专业讲解 | 海绵城市的组成部分之透水道路技术!

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无机透水路面介绍

一．海绵城市的组成部分

1-1.透水道路，是将经过特殊胶凝材料与骨料配合工艺制成的具有连续孔隙的混凝土，通过特殊设备和专业的施工工艺铺设的新型生态环保型城市道路。它不仅满足城市各种载荷道路的强度要求，而且具有透气透水性、分解汽车尾气等有害气体、吸附微小粉尘等作用。透水道路的优越性是建设海绵城市的重要条件，是未来我国城市发展的重要方向，也是海绵城市总体规划的一个组成部分。
透水铺装材料具有良好的透水性能，雨天不积水，表面不打滑，既确保了人们出行及行车的安全，又还水于土，改善了树木生长的环境。特别是市政道路上大量替代沥青路面，按照国际上自20世纪90年代后期以美观、安全、环保等原则重新规划设计市政道路。由于不透水的路面缺乏透水性和透气性，雨水不能渗入地下，缺乏对城市地表温度、湿度的调节能力，致使地表植物由于严重缺水而难以正常生长，破坏了城市的生态环境，产生 “热岛效应”。 此外，不透水的道路表面容易积水，降低道路的舒适性和安全性。当短时间内集中降雨时，雨水只能通过排水设施排入河流，大大加重了排水设施的负担等诸多负面的影响。
而透水路面采用不同厚度和不同强度的环保材料作为结构层，再铺设不同厚实度的透水混凝土面板，不但可以保证轻重型交通工具使用状况下的力学需求，而且缓解了城市热岛效应，改善了生态环境。因为透水混凝土具有透水功能，所以透水路面本身就是一种下渗设施。在实际应用中，为了加强渗水效果，透水铺装往往与其他渗水设施结合使用，如下沉式绿地，植草沟。下沉式绿地和植草沟中还可以设置集水井，更加利于雨水的收集利用。
1-2透水路面分为两种：一种是透水型；另一种是排水型。
1-2-1基层透水型道路雨水收集设计可参考下面几种方案（按实际设计方案为准）：

◆基层透水路面两侧设雨水口的做法适用于土基渗透系数大、水稳定性良好但仍会有雨水径流现象发生、道路两侧设置雨水口的一般路面。

◆基层透水路面土基外设盲沟的做法适用于土基渗透性及水稳定性好，但透水路面下方没有位置设置盲沟的情况。

◆透水水路素土层面下设渗水管的做法适用于土基渗透性及水稳定性良好，透水路面上不能设置外露的雨水口的情况。

1-2-2.排水型透水混凝土道路雨水收集设计参考图
◆应在不透水层处置设渗水管，可导向附近水域蓄水堰、城市雨水管网并网。

◆基层不透水的混凝土路面做法适用于土基渗透系数小、水稳定性较差，并且需要雨水收集的路面。
1-2-3．透水路面结合下沉式绿地、植草沟等绿化带时，可以设置的集水井剖面图如下：

1-2-4特殊场地的透水路面排水、集水构造设计如下：
1-2-4-1坡地 当路面有坡度时，路面厚度和土基的设计必须要满足径流量目标要求，同时也要考虑坡面带来的其他问题。

◆坡度为16%的坡面上铺设透水混凝土路面，在这个工程实验中，每隔一段距离便横跨坡面挖一道沟槽，槽内用碎石填充，临近边缘处装排水管，把过剩的水排到附近。

1-2-4-2寒冷地区 在气候比较寒冷的地区，透水路面的土基应低于冻结线，以便减轻冰冻隆胀带来的危害。
1-2-4-3土基渗透系数小的地区
土基渗透系数小的地区透水路面排水方案可参照以下几种设计选择：

二．国内外研究状况
2-1.情况分析
      与国外蓬勃开展的透水铺装材料的研究和运用情况相比，国内对透水铺装材料特别是水泥高强度胶凝剂的研究明显不足，应用技术水平也较低。这和我国作为一个混凝土应用大国的地位极为不相称，也不适应世界环境保护可持续发展的趋势。近几年，在国内一些科研院所、大学开展了一些透水混凝土的研究工作，并取得了一定的成果，但透水混凝土所必须添加的特殊胶凝剂研发还处于初级阶段。透水道路也只能作为轻载荷路面使用，在城市市政道路中应用极少。但CCJ-1的诞生，会彻底改变人们对透水铺装材料的认识。
2-2. 定义和特点
       透水混凝土由粗集料、普通硅酸盐水泥、无机透水混凝土胶凝剂通过一定的配合比拌合而成，可以满足各种市政道路高强度、高透水性、高耐磨性等施工要求，是一种新型透水道路铺装材料。与一般混凝土及沥青路面相比，具有如下特点：
1)透水混凝土比重一般约在1800 kg/m3~2000kg/m3之间；称为轻质混凝土
2)热传导系数小；夏季每平方米可降温10-15Co，冬季地表可缓解吸热。
3)水的毛细现象不显著；抗冻融性好
4)水泥用量少；350-380kg/m³
5)表面存在蜂窝状孔洞，表面抹平施工方便；
6)可以防止雨天路面集水和夜间反光，增加行人行车舒适性和安全性，同时减轻降雨季节道路排水系统负担；
7)可以吸收车辆行走产生的噪音，（连续、多孔的内部结构，具有较大的内表面积，入射的声波一部分被反射，大部分通过连通孔隙吸收到混凝土内部。声波透过多孔混凝土层，到达多孔混凝土背后的空气层和密实混凝土板表面再被反射，而这部分被反射的声波具有相位差，由于干涉作用互相抵消，从而可以减少噪音），有利于创造安静舒适的交通环境；
8)可以补充城市地下水资源，保护土壤湿度，改善城市地表植物和土壤生物的生存条件，有利于生态平衡；
9)增加城市可透水透气面积，调节城市气候，降低地表温度，缓解城市“热岛”效应。

三．材料要求
3-1.透水混凝土是由CCJ-1、普通硅酸盐水泥、粗骨料、和水按配比用强制式搅拌机拌制而成，其强度的形成主要依靠粗集料表面包裹着的CCJ-1混合水泥浆体，增加集料表面接触并互相固结，形成多孔隙的结构体，因此具有相当大的透水性。
四．配合比设计
透水混凝土的配合比特点是采用单粒级粗骨料作为骨架，无机CJJ-1混合水泥净浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面，作为骨料颗粒之间的强力胶结层，形成含有空隙结构的多孔混凝土骨架。可以看出透水性混凝土是粗骨料颗粒间通过硬化的CCJ-1水泥浆薄层胶结而成的多孔堆聚结构，内部含有较多的孔隙，因此具有良好的透水性。
透水混凝土原材料选择的主要依据是: 水泥强度等级和粗骨料的类型、粒径及级配。
4-1、水泥
水泥作为透水混凝土的黏结材料之一，采用P.O42.5 水泥，其用量以刚能完全包裹骨料的表面为最佳，因水泥用量过多会降低透水性、增加成本。
4-2、粗骨料
作为混凝土的骨架材料，其粒径应视混凝土结构的厚度、强度、透水性而定。我们采用料径为5~25mm 级配的碎石，且要求碎石的质地坚硬、界面条件较好、针片状含量低等。经检测，其堆积密度为1600kg /m3。
五．施工工艺
5-1、不同配合比的透水混凝土物理力学性能见表2。

表1不同施工工艺的混凝土物理力学性能

5-2、混凝土养护方法
       由于透水混凝土存在大量孔隙，且多为连续孔，因此易失水，干燥很快，故在早期养护中，应注意避免混凝土中水分的大量蒸发。
      施工完毕后应立即覆盖薄膜保湿养护。这是由于薄膜保证了透水混凝土胶结浆体持续充分水化所需的水分，水泥桨体在CCJ-1的作用下后期强度会发展顺利，强度也就高，因此，覆盖薄膜保湿养护法对透水混凝土是十分适用而有效的方法。

六、 应用
      透水保水混凝土主要用于新建、扩建、改建的轻重载荷的市政道路工程，以替代沥青道路和普通混凝土道路。


附1：透水路面与沥青路面数据比较：
1、噪音对比：（最小值≤94dB）

2、车辙值对比：（最小值≤5mm）

3、平整度对比：(最小值≤3mm)

4、抗滑性对比（静态最小值≥50，动态最小值≥0.3mm）

5、透水路面上、下坡透水性对比：

6、透水路面上、下坡不同时速抗滑性：（最小允许值≥0.3mm）

附2：工程案例图示

重型车道

高速路

人行道


轻型车道

停车场


住宅小区


公园步道


树套



  
保水透水步道砖


广场

文章来源：河南省海绵城市工程技术研究中心

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