透水路面結構設計及施工過程中的問題分析與解決方案

馬陽

2021年5月，廣州市海綿城市建設領導小組辦公室印發了《廣州市海綿城市建設實施方案（2021-2025年）》；廣州各地于2020年起，各區按指標落實海綿城市建設，在市政道路工程中，海綿城市落地主要通過人行道透水鋪裝和綠化帶生態海綿建設完成各項目及地塊的總體海綿指標，根據各類研究結果表明，透水路面結構能有效地降低地標徑流。在設計和施工過程中，開展了對于人行道的全透半透路面結構的適應性分析，并結合實際施工工藝對不同路面結構、路面集水、邊緣排水方式在實際運行中的效果進行了梳理及優化。

《廣州市海綿城市建設實施方案（2021-2025年）》提出到2025年底廣州45%建成區達到海綿城市建設要求，方案要求廣州市新、改、擴建項目均應落實海綿城市建設理念及指標要求，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，最大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響，將70%的降雨就地消納和利用；同時方案要求，在項目建設方案、可行性研究報告、初步設計、施工圖等各設計階段，編制海綿城市建設專篇。但各階段對于透水路面結構的設計深度不同，導致同一片區下各類透水結構并存，另外透水路面在使用、養護期間比較容易出現各種病害問題，導致最終海綿城市在設計階段的指標完成情況與施工后效果評估相去甚遠。

針對上述問題國內學者開展了研究，王睿通過室內模擬實驗分析了水分對地表徑流的影響、路基土壤含水量變化的規律,以及初始土壤含水量對降雨入滲速率的影響。鄭曉光、陳亞杰根據上海氣候、雨水、土壤等特點提出了不同區域透水路面典型結構,確定了邊緣排水系統的設置。本文主要通過廣州幾個項目從規劃、設計、施工、服役四個階段對人行道透水路面結構進行分析和梳理，并提出相關解決方案。

一、人行道透水路面結構的技術要求

本文主要通過兩本規范的相關技術要求進行分析：

（1）對于透水磚路面，《透水磚路面技術規范》中要求透水磚路面下的土基應具有一定的透水性能，土壤透水系數不應小于1.0×10-3mm/s，且土基頂面距離地下水位宜大于1.0m。當土基、土壤透水系數及地下水位高等條件不滿足要求時，宜增加排水設計內容。

（2）對于透水水泥混凝土路面（本文借鑒了透水混凝土路面的相關技術要求）：《透水水泥混凝土路面技術規程》中要求全透水結構設計時應考慮路面下排水，路面下的排水可設排水盲溝，排水盲溝應與道路設計時的市政排水系統相連，雨水口與基層、面層結合處應設置成透水形式，利于基層過量水分向雨水口匯集，雨水口周圍應設置寬度不小于1m的不透水土工布于路基表面。

另外，根據各地的海綿城市建設技術指引、標準圖集，透水人行道路面結構主要分為三類：

（1）全透路面結構—水直接透過整個路面結構層通過土基下滲，該類路面結構對土壤的透水系數有一定要求。當土壤透水系數太小時，由于水流下滲較慢，可能對于路面結構下方的土基造成不利影響，甚至造成全透路面結構人行道的塌陷，這對行人通行的安全和舒適均有較大的影響；但下滲的水體對于地下水資源補充、道路周邊水平衡和生態改善有一定的積極作用。

（2）半透路面結構—面層和基礎均為透水材料，在基層與土基之間設置防水層和引流設施進行路面結構內水流的導流防止水流進入土基中，減少了地面徑流量，但對施工工藝要求較高。

（3）表層排水路面結構—僅面層為透水材料，在面層與基層之間設置防水層和引流設施進行路面結構內水流的導流，一定程度上降低了路面積水的嚴重程度的同時有路面降噪等功能，但此結構形式對路面結構設計的要求較高，需要在面層與基層之間設置隔水層，行人和非機動車共板設置但路面結構不同時對路面結構橫向排水提出了更高的要求。

三類路面結構的透水及不透水層設置情況如下圖1所示。

圖1 三種路面結構透水情況

三種路面結構各有優缺點，廣州大部分地區的土方透水系數達不到規范要求，采用全透路面結構的容易導致路面結構破壞，從而影響行人通行的舒適性；半透路面結構和表層排水路面結構對設計和施工的要求更高，需要考慮采取其他措施保證人行道位置的橫向和縱向排水以及土基的防水要求，其結構一般僅通過防水土工布作為隔水層，施工過程、施工工藝和施工人員的標準化操作程度對半透路面結構的排水效果有極大的影響，實際服役效果對施工質量依賴性較大；另外在半透路面結構服役期間容易出現滲水和滲水導致土基穩定性下降從而引發路面不平整等問題；表層排水路面結構有基層作為隔水層。然而表層排水結構在實際工程中往往不易被建設單位接收。為此，本文從邊緣排水設計和路面結構銜接設計的角度進行優化調整分析。

二、路面結構層邊緣排水結構改善方案

廣州地區以半透路面結構和表層排水路面結構為主，兩種方式的路面結構對邊緣排水結構方案設計都提出了更高的要求，主要包括兩部分，首先是整體路面結構與邊緣排水設施的銜接設計；其次是人行道、非機動車道共板時的路面結構設計。

整體路面結構與邊緣排水設施的銜接設計主要包含排水盲溝、人行道橫向排水管、人行道上集水設施設計。設計思路是排水盲溝應與道路設計時的市政排水系統相連，雨水口與基層、面層結合處應設置成透水形式，利于基層過量水分向雨水口匯集，具體包含以下要點：

（1）滲溝設計，滲溝設置于面層下方，根據面層和基層透水的情況設置防水土工布和透水土工布；（2）人行道處的雨水收集井，考慮到橫向排水接入溢流井的間距較大，可以設置雨水收集井增加縱向收水的設施；（3）人行道下方橫向排水收集管，橫向主要通過人行道橫坡進行雨水匯流，考慮到路面結構對橫向排水的影響，設置橫向排水收集管可以有效地緩解由于橫坡小以及路面結構局部阻塞產生的排水不暢問題；（4）溢流井，結合道路斷面情況，可在綠化帶或路外雨水花園位置設置溢流井，設置時應考慮與人行道的雨水收集井的縱向關系；（5）當設置樹池時，應在樹池與側石之間預留滲溝設置寬度，保證人行道排水方向的一致性。路面結構與邊緣排水設施的銜接設計如下圖2所示。

圖2 路面結構與邊緣排水設施銜接設計

道路整體結構設計中橫向排水問題一般出現在人行道與非機動車道共板的情況下，非機動車道設置單獨的瀝青結構層時會同時設置壓條，壓條對橫向路面水的收集產生了較大的影響，如下圖3所示。為此項目中提出了三種解決方案：（1）需要將壓條設置為透水混凝土以保證水流的橫向流動，缺點是此方案不適用于景觀要求較高、全線設置了花崗巖或者仿花崗巖材質人行道的情況；（2）壓條繼續采用花崗巖或者仿花崗巖材質，把壓條的厚度壓縮至6cm厚（由于壓條長度為1m，厚度太薄容易產生碎裂的情況），壓條下方采用4cm中粗砂保證水流在路面結構層內的橫向流動，缺點是中粗砂對于壓條的粘結性差，壓條容易松動，對施工工藝要求較高；（3）將縱向滲溝改為中間設置，通過路面結構層進行橫坡調整，此方案對施工要求極高，且滲溝穩定性差的情況下容易在人行道服役過程中產生中間凹陷路面積水的情況。

三、路面結構層下基層的整體設計改進方案

前一節根據現場實際情況優化了路面結構變邊緣排水和結構層內排水的設置，但依然存在以下幾個問題：（1）隔水層未形成整體，路面結構下方的滲溝成為局部結構易破壞點，結構的整體性不強；（2）滲溝的收水集水功能較弱，需要依靠橫向管道和雨水收集井進行儲水，路面結構整體性被井和下方埋設的管道破壞，井和管位置易損壞后塌陷導致人行道平整度受到影響；（3）現狀滲溝收集的雨水最終進入雨水管，蓄存水流較為集中，難以對城市道路的水流進行分段的儲存，且在使用時難以適宜各個路段的植被對水流的需求狀況。根據以上問題，提出了一種整體式的透水路面結構，以解決上述提出的現有的路面結構整體性弱，儲水結構蓄存水流較為集中，難以對城市道路的水流進行分段的儲存，且在使用時難以適宜各個路段的植被對水流的需求狀況的問題。優化后的整體式表層排水路面結構包含以下設計要點：（1）下基層與旁邊儲水結構一體化設計，用水泥混凝土一體化澆筑，這樣使得整個下基層形成一個整體，儲水設施的一并設置減少了雨水收集井的設置，路面結構的整體性更強；（2）路面結構兩側設置砂石過濾層，過濾層下方設置過濾網板，過濾網板下方設置土壤過濾層，經過三層過濾層，在完成下滲路面結構后，蓄水和凈水同步完成；（3）儲水結構內置封閉層，儲水結構內設置了橫向和縱向延伸管，由于儲水結構為一體澆筑，內置的管道不會因為破損而對路面結構產生不利影響，通過兩類延伸管和排水通孔可以將過濾后的水排入周邊綠地；（4）儲水結構內部可以設置支撐水泥塊，通過水泥塊的限位槽和彈簧伸縮桿裝置控制水泥板開合，從而達到統一儲水，達到根據綠地植物、周邊用地情況分段排水的效果。具體結構形式如圖4所示。

圖4 整體式的透水路面結構

四、結語

隨著海綿城市建設要求的不斷提高，從原來的面積指標慢慢發展到對水治理的量化指標，市政道路工程設計過程中應避免應付式設計的拿來主義，應該更多地從項目實際出發，結合項目所在地理位置的道路斷面、路面結構類型、土壤條件、荷載條件、周邊土地利用情況進行合理的設計。本文進行了兩個方面的設計優化：首先是根據現有的全透路面結構、半透路面結構、表層排水路面結構在原有項目服役后的使用保養情況，結合施工技術對設計的影響，對透水結構形式的細節進行了優化，包括路面整體結構橫向排水設計以及道路結構與邊緣排水結構的銜接設計；其次是對整體式路面結構進行的優化，包括整體結構性優化、過濾系統優化、排水方式優化等。提出了幾個完善設計的優化方案旨在為透水路面的發展和實際應用、保證海綿城市建設指標的落實。