透水混凝土路面的設計與施工研究

夏 楓，鄒志翔

中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010

越來越多的學者和工程技術人員開始利用數值計算、室內試驗等手段分析透水混凝土路面的排水性能，并取得了一些有價值的研究成果。但是，許多工程師在建設透水混凝土路面時仍以工程類比法為主，使得建設方案偏保守，造成了嚴重的資源浪費。因此，研究透水混凝土路面設計與施工是十分必要的。

1 透水混凝土路面分類及組成

1.1 透水混凝土路面分類

目前城市道路中常見的透水混凝土路面根據透水能力的不同可劃分成三種：排水型路面、半透水式路面、全透水式路面[1]。

排水型路面是僅在其面層設置透水材料，基層一般選擇不透水或透水性較差的材料。地表匯集的水分在滲入面層之后就會沿著基層排出路基范圍，最終排放至沿線的排水設施中，避免路基受到雨水下滲的影響。

半透水式路面的面層和基層均設置透水性好的材料，墊層采用不透水或透水性較差的材料，并在路基頂部鋪一層防滲土工膜。地表雨水依次滲進面層、基層后，會沿著墊層排出路基，最后至沿線的排水設施中，降低雨水下滲對路基力學性能和使用性能的影響。

全透水式路面指的是整個路面結構都是透水性較好的材料，同時在路基頂部設置一層土工網格布來提高路基承載力，以充分發揮其支撐作用。全透水式路面要求路基填料的滲透系數大于7×10-5cm/s，否則雨水滲入路基之后容易滯留在路基內部，影響路基土體的強度和整體穩定性。同時，為了避免路基發生水毀病害，全透水式路面的路基在飽和狀態下應當具有足夠的強度。

1.2 透水混凝土路面組成

（1）透水面層。進行透水混凝土面層設計時要綜合考慮道路所在區域的降雨特征及需要接納的排水面積，然后進行合理的布置。同時，運營期間應對透水混凝土路面加強養護，這是因為透水混凝土在長期排水過程中，水流中的細小顆粒容易在其空隙內部沉積，并堵塞孔隙，從而降低混凝土的排水能力。

（2）透水基層。城市道路的透水基層應滿足以下要求：①基層滲透能力強，能快速排出從地表滲進路面結構的雨水；②基層強度較高，能確保路面在反復車輛荷載作用下不損傷；③基層具有較大的儲水能力，可以暫時儲存未能排出的地表水。

城市道路的透水基層一般采用級配碎石、水泥穩定碎石等。在確定透水基層厚度時，應以其透水能力作為計算標準。同時，基層厚度還要滿足路面設計規范中規定的最小厚度和適宜厚度要求，如表1所示。

表1 不同材料基層厚度

（3）透水墊層。在路面結構層下方設置透水墊層的目的是提高路面水穩性與抗凍脹能力、增強路面透水能力，并作為反濾層避免土基材料進入透水路面。透水墊層常用的材料為開級配集料（如粗砂、砂礫、碎石等），厚度約為150～200mm，對于凍脹嚴重地區和過濕路段可適當增加透水墊層的厚度[2]。

2 透水混凝土路面設計

2.1 工程概況

案例工程為羊山新區紅廉基地片區路網工程。羊山新區成立已有十余年，在建設初期以基礎設施建設為主，建設標準能夠滿足早期的交通需求。但是，隨著新區的不斷發展，地塊持續開發，人口日益增長，目前新區的部分道路已達到或接近設計使用年限，無法繼續滿足使用需求，需要改建或新建道路。同時，早期羊山新區的道路以滿足使用功能為主，未來應著力于提升道路使用品質，改善道路周邊環境，完善區域配套設施，創建城市居民生活、工作、學習、就醫、休憩、購物等的完整生態圈。為使紅廉基地片區路網與北湖郊野公園景觀有機融合，創建生態宜居城市，打造高品質綠色慢行道路，提高居民出行的幸福指數，將在紅廉基地片區道路上增設慢行透水性綠道。

2.2 透水性路面設計步驟

（1）確定設計條件。第一，降雨條件。降雨條件主要是指降水量，即一定時間段內降至路面的雨水深度。城市道路的降雨條件可利用實地雨水監測數據或查詢多年氣象資料得到，如果缺乏相關資料，還可以通過降雨強度經驗公式來估算，如下式：

式中：q為降雨強度，mm/h；P為降雨重現期，年；t為降雨歷時，h。

第二，交通荷載。紅廉基地片區的透水綠道主要是行駛非機動車或軸間距小于3m的小型車輛以及行人等，交通荷載較小，在設計使用年限內的累計軸載不超過30萬次。

（2）確定理論滲透系數。丁立[3]對城市道路中不同級配和粒徑的透水混凝土滲透性開展了統計調查，并擬合得到了透水混凝土滲透系數與其空隙率間的函數模型，相關系數R2為0.9432，相關程度較好，見下式：

式中：k為透水混凝土滲透系數，cm/s；n為透水混凝土空隙率，%。

綠道面層的透水混凝土設計空隙率不宜過高，也不宜過低，取值范圍通常為18%～23%。如果混凝土的空隙率＜18%，滲透系數較小，則透水性不能滿足路面的排水需求；如果混凝土的空隙率＞23%，可能導致面層的強度較差，在道路運營期間出現損傷。因此，建議透水混凝土的空隙率取目標空隙率的均值20.5%，此時滲透系數計算值為2.73cm/s。

（3）綠道路面結構組合及驗算。綜上所述，筆者最終擬采用的路面組合為C25透水混凝土（10cm）+透水級配碎石（20cm）+防滲土工膜+壓實路基，如圖1所示。

圖1 綠道路面結構組合

路面透水混凝土的面層材料配比為4～6mm石子2000kg/m3、42.5標號水泥300kg/m3、膠結料15kg/m3、潔凈水100kg/m3；底層配比為粗骨料2000kg/m3、42.5標號水泥300kg/m3、膠結料5kg/m3、潔凈水100kg/m3。路面結構確定之后，采用URPDS2012對路面的彎沉值和容許拉應力進行了驗算，結果滿足路面規范的要求。

3 透水混凝土路面施工技術

透水混凝土路面的主要施工流程為前期準備工作（平整、置模）→配料攪拌→澆筑→振搗→輥壓→養護。（1）配料攪拌。透水混凝土的水泥漿稠度較大，宜選擇強制式攪拌機來攪拌，攪拌時間不少于5min，確保水泥漿均勻附著在骨料表面，無花白料。（2）澆筑。為了避免透水混凝土快速失水而導致骨料間的黏結強度降低，應當在澆筑透水混凝土之前將路基用水濕潤后再攤鋪平整。（3）振搗。透水混凝土振搗可采用平板振動器，不得劇烈振搗，振搗頻率不宜過快，否則會降低透水混凝土空隙率，導致材料透水性變差。（4）輥壓。透水混凝土在振搗之后需要用實心鋼管或輕型壓路機進行多次輥壓，輥壓前應采取一定的措施避免輥子黏結骨料。同時，輥壓后還應用機器抹平混凝土表面，使其平整度滿足要求。（5）養護。透水混凝土孔洞數量多、失水速度快，必須注重早期養護。透水混凝土可采用灑水養護的方式（養護時間最少7d），但灑水時不能直接將壓力水柱沖向混凝土表面，以免沖走水泥砂漿，在混凝土表面形成薄弱部位。

4 結論

（1）透水混凝土路面根據透水能力的不同可劃分成排水型路面、半透水式路面、全透水式路面三種。（2）透水混凝土路面的設計應基于當地的降水量、交通荷載、外部環境等條件，合理選擇材料滲透系數和空隙率，最終得到路面結構組合。（3）透水混凝土路面的主要施工流程包括前期準備工作、配料攪拌、澆筑、振搗、輥壓、養護等。