“海绵城市”理念下的透水砖铺装透水性与结构承载力分析

李明松 龙维珍

摘 要：城市道路透水铺装作为“海绵城市”理念的重要举措之一，得到广泛应用。文章通过对全透型与半透型透水砖铺装结构组合设计进行对比分析，并结合承载力情况等相关指标，进一步探讨与分析了海绵城市理念下的透水砖铺装的透水性与结构承载力，分析结果表明：全透型透水砖铺装与半透型透水砖铺装的透水性基本相同，但在承载力方面，半透型透水砖铺装明显优于全透型透水砖铺装。

关键词：海绵城市;全透型;半透型;透水砖铺砖;透水性;结构承载力

中图分类号：TU992 文献标识码：A

0 前言

近年来，我国社会经济步入了高速发展阶段，工业化建设规模不断扩大，城市热岛效应不断增加，城市内涝问题不断加重，严重困扰城市的发展。为了有效减轻城市热岛效应、城市内涝对人们生活产生的影响，就必须要从源头上入手，节约利用水资源，减轻径流污染负荷，从而有效改善与维护城市的生态环境。随着“海绵城市”理念的快速发展与推广，“海绵城市”受到了社会各界的广泛重视，各级区域大力开展“海绵城市”建设。

1 透水铺装

透水铺装是“海绵城市”建设的重要内容，被广泛运用于大型广场、小区道路、人行道以及非机动车道当中，其主要采用面层吸水、基层下渗、底基层排水、地下储水等多样化手段[1]，从而最终实现水资源的循环再利用。透水铺装结构由上到下主要由面层、找平层、基层以及垫层等组成，从面层材料讲，透水铺装可以分为透水磚铺装、透水水泥混凝土铺装以及透水沥青混合料铺装，其中，透水砖铺装以造价较低、施工速度快，受到广泛应用。从基层材料讲，透水铺装又可分为半透型与全透型两种，两种类型的区别在于基层是否透水。文章通过对“海绵城市”建设过程中常见的两种典型的不同类型透水砖铺装结构进行对比分析。

1.1 全透型

全透型透水铺装的核心为基层具有透水性，地表径流的雨水通过透水砖、透水基层、透水垫层后直接进入到土基之中补给地下水。常见的全透型人行道结构如图1所示。

素土夯实（回弹模量≥30 MPa，6 cm透水砖、5 cm中砂、30 cm级配碎石）

1.2 半透型

半透型透水铺装是指基层无

透水功能，地表径流会经过面层与基层表面，沿基层表面流入到市政雨水收集系统当中。如某市道路人行道面层主要采用的便是透水砼路面，常见的半透型人行道结构如右图2所示。

素土夯实（回弹模量≥30 MPa，6 cm透水砖、5 cm水泥中砂干拌、15 cm水稳+15 cm级配）

2 “海绵城市”理念下透水砖铺装的透水性与结构承载力分析

2.1 透水砖铺装结构组合设计

透水砖铺装主要由面层、找平层、基层以及垫层等部分组成。

（1）透水砖面层。透水砖主要性能包括抗压强度、抗折破坏荷载、耐磨性、保水性、透水系数、抗冻性等。当透水砖的边长/厚度≥5时，其抗折破坏荷载应不小于6 000 N;磨坑长度不大于35 mm;保水性不小于0.6 g/cm2透水系数（15℃）≥1.0×10-2 cm/s。（2）找平层。找平层位于透水砖面层与基层之间，可采用中砂、粗砂或干硬性水泥砂浆。（3）基层。根据结构强度，基层类型可包括刚性基层、半刚性基层和柔性基层;根据透水性状况，可将其分为全透型与半透型两种。透水砖铺装结构应设置柔性基层，以利于调节含水量变化导致路基变形[2]。（4）垫层。当透水砖路面土基为黏性土时，宜设置垫层。当土基为砂性土或底基层为级配碎石、砾石时，可不设置垫层。（5）土基。土基应稳定、密实、均质，应具有足够的强度、稳定性、抗变形能力和耐久性。

2.2 透水砖铺装的透水性分析

韩天宇对不同的透水铺装面层及基层的进行透水试验，得出：

（1）透水能力较弱的结构层在一定程度上决定整个组合层渗透能力的上限。（2）因基层透水能力远高于面层，在面层相同的情况下，基层的选择对整个透水铺装结构的渗透能力影响较小，透水性水泥稳定碎石为基层，其排水能力仅略优于透水混凝土基层。（3）整体组合层的渗透系数主要受面层材料及整体结构厚度的影响，为提高整体结构的渗透系数，应采用较高渗透系数的材料为面层，并可适当减小面层与找平层的厚度[3]。

王贯明为研究不同基层的透水能力，分别对透水砖面层+找平层+级配碎石基层+垫层结构（结构1）、透水砖面层+找平层+水稳基层+级配碎石底基层+垫层结构（结构2）、透水砖面层+找平层+无砂混凝土基层+级配碎石底基层+垫层结构（结构3）进行透水试验，试验结果表明，三种结构的透水性良好，其中结构1透水性>结构2透水性>结构3透水性，但三者透水性能差别不大[4]。

路俊杰选择5段不同年份铺装的透水砖路面进行现场透水率测试，发现随着年份越久，透水砖路面的透水性越差，当透水砖辅道到一定年限后，如果养护不善，不经常进行清洗，其透水性几乎为0[5]。

综上所述，因透水砖面层的透水系数比基层的透水系数低，采用透水砖铺装的透水路面，其透水性主要取决于透水砖的透水，而不是基层的透水性，随着年份的增长，透水砖路面的透水性会越来越差，直至为0。

2.3 透水砖铺装结构承载力分析

（1）计算依据。根据透水砖路面技术规程规定，设计轻型荷载的透水砖路面可采用汽车标准轴载Bzz40、机动车交通量不大于200 veh/d的标准;普通人行道（无停车）可采用5 kN/m2的荷载标准。当按荷载强度确定透水砖路面结构时，可采用等效厚度法计算;根据材料不同，应按沥青路面或水泥混凝土路面设计方法做修正计算。对半刚性基层和柔性基层的透水砖路面，应采用沥青路面设计方法，应以设计弯沉值为路面整体强度的设计指标，并应核算基层的弯拉应力。本文所采用的全透型或半透型透水砖铺装结构均为半刚性基层或柔性基层，因此本文采用沥青路面设计方法来进行透水砖铺砖承载力分析。

（2）材料参数。参照《透水砖路面（地面）设计与施工技术规程》相关规定及陆津津所选取的透水砖结构设计材料参数[6]，本项目各结构层材料设计参数如下：

（3）结构计算与分析。采用汽车标准轴载Bzz40、机动车交通量200 veh/d的标准进行荷载计算，结构使用年限为8年，以级配碎石基层为计算层，通过沥青路面计算软件进行计算。其计算结果如下：

全透型透水砖铺装结构：

按设计弯沉值计算设计层厚度：

LD=60.76（0.01 mm）H（4）=700 mm

LS=61.04（0.01 mm）   H（4）=750 mm

LS=58.78（0.01 mm） H（4）=706 mm（仅考虑弯沉）

按容许拉应力计算设计层厚度：

路面设计层厚度：

H（4）=706 mm（仅考虑弯沉）

H（4）=706 mm（同时考虑弯沉和拉应力）

半透型透水砖铺装结构：

按设计弯沉值计算设计层厚度：

LD=60.76（0.01 mm）

H（5）=100 mm LS= 53.58（0.01 mm）

由于设计层厚度 H（5）=Hmin时LS<=LD，故弯沉计算已满足要求。

H（5）=100 mm（仅考虑弯沉）

按容许拉应力计算设计层厚度：

路面设计层厚度：

H（5）=100 mm（仅考虑弯沉）

H（5）=103 mm（同时考虑弯沉和拉应力）

通过计算得出，当达到使用年限时，全透型透水砖铺装的级配碎石基层厚度需要71 cm，而半透型透水砖铺装的级配碎石基层厚度需要11 cm即可。因此，若透水砖铺装有停车需求的，应尽可能采用半透水砖路面。

3 结束语

本文通过对全透型透水砖铺装和半透型透水砖铺装的透水性与承载力进行分析，得出半透型透水砖铺装与全透型透水砖铺装在透水性方面基本相同，但在承载力方面，半透型透水砖铺装的承载力明显优于全透型透水砖铺装。因此，在有承载力需求的前提下，应尽可能的选用半透型透水砖铺装。

参考文献：

[1]何鑫，曹霞，张欣红，等.浅谈透水人行道结构的设计及工程应用[J].城市道桥与防洪，2008（2）：1-4.

[2]吴涛.透水砖铺装地面垫层结构对城市雨水入渗过程的影响分析[J].城市建设理论研究（电子版），2012（29）：1-5.

[3]韩天宇，季天一，聂浩，等.结构组合对透水人行道透水性能的影响[J].建筑节能，2020（1）：108-110.

[4]王贯明，王光明，张爱江.透水性人行道結构的试验研究及分析[J].特种结构，2010（4）：81-84.

[5]路俊杰.透水砖路面应用存在的问题及对策[J].中国市政工程，2018（2）：16-18.

[6]陆津津.城市道路透水人行道结构设计[J].城市建设理论研究（电子版），2013（17）：1-6.