城市道路中海綿路面技術(shù)的應(yīng)用與研究

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摘要：城市道路中使用海綿路面能夠調(diào)節(jié)城市的生態(tài)氣候，表現(xiàn)出了非常多的優(yōu)勢(shì)，因此在我國很多城市中得到了推廣應(yīng)用。我們首先研究了海綿路面技術(shù)的重要意義，然后從不同層面深入研究分析了海綿路面的透水性能，最后結(jié)合具體案例簡(jiǎn)要闡述了海綿路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)。以期本文的研究能夠促進(jìn)海綿路面技術(shù)在城市道路建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：城市道路;海綿路面;透水性;貯水能力

隨著社會(huì)的發(fā)展，海綿城市理念已經(jīng)逐漸得到人們的認(rèn)可，海綿城市在應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和環(huán)境變化時(shí)具有更好的環(huán)境適應(yīng)性。比如基于海綿城市的理念建設(shè)繁榮城市道路路面，就像海綿一樣，在遇到下雨天氣時(shí)，路面能夠快速的滲透雨水并對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)和凈化[1]。最近幾年以來我國很多大城市都出現(xiàn)了嚴(yán)重的內(nèi)澇問題，這與排水系統(tǒng)的落后建設(shè)狀態(tài)存在直接關(guān)系，同時(shí)還與城市道路路面的施工技術(shù)存在密切關(guān)系。而通過建設(shè)海綿透水性路面能夠有效吸收、收集和凈化雨水，從而在一定程度上緩解城市內(nèi)澇問題。大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，建設(shè)海綿透水性路面可以有效解決暴雨導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)洪峰流量過大而引起的城市排水系統(tǒng)失效問題[2]。同時(shí)海綿透水性路面還可以對(duì)雨水進(jìn)行收集從而有效解決城市缺水問題。本文重點(diǎn)分析了城市道路中海綿路面技術(shù)的應(yīng)用情況。

一、研究海綿路面技術(shù)的重要意義

近年來我國城市化進(jìn)程得到快速推進(jìn)，城市中建設(shè)的建筑物、廣場(chǎng)等設(shè)施越來越密集，而這些建筑物或者設(shè)施所占據(jù)的區(qū)域通常都是無法透水的，導(dǎo)致城市中可透水的區(qū)域面積逐漸降低。在這種情況下一旦遇到大暴雨，短時(shí)間內(nèi)積累的大量雨水如果無法通過地面滲透就會(huì)引起城市內(nèi)澇問題。此外地面滲透性降低使得地下水無法得到有效補(bǔ)充。在城市化進(jìn)程中，道路工程作為基礎(chǔ)設(shè)施得到了大面積的建設(shè)，但傳統(tǒng)的道路路面比較堅(jiān)硬不具備透氣性和透水性，即非海綿路面。這種路面雖然給人們的出行帶來了一些方便，但是不利于城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。傳統(tǒng)路面由于缺乏透氣性和透水性，無法達(dá)到蓄水的目的，使得道路附近的植物出現(xiàn)缺水的情況，而無法正常生長。此外，傳統(tǒng)路面由于不具備透氣性，因此無法與空氣開展水分和熱量的交換，路面無法對(duì)城市的濕度和溫度開展調(diào)解功效，特別容易引起“熱島現(xiàn)象”[3]。傳統(tǒng)的非透水性路面在遇到雨天時(shí)路面容易出現(xiàn)積水，降低了路面行駛的舒適性，更也不利于行車安全。

海綿透水性路面技術(shù)與傳統(tǒng)的路面技術(shù)相比較而言，在生態(tài)層面上具有很多的優(yōu)勢(shì)，具體而言包括下面幾點(diǎn)：（1）下雨天時(shí)路面的積水能夠通過道路路面直接滲透，從而補(bǔ)充城市的地下水，緩解城市水資源緊張問題，改善城市水文氣候條件;（2）海綿路面具有透水性和透氣性，都在一定的蓄水能力，能夠長時(shí)間保持周圍土壤的濕度，從而維持城市的生態(tài)平衡;（3）海綿路面能夠有效吸收汽車在路面行駛過程中產(chǎn)生的噪音，降低噪音污染問題，為附近的居民提供良好的工作和生活環(huán)境。由于路面積水能夠進(jìn)行及時(shí)滲透，所以夜間行車時(shí)，不至于出現(xiàn)反光問題。這在很大程度上優(yōu)化了行車環(huán)境，提升了夜間行車的安全性和舒適性;（4）海綿透水性路面材料通常具備相對(duì)較大的空隙率，這樣的施工材料一般可以蓄積很大的熱量，從而實(shí)現(xiàn)城市地表濕度和溫度的有效調(diào)節(jié)，緩解甚至消除“熱島現(xiàn)象”。

上述分析可知，海綿路面具有很多優(yōu)勢(shì)，非常有利于城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)。而現(xiàn)階段人們更特別重視環(huán)境問題，政府部門也在大力倡導(dǎo)人與自然和諧相處，因此海綿路面技術(shù)在我國得到了大面積的推廣應(yīng)用，如公園內(nèi)道路、城市道路、步行街等都大量使用了海綿路面技術(shù)。這能夠在一定程度上提升城市的透氣和透水空間，維持城市的生態(tài)平衡，促進(jìn)水資源的綜合利用。

二、海綿路面的透水性研究

（一）海綿路面的透水性能

本文以透水性瀝青混合料為例開展海綿路面的透水性能研究分析。透水性瀝青混合料其特征在于包含大量的大粒經(jīng)骨料、較高的空隙率等。由于路面的空隙率較高，所以當(dāng)路面上出現(xiàn)雨水時(shí)，能夠迅速通過這些空隙滲透到地下，從而快速排除路面雨水之目的。在遇到持續(xù)雨天時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)可以通過道路路面滲透的雨水量可以通過下式計(jì)算：

式中，Q表示可滲透的最大力量，D表示透水性瀝青混合料層的厚度大小;k和I分別表示透水系數(shù)和水力坡降，L表示向下滲透的距離。

通常情況下，水在透水性瀝青混合料空隙中呈現(xiàn)的是紊流的狀態(tài)，水力坡降和透水系數(shù)與混合料的性質(zhì)存在緊密的聯(lián)系，其數(shù)值并不是一成不變的。如果是不超過1.2 mm的小孔隙材料，其透水系數(shù)不會(huì)出現(xiàn)太大的變化，而對(duì)于最大集料粒經(jīng)超過了13 mm的小孔隙材料，當(dāng)水力坡降保持不變時(shí)，透水系數(shù)隨著空隙率的增大而隨之增大。海綿透水性路面對(duì)于小雨（1～10 mm）的情況，完全能夠滿足透水要求，雨水落入海綿路面后能夠直接通過路面滲透到地下。而對(duì)于中雨的情況，落入海綿路面的雨水絕大部分也能通過路面直接滲透，只要小部分雨水會(huì)通過路面排走。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在所有下雨的天氣中，小雨所占的比例最大，因此海綿透水性路面能夠滿足日常的需求。

（二）海綿路面的貯水能力

海綿路面還具備貯水的功能，即落入海綿道路路面的雨水能夠全部通過道路路面進(jìn)行滲透排走。這就要求海綿路面不僅具備透水的性能，同時(shí)還應(yīng)該有適當(dāng)?shù)穆坊翝B透層厚度。也就是要求海綿透水性路面的厚度要足夠大，其空隙內(nèi)部能夠完全存儲(chǔ)由路面滲透進(jìn)來的雨水。為了確保海綿路面具備儲(chǔ)水能力，海綿透水路面的厚度可通過下面的公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，H表示海綿透水路面的厚度，cm;i表示將于強(qiáng)度大小，mm/h;f表示路基土滲透速度的平均值，cm/s;t表示持續(xù)出現(xiàn)降雨的時(shí)間，min;Vv表示海綿透水性路面空隙率的平均值，%。

如表1所示為代入上述各參數(shù)的具體數(shù)值計(jì)算得到的海綿透水性路面厚度大小。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，如果出現(xiàn)降雨的時(shí)間不是太長，路基土滲透速度大小基本不會(huì)對(duì)海綿透水性路面的厚度產(chǎn)生較大影響。但是如果持續(xù)降雨的時(shí)間相對(duì)比較長，那么路基土滲透速度大小則會(huì)對(duì)海綿滲透性路面的厚度產(chǎn)生顯著的影響。對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究可以發(fā)現(xiàn)，假設(shè)雨水重現(xiàn)期為2 a、持續(xù)降雨時(shí)間為60 min、路基土滲透速度平均值為0.0005 cm/s時(shí)，計(jì)算得到的海綿透水性路面厚度為16.4 cm。但是當(dāng)其他計(jì)算條件全部相同時(shí)，單方面將路基土滲透速度平均值由0.0005 cm/s升高至0.001 cm/s后，海綿透水性路面厚度就降低至6.5 cm?？梢娐坊翝B透速度平均值對(duì)路面結(jié)構(gòu)的厚度有顯著

的影響?；谏鲜鲇?jì)算結(jié)果可知，假如海綿透水性路面的施工建設(shè)厚度為16 cm，當(dāng)路基土滲透速度平均值為0.0005 cm/s時(shí)，海綿路面的貯水能力無法滿足實(shí)際的需要，而當(dāng)路基土滲透速度平均值為0.001 cm/s時(shí)，則海綿路面的貯水能力完全能夠滿足實(shí)際的需要。

表1? 海綿透水性路面厚度計(jì)算結(jié)果

一般而言，路基土滲透速度平均值在下雨的不同階段其值也存在一定的差異，并非固定不變的。雨水通過海綿路面向下滲透過程中，會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)作用和吸著力。在剛開始下雨時(shí)雨水通常具備較大的滲透能力，即其滲透速度相對(duì)較快，而隨著滲透過程的進(jìn)行，毛細(xì)作用和吸著力發(fā)揮的效果越來越顯著，導(dǎo)致雨水的滲透能力降低。因此，在計(jì)算海綿路面的貯水能力時(shí)，需要考慮該因素對(duì)海綿路面貯水能力的影響。

（三）海綿路面透水機(jī)能的維持

海綿路面在建設(shè)完成初期，其中孔隙率是最大的。但海綿路面在使用過程中，行駛的汽車會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生擠壓，環(huán)境中的灰塵和雜質(zhì)也會(huì)進(jìn)入到海綿路面對(duì)孔隙造成堵塞，導(dǎo)致海綿路面的孔隙

率降低，最終使得海綿路面的透水性能降低、貯水能力也顯著下降。針對(duì)該問題有必要采取行之有效的措施來維持海綿路面的透水機(jī)能。國外在處理該問題時(shí)，為了維持海綿路面的透水機(jī)能，在對(duì)海綿路面開展日常維護(hù)工作時(shí)，通過真空吸塵車吸走路面的灰塵，或者通過“高壓清洗+吸引”的方式來處理積攢在海綿路面上的灰塵和雜質(zhì)。通過這樣的模式能夠有效緩解灰塵和雜質(zhì)對(duì)海綿路面孔隙的堵塞問題，延長海綿路面的透水機(jī)能。沖洗過程中的水絕大部分也會(huì)被道路路面吸收滲入到地下水中，不會(huì)造成水資源的浪費(fèi)。

三、海綿路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)

海綿路面不僅要求具備傳統(tǒng)路面具備的功能，即能夠確保路面上的汽車安全行駛，同時(shí)還必須具備透水性和透氣性。此外，還需要結(jié)合本地區(qū)的降雨量、路基土的CBR值以及滲透速度等參數(shù)開展設(shè)計(jì)。海綿路面必須要有充足的厚度，以保證路面的貯水能力，具體厚度需要結(jié)合本地區(qū)的降雨量以及施工材料的透水性能開展計(jì)算。海綿道路路面厚度不是無限大就越好，還需要對(duì)道路施工的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮。要求路面厚度能夠滿足絕大部分雨天的排水需求，而對(duì)于少數(shù)大雨天氣，為了保障雨水能夠及時(shí)排走，還需要輔助建設(shè)相應(yīng)的排水設(shè)施。

海綿路面結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，包含的層相對(duì)較多，自上而下分別為面層、基層、墊層和過濾層。每個(gè)層之間不需要專門設(shè)置透層瀝青以及粘層瀝青。其中過濾層的作用就是針對(duì)雨水進(jìn)行過濾，并且避免路基土進(jìn)入海綿路面結(jié)構(gòu)中來，從而對(duì)海綿路面空隙造成堵塞。

某海綿道路施工工程，針對(duì)不同的建設(shè)方案進(jìn)行深入的研究、比較分析之后最終選擇的海綿路面結(jié)構(gòu)建設(shè)方案如下：上面層和下面層分別通過OGFC-10和OGFC-16施工材料，厚度分別為3 cm和5 cm，空隙率均為19%?；鶎拥暮穸葹?5 cm，通過開級(jí)配大粒經(jīng)瀝青混合料ATPB-25進(jìn)行施工，該層的空隙率為20%。墊層的厚度和過濾層的厚度分別為20 cm和10 cm，采用的施工材料分別為干壓級(jí)配碎石和粗砂。整個(gè)海綿透水性路面結(jié)構(gòu)的總體厚度為53 cm，經(jīng)過相關(guān)的理論公式計(jì)算分析研究，認(rèn)為此厚度完全能夠滿足日常的透水性要求。

四、結(jié)語：

城市道路建設(shè)中利用海綿路面技術(shù)具備很多優(yōu)勢(shì)，如防止雨水流失、調(diào)節(jié)城市濕度和溫度、緩解城市的內(nèi)澇問題等，其社會(huì)效益和生態(tài)效益與傳統(tǒng)道路施工技術(shù)相比較而言要高很多。但是新的技術(shù)在推廣應(yīng)用過程中難免會(huì)出現(xiàn)阻礙，這就要求對(duì)新技術(shù)開展深層次的研究和分析，及時(shí)解決其在應(yīng)用過程中存在的問題，這樣才可以加快海綿路面施工技術(shù)的推廣應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：胡境 男 1984- 漢 湖南岳陽人? 本科 ;研究方向：公路與橋梁工程建設(shè)技術(shù)發(fā)展方向 。