三種透水材料對武漢市巡司河地區(qū)徑流量控制的影響

余太平 何延召 蔡 洪 李 孟 詹志威

（1.湖北省城建設(shè)計院股份有限公司 湖北武漢 430050 2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 湖北武漢 430070）

引言

近年來，透水鋪裝運(yùn)用廣泛，與傳統(tǒng)路面相比，透水路面提高了雨水滲入地下的速度，減少了地表的雨水徑流量[1～2]，并可延遲徑流達(dá)到峰值的時間[3]。為了提高透水鋪裝對雨水徑流的削減作用，同時彌補(bǔ)對基層材料的研究的不足。本文從透水鋪裝地面的結(jié)構(gòu)，透水鋪磚地面滯蓄暴雨徑流的能力等角度進(jìn)行試驗研究，以期為海綿城市的建設(shè)提供技術(shù)支持。

1 透水材料概況

1.1 透水混凝土

透水混凝土用強(qiáng)度等級為42的普通硅酸鹽水泥，10mm和18mm兩種粒級的卵石為骨料，根據(jù)透水性及強(qiáng)度等原則確定配合比制成。攪拌時先往骨料中加入水，使骨料吸水率為2%，骨料表面被潤濕后再加水泥拌和，表面形成水泥粉殼，最后加入水?dāng)嚢杈鶆颉Ｔ摂嚢桧樞蚰苁够炷凉橇媳砻嫘纬珊穸染鶆虻乃酀{層，以保證必要的強(qiáng)度和透水性。混凝土澆筑1d后開始常溫下灑水養(yǎng)護(hù)，每天灑水5次，養(yǎng)護(hù)7d后進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。

1.2 陶瓷透水磚

陶瓷透水磚是用由低溫膠粘劑，低溫高黏性黏土，工業(yè)廢料和成孔劑，根據(jù)透水性及強(qiáng)度等原則確定配合比制成。將煤矸石、廢玻璃先用破碎機(jī)進(jìn)行破碎，再用球磨機(jī)磨均勻。將水、膠粘劑和粗細(xì)固體顆粒分別混合均勻，在模具的上層加人細(xì)粒徑混合料，上下層的厚度比為l：4，在650t的壓力下壓制成型。最后放入隧道窯中，先在110℃的條件下干燥1h，再放入1160℃高溫下鍛燒1.5h。待爐溫降至室溫后取出。

1.3 透水瀝青混合料

透水性瀝青路面用瀝碎石和礦粉制成。9.5～13.2mm粗集料占42%，4.75～9.5mm粗集料占36%，0.075～2.36mm機(jī)制砂占16%，礦粉占6%，并確定最佳油石比為5.0%。為避免集料發(fā)生干涉，形成足夠的空隙率，對關(guān)鍵篩孔2.36mm、4.75mm的集料通過率進(jìn)行嚴(yán)格控制，減少2.36～4.75mm的集料用量。固定礦粉用量為6%，選擇2.36mm篩孔通過率在14%、16%、18%、20%的4種級配。

2 透水鋪裝地面滯蓄雨水徑流研究

2.1 試驗裝置

本研究設(shè)置兩套模擬裝置：①人工模擬降雨系統(tǒng)；②透水路面試驗裝置。其中人工模擬降雨系統(tǒng)通過人為控制降雨條件模擬降雨過程。

路面試驗裝置分為三部分，即透水混凝土、透水瀝青混合料、陶瓷透水磚3種路面裝置尺寸均為0.5m×1.0m。透水路面試驗裝置從上至下分為3層結(jié)構(gòu)：透水面層、水泥穩(wěn)定碎石基層、級配碎石基層，每層厚度為200mm。在透水路面各個結(jié)構(gòu)層底每隔100mm，加裝1根DN20穿孔管，開孔直徑2mm，每周4個，橫向間距10mm。

2.2 試驗方案

運(yùn)用人工模擬降雨裝置和透水混凝土路面試驗裝置，進(jìn)行透水混凝土路面削減雨水徑流試驗。選取3、5、10年一遇3種降雨情景（降雨歷時為3h）對三種透水路面進(jìn)行模擬分析。

將透水磚飽和樣四周用密封膠帶密封，使其側(cè)壁不滲水，水僅能通過試樣的上下表面。將密封好的飽和樣安裝入透水系數(shù)實驗裝置，同時將制備好滿足實驗要求的無氧水加入實驗裝置中，調(diào)節(jié)供水閥門，人工模擬降雨。

3 模擬結(jié)果與分析

3.1 不同降雨情景下的模擬比較

選取3、5、10年一遇3種降雨情景（降雨歷時為3h）對三種透水路面進(jìn)行模擬分析，模擬結(jié)果見圖1。可以看出：在添加了透水路面后，在3年一遇至10年一遇的降水條件下，陶瓷透水磚路面的徑流總量分別減少了33%、27%、19%。透水混凝土路面的徑流總量分別減少了24%、20%、15%，透水瀝青路面的徑流總量分別減少了69%、63%、51%，由模擬結(jié)果可以看出透水路面對于降雨徑流具有截流減量的作用，但隨著降雨強(qiáng)度的增大，徑流截流效率會隨之減小。透水瀝青路面對總徑流量有較強(qiáng)的截流效果。

圖1 不同降雨重現(xiàn)期下各透水路面的效能

3.2 洪峰削減情況

選取三種透水路面峰值流量和峰現(xiàn)時間來進(jìn)行比較，如圖2所示。

圖2 徑流量對比

從圖2可以看出，3種路面的徑流峰值流量比較分別為：陶瓷透水磚（1.99m3/s）＞透水瀝青（0.593m3/s）＞透水混凝土（0.13m3/s），徑流峰現(xiàn)時間從早到晚排序分別為：陶瓷透水磚（0：55）、透水瀝青（1：00）、透水混凝土（1：55）。相較于透水混凝土，陶瓷透水磚使雨水徑流迅速達(dá)到峰值，且峰值流量為開發(fā)前的數(shù)十倍；而透水瀝青使徑流峰值出現(xiàn)時間雖然僅稍有延遲，但峰值流量得到大大減少（70.4%）；透水鋪裝提高了排水系統(tǒng)的雨洪調(diào)控能力。

4 結(jié)論

（1）作為一種典型的BMPS技術(shù)，透水鋪裝地面持久的入滲能力使其具備良好的滯蓄雨水作用，而透水鋪裝地面對初期雨水徑流也起到分散化處理污水、減輕城鎮(zhèn)污水廠的沖擊負(fù)荷的功效。

（2）透水鋪裝作為建設(shè)海綿城市的重要技術(shù)，是雨洪調(diào)控的有效手段之一。經(jīng)過透水鋪裝，研究區(qū)域內(nèi)徑流總量削減率及峰值流量削減率均可達(dá)到70%。

（3）透水瀝青混凝土透水性能優(yōu)于陶瓷透水磚，而混凝土磚的透水性差不適宜作為透水材料使用。