浅谈影响市政透水性路面渗透效果的因素

朱 磊， 向皓楠

(1.西南交通大学，四川成都 610031； 2.中铁五局集团成都工程有限责任公司，四川成都 610091)

1 透水性路面概述

透水性路面[1]是一种允许水流通过材料基体、开口空隙或者连通空隙进行渗透的铺筑材料。由于在学术中经常把渗透性路面、透水性路面和多孔性路面混用，本文中则以透水性路面为基准。透水性路面是建设海绵城市中不可或缺的基础设施，它利用自身透水结构让雨水渗透至土壤和地下水中，有效提高路面渗透率，减小排水管网的压力，削弱路面径流峰值。并且对径流水中一定量的COD和SS有着良好的去除率以保证水流的洁净。目前市政道路中使用的透水路面主要有透水性砖路面、透水混凝土路面、透水沥青混凝土路面。

1.1 透水性砖路面

透水砖一般由水泥、粗集料、砂石和添加剂等组成。透水性砖路面从使用功能上又分为砖体本身透水和砖体本身不透水[2]，砖体本身透水的透水砖主要用于公园或步行道等路面，而砖体本身不透水的透水砖主要透水功能是依靠铺贴时砖与砖相互之间的缝隙实现，使雨水从砖的缝隙渗入地下以达到透水目的。目前市面上的透水砖有着各种形状和颜色，通过一定形式的配合与拼接，并与周边绿化相结合，能够大大地丰富市政景观效果。

1.2 透水混凝土路面

透水混凝土路面是一种采用单一粒径粗骨料，并且控制水泥的用量以保证水泥浆刚好包裹粗骨料的大孔隙混凝土。透水混凝土的组成成分一般不含有细集料，则在其内部粗骨料之间形成了较大的空隙，因此具有良好的透水和透气性能。同传统混凝土路面比较而言，透水性混凝土不仅能够及时排走路面积水，还能优化调节城市热循环和降低路面车辆噪音。

1.3 透水沥青混凝土

透水沥青混凝土是属于开级配沥青混合料的一种，其采用较大用量的单一粒径粗集料制成，一般细集料含量较少。透水沥青混凝土一般只在道路面层采用透水沥青材料，底层仍是普通不透水沥青混凝土，铺筑前会在底层路面两侧增加排水暗管，雨水经过透水沥青混凝土面层后又由底面层横流入到道路两旁的暗管中，进而统一排入到蓄水池或者城市排水管网中。在实际施工当中要控制好底层路面的横坡坡度，确保透水沥青混凝土路面面层间渗水能够及时排走，避免长期的层间水存在而导致道路的破损。

2 市政道路路面透水性能实验

城市道路路面结构的透水特性通过其渗透性表示，充分认识并有效确定路面结构的渗透性是成功应用的关键。渗透系数是透水路面渗透性最重要的指标之一[3]，目前，定水头法和变水头法是测量透水性路面渗透系数的主要方法。定水头法主要适用于渗透系数较大的渗透材料，而变水头法适用于渗透性较小材料的测量。此外由于实施条件的限制，变水头法通常适用于现场渗透材料的渗透系数测定，定水头法则只能适用于室内的渗透材料测量。并且，两种测量方法均以材料承受一定水压下进行渗透性能实验。

2.1 测试点的选择

本文选取了成都市早期至最新建造使用的典型透水性铺装路面，包括透水砖铺面的公园步行道、现浇混凝土铺面的人行道路和透水沥青混凝土铺筑的车干道，主要分布于高新区桂溪生态公园、天府新区兴隆湖生态公园、温江区光华大道、青羊区东城根下街、锦江区东大街等。各测试点的透水性路面铺装材料类型见表1。

2.2 试验方法

2.2.1 透水混凝土渗水实验

随机选择路面较为平整均匀路段进行渗水试验，渗水区域直径为13cm，面积约为132.7cm2，在试验路段上选取5组试验点，选取的点位依次编号，并用粉笔打上标记。实验前应先用扫把将路面灰尘杂物打扫干净，以防杂物堵塞空隙进而影响水的渗入以及影响渗水仪器的密封，具体实验步骤如下：

表1 各测试点透水铺装类型

(1)选择需要进行渗透实验位置，将胶环放置于测试点中央，并在胶环的外侧和内侧分别用粉笔画圈做标记，后用密封材料在内外两圈所包含区域内进行密封。一般选取表面较为均匀且平整的地方进行渗水试验。

(2)使用密封材料对环状区域进行密封，密封材料不能进入内圈，若不小心进入用刮刀将密封材料刮除，将渗水仪器底圈用油泥包裹，以防止在渗水时水从仪器底部与路面接触面的缝隙漏出。

(3)关闭开关，并向量筒中注入水，注满后打开开关，使渗水仪器底部空气随水的下流排出，在水面下降速度明显减慢时轻压渗水仪，确保底部空气全部排出，而后再次关闭开关，并第二次向量筒内注水，直至注满。

(4)秒表计时就位，打开渗水仪开关，水面降至100mL时，立刻启动秒表，开始计时，每60s读数量筒一次，直至水面下降到500mL刻度停止计时，并计入时间数据。在渗水试验过程中，若底部与密封材料间有水渗出，则测试无效，应重新选择干燥路面重新试验；若水面下降较慢，在测定时间到达3min时量筒尚未下降至500mL刻度值，则读取3min时水面刻度；若水面下降到一定高度后基本不动，则该点透水性能极差或不透水，应注明。

2.2.2 透水砖渗水试验

在试验路段随机选取5个实验位置，以相同的水量测试不同点的渗水情况，不同渗水点的位置依次编号，用粉笔画圈，清理表面杂物，具体操作步骤如下：

(1)制作1m×1m×0.1m木框，作为测试区域的汇水面积挡板，并选取平整度较好的路面，将木框用密封材料固定在选取的区域，并且用密封材料间透水砖和木框连接边缘四周的缝隙密封好，保证实验过程中不发生侧漏。

(2)对木框内进行注水，保证道路各个结构层都得到冲洗和浸润以及检验木框和透水砖的四周是否有漏水。

(3)因为透水砖的渗水面积较大，为确保试验准确性，结合实验实际情况，在台布上加一定量的水，由于水量较大，因此为防止在抽去台布的同时破坏边框或将水洒到渗水边框外，影响实验精度，故改为计算所需用水量，将计算好的用水量事先准备好并分别用桶储存，实验开始时，将水桶内的水迅速倒入木框内，这样可保证和抽取台布有共同的效果并具有抽取台布方法不具有的优点。注水时间即为实验开始时间。

(4)观察并记录木框范围内的水全部下渗需要的时间。

2.3 计算方法

透水性路面的渗水系数计算公式见式(1)，测量时以水面从100mL下降至500mL时所消耗时间为准，若下降时间过长，可采用3min通过的水量进行计算：

(1)

式中：K为透水性路面渗透系数，单位cm/s；V为量筒读数，单位mL；t1、t2为100mL至500mL下渗时间；A为水与测量路面的接触面积，单位m2。

2.4 实验结果对比分析

对选取的8个试验点依次进行渗透性测量试验，，其中每个测试点随机选取5处试位置进行试验并对照实验结果。1号点实验数据如表2所示，整理数据时发现，在同一测量点的人流量和车流量大致相同的情况下，随机选择的五处试验点的渗透系数并无明显的差异，因此去其平均值作为该测试点的渗透性实验结果，则其余测试点渗透系数如表3所示。

表2 1号测试点不同位置下渗水系数

表3 各测试点稳定后的渗透系数 cm/s

从表3可见，在选取的8个测试点均满足规范对透水面层渗透系数不小于0.01cm/s的要求，其中8号测试点锦江区东大街牛王庙中部的透水沥青混凝土铺装的渗透系数最大，其次是5号测试点南熏大道地铁站左侧的红色现浇透水混凝土铺面。2号、4号和6号现浇透水沥青混凝土中，2号桂溪湖生态公园渗透系数最低，相对于4号而言，使用时间较长，对于6号而言，使用频率较高以及人流量较大。在所调查的成都地区8处透水铺装中，建成年代有一定差距，6号测试点距今已使用3～4年时间，7号和8号才使用不到1年时间，透水路面的渗透性能差异较大。就整体情况分析而言，透水沥青混凝土路面好于现浇透水混凝土路面好于透水砖铺砌路面，其中渗透性能最好的是8号测试点的透水沥青混凝土路面，渗透系数为0.53cm/s；对于透水砖铺砌路面，渗透系数为0.011cm/s；现浇透水混凝土铺面中2号渗透性能最低。导致透水性路面实际渗透效果差的因素有很多，比如路面厚度、道路使用状况、路面空隙尺寸和大小、维护频率等。

3 市政透水性路面实际渗透能力的影响因素

3.1 透水性路面面层的渗透能力

依据相关规定要求，透水性路面面层的渗透系数不应小于0.01cm/s，面层空隙率不宜小于20 %。结合现场调研结果来看，实际投入使用一定时间的透水性路面的透水性能明显低于新铺筑的面层材料，本文所调查的高新区桂溪湖生态公园的面层材料与光华大道人行道相同，但就渗透系数相比较而言明显较低。而相比较于兴隆湖公园而言，虽然其建造使用时间更长，但由于所处地理位置的不同，人流量、车流量较低，使用频率也明显比桂溪湖生态公园低。说明透水性路面的使用时间、使用频率、后期维护都是影响其透水性能的重要因素。因此，在今后的透水路面设计规划中应参考规范要求，着重考虑透水路面的使用情况以及维护管理。按照规范要求合理避开灰尘和沉积物较多的位置。

3.2 透水性路面的基层材料

依据相关规定而言，透水性了路面的基层最好也采用透水性材料铺筑。而在具体的工程应用中，对于人行道、停车场、公园道路等路面的铺筑，全透式基层的透水性能明显优于半透式基层，全透式基层材料主要适用于渗水性能较好的土基，例如粉砂土、砂土等而半透式基层主要用于渗水性能较差的土基，如淤泥土质等。对于城市干道或者高速公路的透水性路面的铺筑而言，以透水沥青混凝土为面层的不透式基层路面应用最广，其中OGFC(又称开级配排水沥青路面)为此类型路面。如东城根下街和东大街的透水沥青混凝土路面，这种路面不仅具有良好的透水性能，而且借助路边排水管网设施以发挥更好的蓄渗排等效果。因此，透水性路面的设计施工必须严格按照规范要求铺筑路面基层。