淺談影響市政透水性路面滲透效果的因素

朱 磊， 向皓楠

(1.西南交通大學，四川成都 610031； 2.中鐵五局集團成都工程有限責任公司，四川成都 610091)

1 透水性路面概述

透水性路面[1]是一種允許水流通過材料基體、開口空隙或者連通空隙進行滲透的鋪筑材料。由于在學術中經常把滲透性路面、透水性路面和多孔性路面混用，本文中則以透水性路面為基準。透水性路面是建設海綿城市中不可或缺的基礎設施，它利用自身透水結構讓雨水滲透至土壤和地下水中，有效提高路面滲透率，減小排水管網的壓力，削弱路面徑流峰值。并且對徑流水中一定量的COD和SS有著良好的去除率以保證水流的潔凈。目前市政道路中使用的透水路面主要有透水性磚路面、透水混凝土路面、透水瀝青混凝土路面。

1.1 透水性磚路面

透水磚一般由水泥、粗集料、砂石和添加劑等組成。透水性磚路面從使用功能上又分為磚體本身透水和磚體本身不透水[2]，磚體本身透水的透水磚主要用于公園或步行道等路面，而磚體本身不透水的透水磚主要透水功能是依靠鋪貼時磚與磚相互之間的縫隙實現，使雨水從磚的縫隙滲入地下以達到透水目的。目前市面上的透水磚有著各種形狀和顏色，通過一定形式的配合與拼接，并與周邊綠化相結合，能夠大大地豐富市政景觀效果。

1.2 透水混凝土路面

透水混凝土路面是一種采用單一粒徑粗骨料，并且控制水泥的用量以保證水泥漿剛好包裹粗骨料的大孔隙混凝土。透水混凝土的組成成分一般不含有細集料，則在其內部粗骨料之間形成了較大的空隙，因此具有良好的透水和透氣性能。同傳統混凝土路面比較而言，透水性混凝土不僅能夠及時排走路面積水，還能優化調節城市熱循環和降低路面車輛噪音。

1.3 透水瀝青混凝土

透水瀝青混凝土是屬于開級配瀝青混合料的一種，其采用較大用量的單一粒徑粗集料制成，一般細集料含量較少。透水瀝青混凝土一般只在道路面層采用透水瀝青材料，底層仍是普通不透水瀝青混凝土，鋪筑前會在底層路面兩側增加排水暗管，雨水經過透水瀝青混凝土面層后又由底面層橫流入到道路兩旁的暗管中，進而統一排入到蓄水池或者城市排水管網中。在實際施工當中要控制好底層路面的橫坡坡度，確保透水瀝青混凝土路面面層間滲水能夠及時排走，避免長期的層間水存在而導致道路的破損。

2 市政道路路面透水性能實驗

城市道路路面結構的透水特性通過其滲透性表示，充分認識并有效確定路面結構的滲透性是成功應用的關鍵。滲透系數是透水路面滲透性最重要的指標之一[3]，目前，定水頭法和變水頭法是測量透水性路面滲透系數的主要方法。定水頭法主要適用于滲透系數較大的滲透材料，而變水頭法適用于滲透性較小材料的測量。此外由于實施條件的限制，變水頭法通常適用于現場滲透材料的滲透系數測定，定水頭法則只能適用于室內的滲透材料測量。并且，兩種測量方法均以材料承受一定水壓下進行滲透性能實驗。

2.1 測試點的選擇

本文選取了成都市早期至最新建造使用的典型透水性鋪裝路面，包括透水磚鋪面的公園步行道、現澆混凝土鋪面的人行道路和透水瀝青混凝土鋪筑的車干道，主要分布于高新區桂溪生態公園、天府新區興隆湖生態公園、溫江區光華大道、青羊區東城根下街、錦江區東大街等。各測試點的透水性路面鋪裝材料類型見表1。

2.2 試驗方法

2.2.1 透水混凝土滲水實驗

隨機選擇路面較為平整均勻路段進行滲水試驗，滲水區域直徑為13cm，面積約為132.7cm2，在試驗路段上選取5組試驗點，選取的點位依次編號，并用粉筆打上標記。實驗前應先用掃把將路面灰塵雜物打掃干凈，以防雜物堵塞空隙進而影響水的滲入以及影響滲水儀器的密封，具體實驗步驟如下：

表1 各測試點透水鋪裝類型

(1)選擇需要進行滲透實驗位置，將膠環放置于測試點中央，并在膠環的外側和內側分別用粉筆畫圈做標記，后用密封材料在內外兩圈所包含區域內進行密封。一般選取表面較為均勻且平整的地方進行滲水試驗。

(2)使用密封材料對環狀區域進行密封，密封材料不能進入內圈，若不小心進入用刮刀將密封材料刮除，將滲水儀器底圈用油泥包裹，以防止在滲水時水從儀器底部與路面接觸面的縫隙漏出。

(3)關閉開關，并向量筒中注入水，注滿后打開開關，使滲水儀器底部空氣隨水的下流排出，在水面下降速度明顯減慢時輕壓滲水儀，確保底部空氣全部排出，而后再次關閉開關，并第二次向量筒內注水，直至注滿。

(4)秒表計時就位，打開滲水儀開關，水面降至100mL時，立刻啟動秒表，開始計時，每60s讀數量筒一次，直至水面下降到500mL刻度停止計時，并計入時間數據。在滲水試驗過程中，若底部與密封材料間有水滲出，則測試無效，應重新選擇干燥路面重新試驗；若水面下降較慢，在測定時間到達3min時量筒尚未下降至500mL刻度值，則讀取3min時水面刻度；若水面下降到一定高度后基本不動，則該點透水性能極差或不透水，應注明。

2.2.2 透水磚滲水試驗

在試驗路段隨機選取5個實驗位置，以相同的水量測試不同點的滲水情況，不同滲水點的位置依次編號，用粉筆畫圈，清理表面雜物，具體操作步驟如下：

(1)制作1m×1m×0.1m木框，作為測試區域的匯水面積擋板，并選取平整度較好的路面，將木框用密封材料固定在選取的區域，并且用密封材料間透水磚和木框連接邊緣四周的縫隙密封好，保證實驗過程中不發生側漏。

(2)對木框內進行注水，保證道路各個結構層都得到沖洗和浸潤以及檢驗木框和透水磚的四周是否有漏水。

(3)因為透水磚的滲水面積較大，為確保試驗準確性，結合實驗實際情況，在臺布上加一定量的水，由于水量較大，因此為防止在抽去臺布的同時破壞邊框或將水灑到滲水邊框外，影響實驗精度，故改為計算所需用水量，將計算好的用水量事先準備好并分別用桶儲存，實驗開始時，將水桶內的水迅速倒入木框內，這樣可保證和抽取臺布有共同的效果并具有抽取臺布方法不具有的優點。注水時間即為實驗開始時間。

(4)觀察并記錄木框范圍內的水全部下滲需要的時間。

2.3 計算方法

透水性路面的滲水系數計算公式見式(1)，測量時以水面從100mL下降至500mL時所消耗時間為準，若下降時間過長，可采用3min通過的水量進行計算：

(1)

式中：K為透水性路面滲透系數，單位cm/s；V為量筒讀數，單位mL；t1、t2為100mL至500mL下滲時間；A為水與測量路面的接觸面積，單位m2。

2.4 實驗結果對比分析

對選取的8個試驗點依次進行滲透性測量試驗，，其中每個測試點隨機選取5處試位置進行試驗并對照實驗結果。1號點實驗數據如表2所示，整理數據時發現，在同一測量點的人流量和車流量大致相同的情況下，隨機選擇的五處試驗點的滲透系數并無明顯的差異，因此去其平均值作為該測試點的滲透性實驗結果，則其余測試點滲透系數如表3所示。

表2 1號測試點不同位置下滲水系數

表3 各測試點穩定后的滲透系數 cm/s

從表3可見，在選取的8個測試點均滿足規范對透水面層滲透系數不小于0.01cm/s的要求，其中8號測試點錦江區東大街牛王廟中部的透水瀝青混凝土鋪裝的滲透系數最大，其次是5號測試點南熏大道地鐵站左側的紅色現澆透水混凝土鋪面。2號、4號和6號現澆透水瀝青混凝土中，2號桂溪湖生態公園滲透系數最低，相對于4號而言，使用時間較長，對于6號而言，使用頻率較高以及人流量較大。在所調查的成都地區8處透水鋪裝中，建成年代有一定差距，6號測試點距今已使用3～4年時間，7號和8號才使用不到1年時間，透水路面的滲透性能差異較大。就整體情況分析而言，透水瀝青混凝土路面好于現澆透水混凝土路面好于透水磚鋪砌路面，其中滲透性能最好的是8號測試點的透水瀝青混凝土路面，滲透系數為0.53cm/s；對于透水磚鋪砌路面，滲透系數為0.011cm/s；現澆透水混凝土鋪面中2號滲透性能最低。導致透水性路面實際滲透效果差的因素有很多，比如路面厚度、道路使用狀況、路面空隙尺寸和大小、維護頻率等。

3 市政透水性路面實際滲透能力的影響因素

3.1 透水性路面面層的滲透能力

依據相關規定要求，透水性路面面層的滲透系數不應小于0.01cm/s，面層空隙率不宜小于20 %。結合現場調研結果來看，實際投入使用一定時間的透水性路面的透水性能明顯低于新鋪筑的面層材料，本文所調查的高新區桂溪湖生態公園的面層材料與光華大道人行道相同，但就滲透系數相比較而言明顯較低。而相比較于興隆湖公園而言，雖然其建造使用時間更長，但由于所處地理位置的不同，人流量、車流量較低，使用頻率也明顯比桂溪湖生態公園低。說明透水性路面的使用時間、使用頻率、后期維護都是影響其透水性能的重要因素。因此，在今后的透水路面設計規劃中應參考規范要求，著重考慮透水路面的使用情況以及維護管理。按照規范要求合理避開灰塵和沉積物較多的位置。

3.2 透水性路面的基層材料

依據相關規定而言，透水性了路面的基層最好也采用透水性材料鋪筑。而在具體的工程應用中，對于人行道、停車場、公園道路等路面的鋪筑，全透式基層的透水性能明顯優于半透式基層，全透式基層材料主要適用于滲水性能較好的土基，例如粉砂土、砂土等而半透式基層主要用于滲水性能較差的土基，如淤泥土質等。對于城市干道或者高速公路的透水性路面的鋪筑而言，以透水瀝青混凝土為面層的不透式基層路面應用最廣，其中OGFC(又稱開級配排水瀝青路面)為此類型路面。如東城根下街和東大街的透水瀝青混凝土路面，這種路面不僅具有良好的透水性能，而且借助路邊排水管網設施以發揮更好的蓄滲排等效果。因此，透水性路面的設計施工必須嚴格按照規范要求鋪筑路面基層。