透水路面雨水渗透能力实验研究

裴桂红 王泽民

（1湖北商贸学院建筑经济与工程管理学院， 湖北 武汉 430079；2西南石油大学土木工程与建筑学院， 四川 成都 610500）

0 引言

快速的城市化进程使得城市绿地、花园被钢筋混凝土和不透水的柏油马路所替代。由于城市内部大部分自然面积被不透水面积代替，当城市遭遇大雨甚至暴雨时节，城市内部就会出现“内涝”等水文灾害[1]。现阶段城市内部的水文灾害主要原因在于城市不透水面积的增加。海绵城市的目的就在于将不透水面积合理替换成透水面积，主要采用渗水、蓄水、排水、净水的手段将降雨合理地进行分配。然而，各地降水情况不一致导致具体的分配标准也是大有不同的，所以不可能每一个城市都按照一个模式、一种透水比例去建设海绵城市。因此，为了更好的评价海绵城市的建设效果，需要采用一定的辅助手段来模拟并用实验去验证。这样才可以对实验地点的海绵城市建设效果进行科学的评估和评价。本文通过自行设计的试验，对成都某住宅小区的道路路面透水性能进行了研究，分析了影响道路透水能力的主要因素，研究成果可为海绵城市设计与运营管理提供参考。

1 道路路面透水能力试验

1.1 路面的渗透系数测试

试验测试地点位于成都市新都区某住宅小区，道路路面为柏油路面。雨水在道路路面中的入渗遵从达西定律[2-5]。达西定律的表达式为：

式中：V为流体入渗速度；Kt为路面渗透系数；I为水力坡度。

采用路面水分渗透仪测定渗透能力，路面渗水仪如下图 1所示。其测试主要步骤为：

（1）选点：在路面上选好点，用扫帚和钢丝刷将测点上火土杂物清除干净。

（2）按底座大小在底座上抹一点腻子，将仪器底座按上并拧紧，抹实腻子，不使漏水。

（3）将铲有少量红墨水的水灌入仪器中，直至小量筒上端溢水孔为（至600mm高度为止），从开始读数加水到开始读数应在3秒钟内完成。

（4）水达到预定水位后（600mm）即开动秒表，每30秒钟记一次水位高度，直到3分钟为止。

实验结果如表1所示。

图1 满水状态下的路面渗水仪

表 1 现有小区路面的渗透系数

1.2 不同湿度对路面渗透系数的影响

由于路面的渗透能力与当天的湿度有关，当天的湿度越大，路面的渗水能力就会随之下降[7-8]。本文分别在阴雨天和晴天做出渗透系数的测量试验。测量中选取的实验点的水力坡度为1‰，在同一水力坡度下(1‰)选取不同的实验点测量不同湿度下的小区路面的渗透系数。

表2 不同湿度下的小区路面渗透系数

实验测量的四条道路为小区内部的四段主干路。在测量主干路的渗透系数时，实验点9至实验点18，在测量时由于当天下雨湿度过大，渗透系数有所降低。在晴天时，小区内部主干路的渗透系数为79.13ml/min，在阴雨天时，小区内部主干路的渗透系数为66.525ml/min。为了使研究结果更加精确，选取小区内部水力坡度为1‰,沥青路面作为唯一实验点，在不同湿度下测量该点路面的渗透系数。结果如下表3所示。

表 3 相对湿度对沥青路面渗透系数影响变化

试验结果表明，同一路面在同一坡度下，路面的渗透系数在湿度变大的情况下会发生较大的变化。对于小区内部的水力坡度最大值点，在阴雨天气下，路面的渗水能力近于饱和，所以该处水力低处会出现小范围的径流现象。

从实验结果可知，在同一湿度下，沥青路面的5个实验点的渗透系数大致相同，在阴雨时(即湿度超过80%)各个实验点的渗透系数下降明显。说明湿度越大，路面渗透能力越小，如图2所示。

图2 各实验点渗透系数随湿度的变化曲线

2 结论

通过变水头实验对某小区沥青路面渗透系数进行了测试。测试结果表明：渗透系数在湿度变化的情况下，变化十分明显，雨水入渗对道路路面的渗透系数影响较大。测量实验时，由于时间跨度问题，数据没有包含暴雨时节，但是由测量数据完全可以推断在暴雨条件下，该小区完全没有能力使过多的雨水下渗。因此有必要在该小区范围内，推广建设可渗水、蓄水、滞水的海绵城市化路面。