200 veh/d的標準;普通人行道（無停車）可采用5 kN/m2的荷載標準。當按荷載強度確定透水磚路面結構時，可采用等效厚度法計算;根據材料不同，應按瀝青路面或水泥混凝土路面設計方法做修正計算。對半剛性基層和柔性基層的透水磚路面，應采用瀝青路面設計方法，應以設計彎沉值為路面整體強度的設計指標，并應核算基層的彎拉應力。本文所采用的全透型或半透型透水磚鋪裝結構均為半剛性基層或柔性基層，因此本文采用瀝青路面設計方法來進行透水磚鋪磚承載力分析。

（2）材料參數。參照《透水磚路面（地面）設計與施工技術規程》相關規定及陸津津所選取的透水磚結構設計材料參數[6]，本項目各結構層材料設計參數如下：

（3）結構計算與分析。采用汽車標準軸載Bzz40、機動車交通量200 veh/d的標準進行荷載計算，結構使用年限為8年，以級配碎石基層為計算層，通過瀝青路面計算軟件進行計算。其計算結果如下：

全透型透水磚鋪裝結構：

按設計彎沉值計算設計層厚度：

LD=60.76（0.01 mm）H（4）=700 mm

LS=61.04（0.01 mm） ? H（4）=750 mm

LS=58.78（0.01 mm） H（4）=706 mm（僅考慮彎沉）

按容許拉應力計算設計層厚度：

路面設計層厚度：

H（4）=706 mm（僅考慮彎沉）

H（4）=706 mm（同時考慮彎沉和拉應力）

半透型透水磚鋪裝結構：

按設計彎沉值計算設計層厚度：

LD=60.76（0.01 mm）

H（5）=100 mm LS= 53.58（0.01 mm）

由于設計層厚度 H（5）=Hmin時LS<=LD，故彎沉計算已滿足要求。

H（5）=100 mm（僅考慮彎沉）

按容許拉應力計算設計層厚度：

路面設計層厚度：

H（5）=100 mm（僅考慮彎沉）

H（5）=103 mm（同時考慮彎沉和拉應力）

通過計算得出，當達到使用年限時，全透型透水磚鋪裝的級配碎石基層厚度需要71 cm，而半透型透水磚鋪裝的級配碎石基層厚度需要11 cm即可。因此，若透水磚鋪裝有停車需求的，應盡可能采用半透水磚路面。

3 結束語

本文通過對全透型透水磚鋪裝和半透型透水磚鋪裝的透水性與承載力進行分析，得出半透型透水磚鋪裝與全透型透水磚鋪裝在透水性方面基本相同，但在承載力方面，半透型透水磚鋪裝的承載力明顯優于全透型透水磚鋪裝。因此，在有承載力需求的前提下，應盡可能的選用半透型透水磚鋪裝。

參考文獻：

[1]何鑫，曹霞，張欣紅，等.淺談透水人行道結構的設計及工程應用[J].城市道橋與防洪，2008（2）：1-4.

[2]吳濤.透水磚鋪裝地面墊層結構對城市雨水入滲過程的影響分析[J].城市建設理論研究（電子版），2012（29）：1-5.

[3]韓天宇，季天一，聶浩，等.結構組合對透水人行道透水性能的影響[J].建筑節能，2020（1）：108-110.

[4]王貫明，王光明，張愛江.透水性人行道結構的試驗研究及分析[J].特種結構，2010（4）：81-84.

[5]路俊杰.透水磚路面應用存在的問題及對策[J].中國市政工程，2018（2）：16-18.

[6]陸津津.城市道路透水人行道結構設計[J].城市建設理論研究（電子版），2013（17）：1-6.