排水性路面的環(huán)境效益淺析

摘 要 目前國內(nèi)公路施工中大都采用傳統(tǒng)密級配瀝青路面，然而密級配瀝青路面的性能決定了其易積水、噪音大、溫度高的負效應。為改善公路對環(huán)境的影響，使用排水性瀝青路面，與傳統(tǒng)密級配瀝青路面相比，其具有更好的環(huán)境效益。不僅能夠?qū)Τ鞘杏晁畯搅饔蟹e極的影響、有效降低路面噪音和減輕城市“熱島效應”，還具有凈化下滲雨水與實現(xiàn)更好的表面景觀的額外效益。

關(guān)鍵詞 排水性瀝青路面 雨水徑流 噪音 熱島效應 環(huán)境效益

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A

隨著我國道路交通流量的日益增大和車輛荷載的不斷提高，道路交通對路面的要求也越來越高。不僅要求道路具有良好的結(jié)構(gòu)強度，而且對道路的表面特征和環(huán)境效益也提出了較高的要求。2011年6月北京、武漢等大城市出現(xiàn)內(nèi)澇災害固然城市排水系統(tǒng)落后有關(guān)，越來越多的水泥瀝青用地也起到了一定的推波助瀾的作用。目前常用的瀝青路面，主要成分是傳統(tǒng)密級配瀝青混凝土，表面構(gòu)造深度小，因而雨天路標易積水，形成路表水膜，導致降水難以及時滲入地下。

在對排水性瀝青路面的研究和應用這一方面，國外位于前沿。歐洲將排水路面以及以排水路面為基礎的雙層排水路面作為降低交通噪聲的備選方案；美國多年來一直用OGFC作為高速公路的抗滑安全表層，日本更是研發(fā)出保水性、透水性、遮熱性鋪裝的道路施工模式。排水性瀝青路面因為其具有較粗的表面紋理、大空隙率的瀝青混凝土面層等因素，能將降雨期產(chǎn)生的路表水通過內(nèi)部的連通空隙排至路面結(jié)構(gòu)外，緩解路面的積水情況，因不形成水膜從而提高了了路面的抗滑性能。國內(nèi)對排水性路面技術(shù)的研究起步較晚，實踐經(jīng)驗較少，上海浦東北路、漢十高速部分路段等工程已采用排水性瀝青路面應用，運營至今，效果良好。

一、排水路面的基本結(jié)構(gòu)及排水原理

（一）基本結(jié)構(gòu)。

路面上面層采用大空隙的瀝青混凝土鋪裝，下面層采用不透水的瀝青混合料結(jié)構(gòu)層。

（二）排水原理。

表層雨水通過排水性瀝青混凝土鋪裝層快速下滲至其鋪裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部，然后沿不透水的瀝青混合料表面、順道路橫坡并通過結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)達的連通空隙排至路側(cè)，再通過路側(cè)排水設施進入雨水排水系統(tǒng)。

二、排水性瀝青路面的環(huán)境效益

（一）雨水徑流條件因素。

雨水徑流是以雨和雪的形式落在諸如街道、道路、房屋以及其他開發(fā)土地表面上的所有降水。目前道路面積已經(jīng)占了大城市30%—40%的面積，占有城市相當大比例的不透水表面，使得原來未開發(fā)土地的面排水模式轉(zhuǎn)變?yōu)殚_發(fā)后的點排水模式，通過路邊排水系統(tǒng)排走路表徑流，在已開發(fā)的大城市區(qū)域，表面徑流量是年總降水的50%左右，遠遠大于未開發(fā)條件下10%到30%的平均水平。由于城市排水系統(tǒng)的容量是有限的，當雨水強度超過排水系統(tǒng)的接受容量，或者由于排水系統(tǒng)的堵塞，則極易形成城市局部地區(qū)的洪澇。除此之外，傳統(tǒng)密級配路面造成下滲減少，影響地下水的補充；同時表面徑流量和徑流速率增加，峰值溪流數(shù)量更多，速度更快，加重了堤岸的腐蝕，河道亦更易發(fā)生變化，使得汛期防洪壓力增大。

在雨水徑流條件方面，使用排水性瀝青路面的主要作用包括削減徑流洪峰，減少路段小范圍積水以及避免城市內(nèi)澇，降低徑流溫度等方面。

排水性瀝青路面上的雨水除了表面流動形成徑流外，還存在向下的滲透，這使得徑流的發(fā)展相比不透水路面有了一定的滯后，而且由于不排水路面存在一定的蓄水空間，對徑流洪峰有一定的削弱。降落的雨水能夠及時的通過排水性瀝青路面發(fā)達的空隙排入地下或在空隙內(nèi)進行儲蓄，能有效的避免雨后道路局部積水及城市內(nèi)澇的產(chǎn)生。

（二）噪音環(huán)境的改善。

道路交通噪音是交通流中所有車輛產(chǎn)生的噪音排放的累積，車輛產(chǎn)生的噪音主要是車輛輪胎與道路表面相互作用的“輪胎—道路噪聲”。目前，降低城市交通噪聲的方法很多，最常用的有建立路邊隔聲墻、加寬綠化帶、改變路邊建筑物使用性質(zhì)、安裝隔聲窗等，各類方法的降噪效果和范圍如表1所示。

表1 不同形式的降噪效果和范圍

排水性瀝青以其開放的構(gòu)造能有效的防止噪聲的形成，內(nèi)部的空隙率阻止了輪胎—道路接觸區(qū)內(nèi)部高空氣壓力梯度的形成，產(chǎn)生聲吸收效應，使聲波在路面窄的空隙內(nèi)消散為熱量。如果聲音在道路表面和車下體之間多次反射，則每次反射都有聲能的損失，進一步降低噪聲等級。降噪方面最重要的參數(shù)是空隙率，在力學強度和耐久性要求條件下，空隙率越大，降噪效果越好。一般來說，排水性瀝青的空隙率范圍在20%—32%內(nèi)平衡，由于高空隙率的緣故，傳統(tǒng)路面上反射的輪胎一路面噪聲從源頭上得到了降低，同時傳動系噪聲也有適當程度的降低。上海試驗路段測試結(jié)果表明：在車速80下，測點與車流水平距離7.5時排水性瀝青路面比傳統(tǒng)密級配降噪3.4，效果明顯。

（三）城市熱島效應的緩解。

城市地區(qū)的溫度比周邊城郊地區(qū)明顯偏高的現(xiàn)象，稱為城市熱島效應。傳統(tǒng)路面被認為是城市熱島效應的貢獻因素之一，這是因為夏季其表面溫度將會超過60，儲存大量的熱量。在夜間，這些儲存在瀝青路面內(nèi)的熱量則會暖化空氣，升高城市溫度。研究表明：夏季溫度每上升0.6，大中城市的高峰用電負荷就增加，從而增加了年度能量費用以及加劇了與能量交換相關(guān)的影響。

排水性瀝青路面的使用能夠降低道路的表面溫度，抵抗溫度的上升。降溫的機理分為兩部分：一是雨后或人工灑水后晴天，水進入路面層，由于排水性瀝青路面的水平向滲透系數(shù)相對較小，并且部分空隙為非連通空隙，水分通過側(cè)向排出就顯得非常困難，因此一部分水分就保留在了路面結(jié)構(gòu)內(nèi)。隨著表面溫度升高，這部分水分蒸發(fā)，從而將熱量從路面帶走，類似于植被覆蓋的土地上由于植被蒸發(fā)而產(chǎn)生的溫度較低。干燥時，降溫機理可以概括為三點：(1)路面較大的空隙率帶來了較多的表面積，這限制了熱量向下層路面結(jié)構(gòu)的傳遞，將熱量截留在了鋪裝表面。路面空隙充當一個隔熱層的作用，可使中下層的最高溫度降低。(2)由于排水性瀝青路面層高的空隙率，使得固體吸熱物質(zhì)減少，促進整體蓄熱能力的下降，從而減少夜間熱量的釋放。(3)排水性瀝青路面具有發(fā)達的宏觀構(gòu)造與高的聯(lián)通空隙，上面層內(nèi)空隙結(jié)構(gòu)中存在的空氣可通過對流作用將所吸收的熱傳遞到空氣中。經(jīng)過以上因素的綜合作用，干燥環(huán)境下，排水瀝青路面的表面溫度比傳統(tǒng)密級配瀝青路面平均低。

三、結(jié)語

本文以排水性瀝青路面為研究對象，結(jié)合國內(nèi)外排水性瀝青路面的研究經(jīng)驗，與傳統(tǒng)密級配瀝青路面進行對比，驗證了排水性瀝青路面的優(yōu)越的環(huán)境效應。其中效果較突出的應是降噪。這是因為與普通密級配瀝青路面相比，干燥路面降噪可達，潮濕路面甚至可超過。的降噪量意味著降噪效果相當于車輛數(shù)減少一半，堪與隔音墻相媲美，而且它是源頭降噪，效果比隔音墻更徹底；徑流方面的作用是路面降雨的及時下滲使得地下水得以補充、徑流洪峰得以削減，同時能夠減少路段小范圍積水以及避免城市內(nèi)澇；溫度的作用，潮濕的路面則較為明顯。從環(huán)境效益角度出發(fā)，可排水性瀝青路面更為突出。因為它增擴了原有密級配路面所沒有的這些生態(tài)作用，還實現(xiàn)了雨水滲透的凈化的額外功能，突出了公路路面的生態(tài)美感。

（作者：楊晨，武漢大學港口海岸及治河工程專業(yè)本科生，研究方向：港口海岸及治河工程；崔正輝，武漢大學港口海岸及治河工程專業(yè)本科生，研究方向：港口海岸及治河工程）

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