浅析人行系统透水路面的应用

陈敏王建光戴欣
摘要：
城市发展地表硬化过程中，研究透水型路面在城市应用的可行性,具有一定的现实指导意义。本文主要阐述了人行透水路面的机理、适用条件及结构处理方案。
关键词：人行系统；透水路面；
0.前言
我国正处于城市化进程高速发展阶段，在城市人行系统中采用透水型路面能够涵养地下水并能改善生态系统，对于创建节能、环保型社会具有重要指导意义。
1、研究背景
济南虽为泉城，却是一个严重缺水的城市，历史上多次出现泉水停涌，有的地区甚至出现了吃水难的现象。充分利用雨水资源对济南地下水进行有效补充是应该研究的重要课题，另外，济南降雨水量多集中在夏季，其中汛期降水占全年降水量的77.4%。透水路面的使用可以缓解城市排水设施的负担。
根据《济南市城市总体规划》，2020年“一城、两区”建设用地规划为410平方公里，道路面积率为20%，即道路面积为82平方公里。人行道面积占道路面积的比例，根据《济南市城市总体规划》中的参考断面按20%考虑，人行道面积为16.4平方公里。如果将此考虑建设成透水路面，对地下水源的补充及城区排水是不容忽视的。这其中还不包括广场面积。
2、透水路面的特点
所谓透水路面，是道路结构本身存在一定空隙，能够允许水透过的路面结构形式。
透水路面可以增加城市透水、透气空间，改善城市生态环境，已经引起广泛关注和充分的重视。
研究资料显示，透水路面与硬化路面相比主要有以下特点。
（1）透水性道路能够还原地下水，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件，调整生态平衡，以利于城市生态、环保。
（2）集中降雨时，能减轻城市排水设施的负担，有利于城市防洪安全。
（3）透水路面表面一般比较粗糙，具有较大的孔隙率，并与土壤相通；能蓄积较多的热量，有利于调节城市空间的温度和湿度，减轻热岛现象；
（4）防止路面积水和夜间路面反光，提高了车辆、行人的通行安全性与舒适性；
（5）大量的孔隙能够吸收车辆行驶时产生的噪音，创造安静舒适的交通环境。
（6）大量的空隙能吸附城市污染物粉尘，减少扬尘污染。
（7）由于雨水直接渗入地下，利于城市绿化树木生长，改善环境。
3、人行系统透水路面的机理及应用
1）．机理
“透水路面”系指将透水良好、孔隙率高的材料运用于面层与基层，使雨水通过人工铺筑的多孔性路面，直接渗入土基土壤，一般用于人行、自行车、专用道路（或对机动车交通量有限制的道路系统），本文只讨论透水路面在人行系统中的应用。
透水路面能降低路面积水的机理不是使雨水立刻渗入地基，而是借助结构层良好的渗透性能将雨水暂时存储于路面结构内。经测算,透水地面砖每平方米能保存8～12升水。透水路面对积水的降低作用取决于其本身的渗透能力和存储能力，这些都依赖于结构的孔隙率和厚度，可以在保证承载力的前提下，通过调整各层的孔隙率和厚度来达到预期目标；储水能力设计过程中，降雨强度不大时，结构内部储水不多，地基的渗透能力不容忽视，强降雨时，地基渗透量可以忽略不计。所以，在大雨以上的降雨过程中，雨水在透水路面内是暂时存储，随后不断补给地下。
2）、适用条件
土基是雨水继续下渗的瓶颈，要想达到良好的整体渗透效果，土的渗透率是关键。透水路面所关注的是地表以下2 m内土的类型，要求土基就具有一定的渗透性能（透水系数一般不低于10-4 cm/s），且渗透面距离地下水位应大于1.0 m，同时还需满足整个结构层体系叠层渗透系数（15℃）≥1.0×10-2 cm/s，因为透水路面结构中如果某些结构层成为透水瓶颈就会影响到整个结构的透水效果，使透水路面变为渗水路面。所以，在保证土基渗透性能的同时还应保证各结构层透水性能的连续。
渗透系数＜1.0×10-6 cm/s或膨胀土等不良土基、在水源保护区，不宜修建透水人行道。软土（淤泥和淤泥质土）、未经处理的人工杂填土、湿陷性土、膨胀土等特殊土上不适合铺设透水路面。
美国透水路面使用经验表明，地基的透水系数量级不低于10－4 cm/s ，存储在基层内的水能在72h内完全入渗时，透水道路的耐久性和稳定性表现良好；英国有资料推荐：地基的透水系数大于3.5×10-4 cm/s且基层内的水能在72 h 内渗完。为提高耐久性能，设计过程应适当采用安全系数，比如透水系数2×10-3 cm/s的地基，设计时考虑按照1.0×10-3 cm/s设计等。
试验和资料都表明，塑性指数>10 的土，一方面由于其渗水效率差（一般低于1.0×10-6 cm/s），另一方面由于其在整体透水湿润后，强度明显降低，所以不宜在其上铺设透水路面。粉土（渗透系数不小于10-6 cm/s ）、粉砂、细砂及中粗砂、砾石透水效率依次增高，湿润后荷载下强度损失不大，适宜做透水道路结构土基。
3）、国内外透水路面的应用
　德国从上世纪60年代起在城市、乡村铺设透水性马路；随后美国和日本也对此作了很多研究并使用。日本在20世纪80年代初由建设省推行“雨水渗透计划”，透水性路面主要用于公园、停车场、运动场及城市道路，1996年初仅东京都一地就铺设透水性铺装495000m2，目前东京已经有8.3%的人行道采用了透水路面。近几年国内的许多城市人行道也都采用了透水路面，北京在2004年有5个示范区铺设透水路面，奥林匹克体育中心的道路也是采用透水路面结构。沈阳2005年底在“世博园”主入口广场及环保园等处铺设透水路面，美观、排雨、防滑。广州、南京、厦门等地的人行道也都先后采用了透水路面。
4、人行系统透水路面的应用方案及透水性能分析
1）、应用方案
透水路面结构层厚度计算主要考虑强度、透水储水能力、结构抗冻性能。透水路面由于其透水性，土基比一般道路土基含水量高，若保温厚度不够或保温性能不佳，可能导致冬季道路冻胀和春融季节承载力的降低。对于济南这样四季分明的城市而言，抗冻性能是保证透水路面结构强度的关键。
透水人行系统路面结构一般由面层、找平层、基层（含底基层）及垫层组成。面层的功能：直接承受荷载、透水、贮水、抗磨耗、抗滑；找平层的功能：透水、贮水、施工找平、连接面层与基层；基层的功能：主要承受荷载、透水、贮水；底基层及垫层的功能：防止渗入路床的水或地下水因毛细现象上升，缓解含水土基冻胀对路面结构整体稳定的影响，同时具有承载、透水作用。
通过国内现场实验研究，透水人行道路面结构（一）～（三）
适用于一般粘性土、砂性土等具有一定透水性的土基；透水人行道路面结构（四）适用于均匀密实的旧沉积土土基；透水人行道路面结构（五）、（六）适用于新填方土基或透水性能较差土基。

2）、透水性能分析
通过模型试验分析,所使用的结构中,级配碎石基层因孔隙率最大透水性能最好,无砂水泥混凝土基层次之,水泥稳定碎石基层最低。但就整体而言，六种结构都表现出良好的透水性能，均可满足70mm/h的降雨强度下表面不积水。
总之，透水路面仅追求各结构层的透水性能是远远不够的，还需要地基具有良好的渗透能力，良好的地基渗透能力提高渗透效率的同时，也能保证地基强度。
5、结束语
透水型路面在城市建设中日益受到重视，具有广阔的应用前景。设计及建设者应该树立科学发展观，成为城市环保的先行者。本文概括性分析了透水型路面应用条件及结构设计方案，分析研究还相当粗浅，具体运用时要结合当地的地质实际，加强土工试验，采用合理、经济的结构方案。
参考文献
［1］北京市透水人行道设计施工技术指南
［2］透水水泥混凝土路面技术规程