高效渗透路面在海绵城市中的应用

杨锡江 黎玺克

(1.湖北省城建设计院股份有限公司深圳分公司，广东 深圳 518101；2.甘肃铁道综合工程勘察院有限公司，甘肃 兰州 730000)

海绵城市的提出，是为了有效提高城市吸收及存水的能力，在降雨量低的时候可以利用土壤中净化储存的雨水。为了满足海绵城市的建设要求，而对混凝土路面结构提出一定的渗透性要求，路面结构应具备连续孔隙构造。在我国，高效渗透路面的建设属于海绵城市建设的重要组成部分，但由于对其设计方法和施工工艺仍然不尽完善，有待进一步研究。本文依托具体工程项目，分析了高效渗透路面的结构组合设计和降雨的渗流过程。

一、工程概况

丰子河路项目位于江苏省南京市江北新区，是江北新区干线路网的重要组成部分。该项目路线起于丰子河路与西江路交叉口，自北向南布设，沿途与京沪高铁及三桥连接线立体交叉，终于丰子河路与桥林大道交叉口，路线全长约13.25km。根据钻探揭示、原位测试及室内土工试验综合分析，场地地层如下。

①2素填土（Q4ml）呈灰色、灰黄色，湿润饱和，主要由软可塑状粉质粘土夹含植物根茎组成。该层结构较松散，土质不均匀，主要为耕植土，层底深度0.30m～3.80m，层厚0.30m～3.80m。

②1粉质黏土（Q4 al）呈黄褐色、褐黄色，饱和，可塑，局部软塑，中压缩性，切面有光泽，干强度、韧性中等，为新近沉积地层。

②3a粉砂（Q4al）呈灰色，饱和，稍密，中偏低压缩性，主要成份包括岩屑、石英、云母，颗粒级配良好。夹薄层状粉土，小单层厚2mm～3mm，分布不均，局部富集。层底深度4.50m～14.90m，层厚1.00m～5.50m。[fa0]=80kPa，qik=20kPa。

③1粉砂夹粉土（Q4al）呈灰色，饱和，稍密，中偏低压缩性，主要成份包括岩屑、石英、云母，颗粒级配良好。夹薄层状粉土，小单层厚2mm～3mm，分布不均，局部富集。层底深度10.00m～22.80m，层厚1.00m～10.30m。[fa0]=100kPa，qik=30kPa。

地下水水位埋深0.50m～1.0m左右，勘探期间测得浅层地下水稳定水位标高5.50m～6.00m左右。水位变化主要受大气降水和长江水位的影响，年水位变幅一般在0.5m～1.0m之间。

二、高效渗透路面的结构组合设计及渗流过程分析

高效渗透路面结构设计应考虑路面结构和透水性能的使用年限，透水道路路基应具备一定强度和结构稳定性。同时，作为路面结构的承载层，其在荷载作用下应具备一定的抗变形能力，满足刚度要求。为满足路面的排水要求，将路基横断面设置1%～2%的道路横坡，路面结构的横坡月路基横坡保持一致。一般来说，高效渗透路面的结构依次为高渗透混凝土路面、水泥混凝土基层和稳定土基层，路基结构如图1所示。其中，稳定土基层一般为级配碎石，厚度应大于200mm，面层的混凝土等级应不小C20混凝，厚度不小于15cm。在路面纵向4m设一道纵缝，横向5m设置一道横缝。

图1 高效渗透路面结构示意图

三、高效渗透路面渗流过程分析

在混凝土结构路面设计中，降雨入渗过程需重点分析。降雨入渗会引发路基结构的竖向位移增加，造成土壤孔隙水压力的变化，对路面结构造成一定的饱和挤胀作用，进而引起高效混凝土路面结构强度降低。采用有限元分析模拟的方法，得到高效渗透路基路面各层的孔隙水压力变化，如图2所示。在时间t=2.0s时，路基土的孔隙水压力上升，且土体竖向具有一定的变形位移，而在t=2.1s时，土体孔隙水压力逐渐恢复，可以认为土体基本排水完成。

图2 不同时间孔隙水压力比变化切片

图3 各层孔隙水压力变化曲线

各层孔隙水压力变化曲线，如图3所示。在一定降雨条件下，作用位置中心混凝土路面结构层孔隙水压力的变化。由图3可知，从自然降雨开始至排水结束，历时约2.5s，因此在高效渗透路面混凝土的设计中，可以考虑的雨水滞留时间为2.5s。

四、结论

本文依托丰子河路道路工程项目，介绍了基本地质和水文地质情况，分析了高效渗透路面的结构组合设计及渗流过程。路基路面结构采用高效渗透混凝土路面，强度应不小于C20，厚度不小于15cm，稳定层采用20cm厚碎石基层，并纵横向设置缝隙。降水入渗时，高效渗透路面的雨水滞留时间约为2.5s，排水效果良好。