透水路面雨水滲透能力實驗研究

裴桂紅 王澤民

（1湖北商貿學院建筑經濟與工程管理學院， 湖北 武漢 430079；2西南石油大學土木工程與建筑學院， 四川 成都 610500）

0 引言

快速的城市化進程使得城市綠地、花園被鋼筋混凝土和不透水的柏油馬路所替代。由于城市內部大部分自然面積被不透水面積代替，當城市遭遇大雨甚至暴雨時節，城市內部就會出現“內澇”等水文災害[1]。現階段城市內部的水文災害主要原因在于城市不透水面積的增加。海綿城市的目的就在于將不透水面積合理替換成透水面積，主要采用滲水、蓄水、排水、凈水的手段將降雨合理地進行分配。然而，各地降水情況不一致導致具體的分配標準也是大有不同的，所以不可能每一個城市都按照一個模式、一種透水比例去建設海綿城市。因此，為了更好的評價海綿城市的建設效果，需要采用一定的輔助手段來模擬并用實驗去驗證。這樣才可以對實驗地點的海綿城市建設效果進行科學的評估和評價。本文通過自行設計的試驗，對成都某住宅小區的道路路面透水性能進行了研究，分析了影響道路透水能力的主要因素，研究成果可為海綿城市設計與運營管理提供參考。

1 道路路面透水能力試驗

1.1 路面的滲透系數測試

試驗測試地點位于成都市新都區某住宅小區，道路路面為柏油路面。雨水在道路路面中的入滲遵從達西定律[2-5]。達西定律的表達式為：

式中：V為流體入滲速度；Kt為路面滲透系數；I為水力坡度。

采用路面水分滲透儀測定滲透能力，路面滲水儀如下圖 1所示。其測試主要步驟為：

（1）選點：在路面上選好點，用掃帚和鋼絲刷將測點上火土雜物清除干凈。

（2）按底座大小在底座上抹一點膩子，將儀器底座按上并擰緊，抹實膩子，不使漏水。

（3）將鏟有少量紅墨水的水灌入儀器中，直至小量筒上端溢水孔為（至600mm高度為止），從開始讀數加水到開始讀數應在3秒鐘內完成。

（4）水達到預定水位后（600mm）即開動秒表，每30秒鐘記一次水位高度，直到3分鐘為止。

實驗結果如表1所示。

圖1 滿水狀態下的路面滲水儀

表 1 現有小區路面的滲透系數

1.2 不同濕度對路面滲透系數的影響

由于路面的滲透能力與當天的濕度有關，當天的濕度越大，路面的滲水能力就會隨之下降[7-8]。本文分別在陰雨天和晴天做出滲透系數的測量試驗。測量中選取的實驗點的水力坡度為1‰，在同一水力坡度下(1‰)選取不同的實驗點測量不同濕度下的小區路面的滲透系數。

表2 不同濕度下的小區路面滲透系數

實驗測量的四條道路為小區內部的四段主干路。在測量主干路的滲透系數時，實驗點9至實驗點18，在測量時由于當天下雨濕度過大，滲透系數有所降低。在晴天時，小區內部主干路的滲透系數為79.13ml/min，在陰雨天時，小區內部主干路的滲透系數為66.525ml/min。為了使研究結果更加精確，選取小區內部水力坡度為1‰,瀝青路面作為唯一實驗點，在不同濕度下測量該點路面的滲透系數。結果如下表3所示。

表 3 相對濕度對瀝青路面滲透系數影響變化

試驗結果表明，同一路面在同一坡度下，路面的滲透系數在濕度變大的情況下會發生較大的變化。對于小區內部的水力坡度最大值點，在陰雨天氣下，路面的滲水能力近于飽和，所以該處水力低處會出現小范圍的徑流現象。

從實驗結果可知，在同一濕度下，瀝青路面的5個實驗點的滲透系數大致相同，在陰雨時(即濕度超過80%)各個實驗點的滲透系數下降明顯。說明濕度越大，路面滲透能力越小，如圖2所示。

圖2 各實驗點滲透系數隨濕度的變化曲線

2 結論

通過變水頭實驗對某小區瀝青路面滲透系數進行了測試。測試結果表明：滲透系數在濕度變化的情況下，變化十分明顯，雨水入滲對道路路面的滲透系數影響較大。測量實驗時，由于時間跨度問題，數據沒有包含暴雨時節，但是由測量數據完全可以推斷在暴雨條件下，該小區完全沒有能力使過多的雨水下滲。因此有必要在該小區范圍內，推廣建設可滲水、蓄水、滯水的海綿城市化路面。