透水磚鋪裝在西長安街人行道翻建工程中的應用

李麗霞，王俊嶺，張雅君，馮萃敏，許 萍，李俊奇

(1.北京建筑大學 城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點實驗室，北京 100044; 2.北京鑫旺路橋建設有限公司，北京 101405)

透水磚鋪裝在西長安街人行道翻建工程中的應用

李麗霞1,2，王俊嶺1，張雅君1，馮萃敏1，許 萍1，李俊奇1

(1.北京建筑大學 城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點實驗室，北京 100044; 2.北京鑫旺路橋建設有限公司，北京 101405)

結合西長安街大修工程中透水磚鋪裝在人行道翻建工程的應用實例，對透水磚鋪裝翻建工程的結構層組合設計、透水材料選擇、施工技術要求、工程完工后的透水效果、結構強度進行了分析、研究和總結，并與傳統(tǒng)步道磚進行了施工成本對比分析。為人行道翻建使用透水磚鋪裝改造工程提供經(jīng)驗和借鑒，同時促進在海綿城市建設中透水鋪裝技術的應用與推廣。

人行道；透水磚；西長安街；改造

0 引言

2014年10月，住房城鄉(xiāng)建設部出臺了《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建》(試行)[1]，指南中提出要充分發(fā)揮城市綠地、道路、水系等對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，使城市開發(fā)建設后的水文特征接近開發(fā)前，有效緩解城市內澇、削減城市徑流污染負荷、節(jié)約水資源、保護和改善城市生態(tài)環(huán)境。其中，透水磚鋪裝技術在道路工程中的應用是建設海綿城市的一項重要技術措施。對其應用效果及特性[2]進行研究并改進有助于推動城市雨水的治理。

近年來，在人行道翻建工程中大量使用了透水磚，但透水的效果參差不齊，總結其原因，其中90%的原因是基層的不透水，10%為透水磚不符合透水要求。基層不透水的表現(xiàn)形式主要為[3]：①拆除原舊磚后，基層稍作平整后即在其上鋪設透水磚；②拆除舊磚和基層后，在基層處鋪設普通混凝土或其他不透水材料，在其上鋪設透水磚。這兩種結構均未考慮基層的透水性[4]，不能體現(xiàn)透水鋪裝“透水”的真正作用。同時，因透水磚透過的雨水不能及時滲透，基層被水浸泡后強度降低，且在冬季低溫時易發(fā)生凍融破壞，春季春融翻漿等，導致透水磚鋪裝的使用壽命大大縮減。

鑒于此，在西長安街大修工程中，對人行道翻建工程提出了從面層到基層都采用透水結構，以期達到涵養(yǎng)地下水，改善生態(tài)環(huán)境的目的。本文對西長安街透水性人行道翻建工程從結構設計到透水材料選擇、工程技術要求、工程效果以及施工成本等方面進行了總結，論述了改造施工過程中的重點與難點，為以后的人行道翻建成透水鋪裝工程提供一些借鑒和經(jīng)驗。

1 工程概況

長安街是北京東西向的軸線，西起石景山區(qū)，東至通州區(qū)，道路全長40.4 km，擔負著首都政治、經(jīng)濟、文化以及外事活動服務的重要功能。2014年為做好APEC峰會的交通保障工作，啟動了西長安街大修工程，范圍為五棵松～南禮士路，工程總長6.89 km，見圖1。在本次大修工程中，始終堅持“生態(tài)、環(huán)保、和諧、可持續(xù)性發(fā)展”的設計施工理念，為增加城市透水、透氣空間，改善城市生態(tài)環(huán)境，其中人行道翻建工程全部采用了環(huán)保型透水磚[5]結構。

圖1 本工程施工區(qū)段

2 透水性人行道結構層設計

透水性人行道結構在滿足行人通行承載力的前提下，還應滿足透水、儲水的功能，同時還要滿足抗凍性要求。因此，西長安街透水性人行道的路面結構類型根據(jù)其沿線的土基承載能力、均勻性，地下水的分布以及凍脹情況等因素進行綜合分析，從而確定其結構類型。

2.1 結構層總厚度

根據(jù)《北京城市雨洪利用技術導則》的規(guī)定，透水地面的最低設計標準應達到2 a一遇的暴雨強度下，持續(xù)降雨60 min人行道表面不產(chǎn)生徑流。同時，根據(jù)《北京市透水人行道設計施工技術指南》的規(guī)定，透水性人行道在保水7 d后的路面結構整體承載能力還應滿足人群荷載設計的要求，即≥5 kPa；透水性人行道下的土基滲透系數(shù)應不小于1.0×10-4cm/s，且滲透面距離地下水應大于1.0 m；透水磚、透水基層的有效孔隙率應不小于15%，滲透系數(shù)不小于1.0×10-2cm/s。根據(jù)“技術指南”給出的路面結構層總厚度計算公式，同時考慮北京地區(qū)的降雨強度、降雨持續(xù)時間、土基平均滲透系數(shù)及結構層平均有效孔隙率，確定西長安街人行道翻建工程的結構厚度為39 cm。

2.2 抗凍厚度驗算

透水性人行道因其透水性的特點，土基含水量較一般道路高，若保溫厚度不夠或性能不佳，道路會因基層冬季凍脹和春季春融導致道路的承載力降低，從而減少道路的使用壽命。因此，對道路結構層的抗凍厚度核算是十分必要的。綜合考慮北京地區(qū)的季節(jié)性、土基潮濕類型、道路寬度、路面材料及基層混合料的物理性能，經(jīng)測算，確定北京地區(qū)路面抗凍最小厚度為35 cm左右[4]。

2.3 結構層組合設計

綜合考慮道路承載能力、透水、儲水能力及抗凍性的要求，西長安街透水性人行道翻建設計結構層總厚度為39 cm，結構如表1所示。

表1 透水磚鋪裝結構

透水人行道施工前應調查地下管線的分布情況，對于有防水要求的管線需提前做好防護設施；對于特殊部位，如井蓋、樹池、交通設施基礎等障礙物周邊，不能鋪裝整塊透水磚的，可進行切割；若實在不能鋪設透水磚的部位，則可用混凝土進行澆筑，表面按磚縫進行修整。

3 材料與施工要求

3.1 面層

透水磚應具備高透水性，同時還要具備一定的承載力、抗磨耗性、保水性及抗凍性，其各項性能指標應符合《城市道路混凝土路面磚》(DB11/T 52-2003)和《透水磚》(JC/T 945-2005)的規(guī)定。西長安街透水性人行道選用的是25 cm×50 cm×7 cm的水泥混凝土透水磚。經(jīng)檢測，產(chǎn)品的平均孔隙率大于15%，透水系數(shù)(15 ℃)不小于1.0×10-2cm/s，抗壓強度等級為Cc50，磨坑長度小于35 mm，保水性大于0.6 g/cm，經(jīng)過25次凍融循環(huán)后抗壓強度損失率小于20%，完全滿足透水及強度等方面的要求。

透水磚在鋪設前應布設高程控制網(wǎng)，嚴格按控制網(wǎng)高程進行鋪設；鋪設過程中，應根據(jù)控制網(wǎng)邊線和標準縫寬計算鋪設樣板磚，鋪設時從緣石側向外按設計坡度進行施工，且不得在新鋪設的磚面上拌和砂漿或堆放材料；鋪設過程中要隨時檢查透水磚安裝是否牢固平整，坡度、縫寬、縱橫縫直順度是否符合設計要求等。

3.2 找平層

找平層作為面層和基層之間的連接層，需要為面層形成緊密嵌鎖結構提供基礎條件。因此，其所用材料水、水泥、砂的質量均應符合規(guī)范設計要求，且保證其混合物在施工過程中的“干硬性”。

本工程實驗表明，水泥與砂的質量比在1∶5～1∶7時，其黏結力和透水性能達到最佳。因此，西長安街透水性人行道確定采用質量比為1∶5的“干硬性”水泥中砂找平層，厚度為2 cm。施工過程中需保證找平層的平整，坡度符合設計要求。

3.3 基層

基層是整個道路結構的承重層和暫時儲水層，因此，其材料必須滿足承載能力、水穩(wěn)定性和儲水能力的要求。規(guī)范規(guī)定[6]透水水泥混凝土強度指標R7≥15.0 MPa，有效孔隙率不小于15%；配比范圍水灰比0.38左右，水泥用量245～270 kg/m3，碎石用量1 600 kg/m3；集料壓碎值不大于26%，顆粒含量不大于7%。施工過程中，要保證透水水泥混凝土滿足設計要求的同時還要滿足透水性；攤鋪時，厚度小于20 cm可一次攤鋪，超過則需分層攤鋪，同時還要考慮壓實預留高度；振搗時間不宜超過10 s，嚴禁漏振過振；澆筑完成后要及時養(yǎng)護，一般不少于7 d；當透水混凝土基層大面積施工時，還要設置縱橫溫度縫和施工縫，間距5.5～10 m，板縫正交設置，板塊不宜出現(xiàn)銳角，縫寬5～10 mm[7]。

3.4 土基

土基是透水磚人行道的最下層，其穩(wěn)定性直接影響結構穩(wěn)定性，因此其滲透系數(shù)和強度以及浸水后的承載力是必須考慮的。規(guī)范規(guī)定[6]：透水性人行道下的土基滲透系數(shù)應不小于1.0×10-4cm/s，且滲透面距離地下水位應大于1.0 m。土基必須密實、均勻、穩(wěn)定，同時其頂面壓實度應達到90%(重型壓實標準)，同時為保證滲透性，不宜超過93%，且在浸水飽和后，回彈模量應不小于15 MPa。施工時要檢測土基的高度、寬度、縱橫坡度、壓實度及平整度，遇有特殊土質的土基，需按設計要求進行處理。

4 試驗

4.1 現(xiàn)場滲水試驗

滲水性能試驗是為了檢測步道表面的雨水快速下滲的效果，為了驗證本工程人行道結構的滲水性能，特在試驗段上選取了3個不同部位進行了現(xiàn)場滲水測試。試驗方法參考徐軍等在《透水性人行道的應用試驗研究》[8]中的方法，其滲水效果滿足要求，當人行道表面磚開始積水時，共加水68 L，耗時53 min，相當于降雨強度77 mm/h。

根據(jù)《北京城市雨洪利用技術導則》的規(guī)定，透水地面的最低設計標準為：2 a一遇60 min暴雨不產(chǎn)生徑流。依據(jù)《給水、排水設計手冊》中北京市城市暴雨強度公式[9]，結合北京地區(qū)實際降雨情況，綜合考慮得出北京地區(qū)2 a一遇60 min降雨的強度為60 mm/h。進行3次試驗的結果分別為77、78、78 mm/h，結果均滿足北京地區(qū)暴雨不產(chǎn)生徑流的標準，因此其結構滿足透水性使用要求。

4.2 強度試驗

人行道結構在滿足透水性要求的同時，結構強度也要求滿足設計要求[10]。通過對人行道路面結構進行4次滲水試驗，并在每次滲水試驗后用彎沉儀進行檢測，其結果顯示透水性人行道路面結構整體強度隨著滲水試驗次數(shù)的增加而下降，最后的強度與普通人行道路面結構的整體強度相差不大。

4.3 效果

西長安街透水性人行道通行以來，面層透水磚平整、穩(wěn)固，經(jīng)過雨季雨水的沖刷和下滲，冬季雪水的凍脹和熔融，未出現(xiàn)錯臺、積泥等病害。在降雨天氣，表面基本無積水，極大提高了沿線居民雨天步行的舒適性和安全性。

5 建設成本

參考2014年北京市造價信息價格進行對比分析透水性人行道與傳統(tǒng)人行道的建設成本。經(jīng)計算透水人行步道綜合單價為184.28元/m2，而傳統(tǒng)人行步道綜合單價為182.15元/m2。由此可知，透水性人行步道與傳統(tǒng)人行步道在施工成本上相差不大，但其帶來的環(huán)境效益卻是十分可觀的。

6 結論及建議

1)人行道翻建成透水磚鋪裝過程中，要做到從面層到土基都應讓雨水滲透，而不僅僅是指透水磚這一面層透水，尤其是對于不透水的基層一定要進行拆除，清理至土基后再進行透水基層的施工。

2)要選取適合工程所在地環(huán)境的透水磚，保證其透水功能可以充分發(fā)揮并持久保持，且產(chǎn)品一定要是正規(guī)企業(yè)生產(chǎn)，滿足相關規(guī)范要求，嚴格執(zhí)行主材進場驗收的程序，按規(guī)范要求的數(shù)量進行送檢，嚴禁選用不合格的產(chǎn)品。

3)施工完成后，要進行透水性、結構強度等相關試驗，全部滿足試驗要求后才能進行工程驗收，并在后期使用過程中進行跟蹤維護。

4)透水人行道結構的選用應根據(jù)所處地區(qū)、土基情況綜合分析選用，在滿足透水效果的同時還要兼顧經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

5)透水人行道的透水磚質量、結構設計及鋪裝施工技術直接影響了其透水的效果及使用年限，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有一些產(chǎn)品質量、設計、施工技術及后期維護的規(guī)范規(guī)程，但如透水磚強度、孔隙堵塞、路基結構、路基和墊層集水性能、人行道的結構強度等問題仍需進一步的完善。

[1] 住房城鄉(xiāng)建設部. 海綿城市建設技術指南(低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建(試行))[Z].2014. [2] 王丹綺,王隆昌.人行道透水性鋪面之效果評估——以臺北市北安路為例[J].重慶建筑大學學報,2010,32(2):71-77. [3] 張玉輕,付裕,韓可率,等.透水性人行道在阜石路工程中的設計應用研究[J].市政技術，2009,27(4)：329-331,335. [4] 北京市路政局.北京市透水人行道設計施工技術指南[Z].2007. [5] 楊興蓮.淺談人行道環(huán)保透水磚在市政道路工程設計中的應用[J].民營科技,2013(3)：255.

[6] DB11/T 686-2009,透水磚路面施工與驗收規(guī)程[S].

[7] 邢鳳霞,謝永和.透水性人行道施工控制[J].市政技術,2008,26(6):329-331. [8] 徐軍,李曉磊,劉毅,等.透水性人行道的應用試驗研究[J].上海公路,2007(2):10-11,16. [9] 北京市市政設計院.給水排水設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986. [10] 龍莉,李東,葛偉,等.透水性人行道應用技術研究[J].城市道橋與防洪,2009,1(1):67-70.

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