透水路面设计与研究

　　
　　摘要:透水路面能调节城市气候，降低地表温度，有利于缓解城市“热岛现象”，降低城市污染，减少城市洪涝。路面透水是个系统工程，一个由最上层的路面层、中间的透水基层和整个城市的排水系统组成，只有这三者的透水功能完美结合以后才能完成整个路面的透水。透水路面设计应掌握其透水原理，合种材料应组合运用得当，在满足透水功能同时，还应达到强度，防冻，美观的完美结合。
　　1.前言
　　随着经济的发展和城市建设步伐的加快，现代城市的地表逐渐被阻水材料所覆盖，形成生态学上的“人造沙漠”。使得地下水位急剧下降，地表生态失衡，城市洪涝泛滥，环境问题越来越严重。合理使用通透的道路表面，最大限度地维持原有的自然状态已经成为了各城市面上不可忽视的焦点问题。透水路面的建设可以提高降水资源的利用率，改善雨天行走的舒适性，调节环境温度，降低城市内涝灾害，符合国家提出的建设安全环保型、节约型社会的要求。
　　2．城市路面现状
　　稍加留心人们就能发现，随着社会经济的快速发展和城市建设步伐的加快，无论是人行道、街道、广场，还是住宅小区的庭院等，路面大都采用花岗岩、水泥、釉面砖等封闭性结构铺装。
　　这种不透水、不透气的铺装使得城市透水功能不断弱化，特别是下雨天硬化路面地表积水，给城市交通带来诸多不便，其排水设施的不完善容易造成积水成涝，加重了疏浚系统的负担和江河的污染。同时，由于封闭性铺装阻断了地表水气的交换，无法及时对城市的地下水资源进行有效补充，大大降低了地表对雨水的涵养力，恶化绿化植被环境，造成了城市生态效益下降，使夏季的城市热岛效应加剧。
　　有资料显示，我国城市地表正在逐步被建筑物和各种混凝土等阻水性材料所覆盖，不透水区域比例在大幅度增高，部分地区其覆盖率已超过80％。因此，有着透水功能的透水路面的设计与研究在我国有着重要的应用价值。
　　3．透水路面的作用
　　透水路面生态环境效应体现为：（1）增加城市可透水、透气面积，加强地表与空气的热量和水分交换，调节城市气候，降低地表温度，有利于缓解城市“热岛现象”；（2）充分利用雨雪降水，增大地表相对湿度，补充城区日益枯竭的地下水资源，发挥透水性路基的“蓄水池”功能；改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件和调整生态平衡（3）能够减轻降雨季节道路排水系统的负担，减少峰值时段雨水管道排放压力，明显降低暴雨对城市水体的污染；（4）吸收车辆行驶时产生的噪音，创造安静舒适的生活和交通环境，雨天防止路面积水和夜间反光。（5）防止路面积水和夜间路面反光，冬天不会在路面形成黑冰（由霜雾形成的一层几乎看不见的薄冰，极危险），提高了车辆、行人的通行舒适性与安全性；（6）大量的空隙能吸附城市污染物粉尘，减少扬尘污染。（7）可以根据环境及功能需要设计图案，颜色，充分与周围环境相结合。
　　除去生态功能，城市采用透水材料建设道路、广场，还可以选择各种等颜色，丰富了城市景观，在经济上也划得来。专家测算，建设改造1万平米的透水路面，改造后可蓄水2000立方米，这部分降水混入污水管道处理，多花的污水处理投资更难以估量。而透水路面的花费，只相当于好的面包砖的建设成本。
　　4.应用情况
　　在国外,许多国家均推行的路面透水系统，并得到了广泛应用。以德国为例，他们在城市和乡村铺设透水路面，像人行道、步行街、自行车道、郊区道路等受压不大的地方，采用透水性地砖，这种砖本身可透水，砖与砖之间采用了透水性填充材料拼接；对于自行车存放地和停车场的地面，德国人选择有孔的混凝土砖，并在砖孔中用土填充，这样有利于杂草生长，从而使40%的地面具有绿化功能；考虑到居民区、公园和街头广场更需要绿化和美化，因此这些地方选用实心砖铺路，但砖与砖之间会留出空隙，空隙中留有泥土，天然的草可在此处生长，这样的地面可形成35%的绿化面积；在房舍周围、居民区步行道、校园和公园的步行道上，由于往来行人较多，路面使用率高，因此他们大多采用细碎石或细鹅卵石铺路，由大小均匀的石子散落而成的路，不仅地面透水性好，而且还不长杂草；城市街道的主要路面则用有孔砖加碎石来铺设，即在带孔的地砖孔中撒入碎石。这种地面不生杂草，但可使雨水顺利渗透，其地面的热反射也大大低于全硬化地面。在荷兰，围海造城的过程中，发现排开海水后的地面会因为长期接触不到水分而造成持续不断的地面沉降。为了使地面不再下沉，荷兰人制造了一种长100毫米、宽200毫米、高50或60毫米的小型路面砖铺设在街道路面上，并使砖与砖之间预留了2毫米的缝隙，这样下雨时雨水会从砖之间的缝隙中渗入地下。这就是后来很有名的荷兰砖。
　　有资料显示，我国路面透水性铺装其实从20世纪30年代起开始使用，早期主要用于改善路面的防滑性。随着对其研究的深入，透水性铺装在70年代开始被广泛应用于道路建设。但由于价格因素，技术因素，节能环保意识薄弱，透水路面应用一直未能大规模的应用，在城市未能形成理想的效果。
　　2005年，我国首个透水砖行业标准《透水砖》（JC/T945—2005）出炉，标准对透水砖的术语和定义、分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、使用说明书以及包装、运输及存贮等都作出了相应的规定。2007年北京市出台了《北京市透水人行道设计施工技术指南》等相应技术标准。标准的出台一定程度上规范了这个行业的有序稳定的发展。我国已经掌握了各种透水路面的相关技术，现在国内很多企业都能生产研究透水路面，而且不少都是自主创新的成果，部分已达到国际水平。我国在“国家生态园林城市”考核中，已要求建成区道路、广场的透水混凝土面积不低于50％。随着人们对透水路面的逐步了解和重视，透水路面的设计和应用正逐步规范和完善。
　　5.透水材料及设计与施工
　　路面透水是个系统工程，一个地面由最上层的路面砖、中间的沙土和整个城市的排水系统组成，只有这三者的透水功能完美结合以后才能完成整个路面的透水。不同地方沙土的透水性能不一样，因此需要通过实验来解决沙土和透水砖的透水性吻合问题。
　　透水路面的材料主要有透水混凝土和各种透水砖等。
　　透水混凝土一般采用粗集料、少量或无细集料为骨架，并且有水泥浆结合料的混凝土材料，又称无砂大孔隙水泥混凝土、大孔混凝土。之所以渗水透气，在于其“沙其玛”般的截面结构，水气通过孔隙渗透。据介绍，透水混凝土通过特殊的胶结料拌合，混凝土颗粒饱和粘结，留有蜂窝样的孔隙，虽然透气孔率达17％，但强度仍能达到C30级，卡车都不会压坏，孔隙还能吸收汽车噪声，因而也适用于城市快、慢车道；而传统混凝土是不饱和颗粒，需要砂浆凝结，就阻断了水气交换。
　　具有多孔隙且能够透水的路面砖，一般包括：烧结透水砖、免烧透水砖等。渗透系数当≥1.0×10-2cm/s时，多用做透水面层。透水砖的重要原理是通过缝隙透水排水。
　　透水性路面是从面层到土基都允许水分渗透，主要功能是涵养地下水分和改善生态环境。这种路面一般要求不上车或只上轻型车辆且交通量不得太高。透水人行道允许降水部分或全部渗入土基，因此要求路面负荷较轻、结构层的渗透性、浸水后强度和稳定性良好。设计应保证各结构层透水性能的连续，避免某些层次成为透水能力的瓶颈。结构层厚度考虑结构层强度、透水储水能力和结构抗冻性。
　　透水人行道结构一般由以下几部分组成：面层、找平层（根据面层材料选定）、基层(含底基层)、垫层。
　　透水路面结构功能一览表
　　结构层 功能 备注
　　面层 直接承受荷载、透水、贮水、抗磨耗、抗滑 
　　找平层 透水、贮水、施工找平、连接面层与基层 当面层结构为透水水泥混凝土，或面层为小尺寸的透水砖时可不设置
　　基层 主要承受荷载、透水、贮水 
　　底基层 防止渗入路床的水或地下水因毛细现象上升，缓解含水土基冻胀对路面结构整体稳定的影响，同时具有承载、透水作用 新建或具有停车功能的人行道需设此层
　　垫层 防止渗入路床的水或地下水因毛细现象上升，缓解含水土基冻胀对路面结构整体稳定的影响 当土基为透水性能较好的砂性土或底基层材料为级配碎石时，可不设置垫层
　　透水路面对土基的要求：粉土（渗透系数不小于10－6cm/s）、粉砂、细砂及中粗砂、砾石透水效率依次增高，湿润后荷载下强度损失不大，适宜做透水道路结构土基。而软土（淤泥和淤泥质土）、未经处理的人工杂填土、湿陷性土、膨胀土等特殊土上不适合铺设透水路面。
　　设置垫层主要目的是防止土基中细粒土的反渗，试验中采用中砂或粗砂垫层厚度4cm~5cm就能达到找平、反渗的效果。
　　基层主要功能是透水、储水。级配碎石基层孔隙率最大，透水性能也最好，无砂水泥混凝土基层次之，水泥稳定碎石基层最低。基层设计时应注意其级配的选用。
　　由透水人行道与渗水性人行道区别及叠层渗透原理可知，透水砖面层的质量在整个透水人行道体系中起重要作用，透水砖最重要的质量参数是其透水系数直接关系人行道整个体系渗透系数，其各项性能应符合国家标准。
　　找平层不宜采用细砂，宜用中、粗砂，水泥与砂质量比在1：5～1：7左右时，粘结力和透水性能达到平衡。
　　透水路面的施工要注意以下几点：
　　（1）透水砖铺设过程中一定要注意不得在铺设完成的路面上拌和砂浆、堆放水泥等材料。水泥材料本身在水化过程中易形成胶凝材料，造成透水砖透水结构的永久性损伤。
　　（2）找平层砂浆在施工过程中的“干硬性”很重要，过干的砂浆在使用过程中粘性较差，含水量大的砂浆容易阻塞基层孔隙，砂浆本身透水性也较差。不能满足设计要求，故砂浆找平层在施工过程中一定要有“干硬性”。
　　6.结语
　　透水路面是生态城市的守护者！透水路面的设计和使用具有良好的社会、环境和生态效果，符合城市建设的发展方向，建议尽快推广使用。完美的路面透水系统能在雨水充足时完成路面的积水排泄和截留，给城市排水系统减负；同时，在艳阳高照、路面热效率增加的时候散发水蒸气，给路面清凉，还能与城市的水系相连接，最终形成完整城市地下水系。要做到这些，需要多个部门的配合，加强透水性能的实验，包括透水材料使用一段时间后透水性能的实验，使透水路面真正为城市路面透水服务，最终建成美好城市。
　　[参考文献]
　　1、 行业标准《透水砖》（JC/T945—2005）
　　2、 《北京市透水人行道设计施工技术指南》2007年