透水路面设计的几个问题_张巨松

道 路

透水路面设计的几个问题

张巨松　张添华

(沈阳建筑大学材料科学与工程学院,沈阳110168)　

赵雅静　黄维东　张国华

(沈阳市市政工程设计研究院,沈阳110015)

摘　要　介绍了几种典型透水路面的构造形式及蓄水型基层厚度的计算方法,根据实验室的研究结果明确提出透水路面土基设计的几点要求:①较高的渗透性;②饱水状态下冻胀小;③满足承载力要求,且饱水状态承载力损失小。

关键词　透水路面　蓄水基层　土基　溢流

近些年来,一种区别于传统路面的生态型路面———透水混凝土路面在许多发达国家和地区得到了广泛的应用,给城市环境带来了许多益处:缓解地下水位的降低,减小灰尘和噪声污染,增加城市空气湿度,有利于城市绿化等。传统路面要求干基层,湿基层承载力不够、会出现冻胀、翻浆等,而透水路面恰恰相反,它允许雨水渗透下去,路基处于湿润状态。为此如何既能够实现透水又能够满足力学性能及使用寿命成为透水路面设计的关键,透水混凝土路面面层一经满足了强度要求,可以直接应用。但透水路面的基层设计还没有明确的设计原则,很多基层设计并非适合这种路面,因此研究透水路面的设计是十分必要的。本文总结了几种典型透水路面构造形式,并提出了透水路面设计的一些原则,为透水路面设计奠定一定基础。

1透水路面的面层

透水路面结构层一般由面层、基层和垫层组成。当面层采用预制路面砖结构时,在面层和基层之间还需设置找平层。

透水路面的面层可以分为二大类:①透水水泥混凝土及透水沥青混合料;②预制路面砖。透水水泥混凝土或透水沥青混合料不含或含少量细集料,并具有足够的强度及透水系数,该面层整体性较好,施工速度快,强度较高,可以承受轻型交通。预制路面砖主要有透水砖及非透水砖两种。透水砖是指材料本身具有透水性,非透水砖则利用砖之间的空隙或砖本身预留的孔洞透水。当面层采用预制路面砖时,在面层和基层之间需设找平层。该面层适合应用于休闲广场、公园、校园内非交通用途的道路、人行道和步行街

。

图1

透水水泥混凝土面层

图2预制路面砖面层

2透水路面的基层

用于透水性路面的基层材料,除应具有适当的强度外,必须有较好的透水性。基层材料一般采用透水性好的级配(碎)砾石。当采用级配碎石基层时,碎石的最大粒径应小于0.7倍的基层厚度,且不应超过53mm。为了便于工程应用,本文所研究的基层材料均选取工程上常用的集料即5～25mm连续级配碎石,空隙率46%。根据基层厚度、溢流及排水方式的不同,透水路面可分为以下几种结构: 2.1　具有较小蓄水能力的透水路面

这种透水路面基层主要由找平层、透水基层构成,透水基层有很大的空隙率,但厚度不大,具有很强的透水能力,适合降雨量较小、土基透水能力很强且具有较高的承载力的地域。主要适用于人行道、

1

第1期 北方交通DOI牶牨牥牣牨牭牴牴牰牤j牣cn ki牣bfj t牣牪牥牥牱牣牥牨牣牥牥牨

非机动车道、广场、停车场、步行街、庭院路等场所

。1—透水面层2—找平层3—透水基层4—土基

图3　具有较小蓄水能力的透水路面结构

2.2　具有较大蓄水能力的透水基层的透水路面这种基层一般由找平层、蓄水基层、土工织物构成,蓄水层厚度较大,且空隙率较小,当降雨量较大不能及时排出时,一部分雨水可以储存在基层中,避免路面积水。这种基层适合降雨量较大的情况,可以边蓄水,边排水。蓄水层下面是土工织物,其作用是保持土基承载力,并且防止污染地下水源。

1透水面层　2找平层　3蓄水基层　4土工织物　5土基

图4　

具有较大蓄水能力透水路面

图5

土工织物

土工织物大体可分为透水型土工网格布和非透水型防渗土工布两种。当土中含砂量较大时,通常称为砂土,有一定的渗透能力,并且雨水渗透下去不会引起较大的承载力降低及污染,这时可以选用渗透的土工网格布以提高承载力。既需要提高承载力

又要防止水渗透造成污染,应选用非透水型防渗土工布。

2.3　内部具有溢流结构的透水路面

(1)土基可以渗透且内部具有溢流排水结构的透水路面,如图6所示,这种基层可暂时储存透过路面的雨水,然后进一步渗透。其储水层构造包括找平层、碎石层和透水型土工网格布。当降雨量较小,土基的渗透系数很大,水可以直接渗透到地下而不影响其承载力(不污染地下水源的前提下)。当降雨量较大时,雨水充满整个蓄水基层时,水位高于内部设置的溢流管管口,雨水可以通过溢流管排出路外。本文建议溢流管直径采用φ10,高度根据基层厚度而定,应低于基层厚度15～20c m 。溢流管应沿透水路面纵向且远离机动车道均匀布置,溢流管的数量与间距应根据设计降雨量、面层及土基的渗透系数选取。

1镀锌钢网　2透水面层　3路缘石　4溢流管　5土基6地下排水管口　7土工网格布　8水向下渗透到土基

图6

土基渗透溢流结构

(2)土基不能渗透且内部具有溢流排水结构的透水路面:如图7所示,这种基层可长时间储存渗入基层的雨水,在基层与土基之间设置非透水型土工布,雨水不能直接渗透到地下,而是通过内部地下管道排出路外。这种基层适用于降雨量大、土基渗透系数小、土基渗水后承载力很低、有可能造成污染水源的位置。

2.4　周边溢流结构

(1)透水路面的周边溢流,由于透水路面已经被广泛地应用到停车场,所以这种透水路面必然要有能力承受一定的轻型车辆荷载,为了具有较高强度,这时其透水能力将有所下降,当降雨量很大,透水路面不能及时排掉所有的雨水时,为避免路面积水,采用周边溢流结构,如图8所示。

2 北方交通 2007

1开口处集料　2镀锌钢网　3路缘石　4透水砖　5找平层

6溢流管　7石灰石管　8地下管道管口　9土基

10非渗透型防渗侧垫　11蓄水基层

图7

土基不渗透溢流结构

1轮挡　2透水面层　3储水基层材料　4锚固杆　5土工织物

图8　蓄水型透水路面停车场周边溢流结构示意图

透水路面周边采用一定厚度开级配碎石做面层,下面直接由有一定坡度的土基支撑,土基上面设有土工织物,以提高其承载力,整个基层形成一个蓄

水池,当雨水过大时,可以从周边直接溢流进基层蓄水池,再排出路外,不会造成路面积水。

(2)非透水路面的溢流结构,传统路面无透水作用,溢流结构采用透水路面砖做面层,且与非透水路面具有相同设计标高,不仅美观,

而且具有一定承

1透水砖　2非透水路面　3土基　4统一粒径碎石　5边沟

图9　非透水路面的周边溢流结构

受轻型荷载的能力,但不能承受重型交通,基层是均

匀的抗冲刷碎石,这个结构类似边沟,具有非常理想的排水能力,见图7,当下雨时,雨水会从周边的透

水路面砖溢流结构顺利排出路外。2.5　透水路面基层厚度设计

带有蓄水基层的透水路面蓄水基层厚度的设计方法如下:

1径流增量　2有效面积　3围栏　4透水路面上表面面积5找平层　6开级配基础孔隙　7土工织物　8砂路基

9基层厚度　10降雨量设计值图10　蓄水基层厚度计算模型

(1)根据选定的设计降雨量P 和SCS 径流曲线数量,计算有效面积(ΔQ c )的径流增量

(2)根据公式(1)计算蓄水层的深度dp

dp =(ΔQ c R +P –FT )/V r (1)

式中:dp ———蓄水基层深度;

ΔQc ———有效面积的径流增量;R =A c /A p

Ac ———该面积内雨水可以形成径流流向面层(m 2

);

Ap ———连锁透水混凝土道路表面积(m 2

);P ———降雨量设计值;

F ———渗透试验测定的砂的过滤速度(m /h );T ———有效的蓄水层填充时间(一般取2h );V r ———蓄水层孔隙率(一般取0.4)。(3)根据公式(2)计算蓄水层的最大允许深度dm ax =F Ts /V r (2)式中:dm ax ———最大蓄水层深度;

Ts ———最大允许储存时间72h 。dp 必须小于等于d m ax ,并且至少高于季节性的最高地下水位0.6m 。即:

h +0.6≤dp ≤dm ax 3　透水路面的土基

传统非透水路面,有些路基内部设置了排水系

3 第1期 张巨松等:透水路面设计的几个问题