“海綿城市”理念下的透水磚鋪裝透水性與結(jié)構(gòu)承載力分析

李明松 龍維珍

摘 要：城市道路透水鋪裝作為“海綿城市”理念的重要舉措之一，得到廣泛應(yīng)用。文章通過(guò)對(duì)全透型與半透型透水磚鋪裝結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合承載力情況等相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)一步探討與分析了海綿城市理念下的透水磚鋪裝的透水性與結(jié)構(gòu)承載力，分析結(jié)果表明：全透型透水磚鋪裝與半透型透水磚鋪裝的透水性基本相同，但在承載力方面，半透型透水磚鋪裝明顯優(yōu)于全透型透水磚鋪裝。

關(guān)鍵詞：海綿城市;全透型;半透型;透水磚鋪磚;透水性;結(jié)構(gòu)承載力

中圖分類號(hào)：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)步入了高速發(fā)展階段，工業(yè)化建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市熱島效應(yīng)不斷增加，城市內(nèi)澇問(wèn)題不斷加重，嚴(yán)重困擾城市的發(fā)展。為了有效減輕城市熱島效應(yīng)、城市內(nèi)澇對(duì)人們生活產(chǎn)生的影響，就必須要從源頭上入手，節(jié)約利用水資源，減輕徑流污染負(fù)荷，從而有效改善與維護(hù)城市的生態(tài)環(huán)境。隨著“海綿城市”理念的快速發(fā)展與推廣，“海綿城市”受到了社會(huì)各界的廣泛重視，各級(jí)區(qū)域大力開展“海綿城市”建設(shè)。

1 透水鋪裝

透水鋪裝是“海綿城市”建設(shè)的重要內(nèi)容，被廣泛運(yùn)用于大型廣場(chǎng)、小區(qū)道路、人行道以及非機(jī)動(dòng)車道當(dāng)中，其主要采用面層吸水、基層下滲、底基層排水、地下儲(chǔ)水等多樣化手段[1]，從而最終實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)再利用。透水鋪裝結(jié)構(gòu)由上到下主要由面層、找平層、基層以及墊層等組成，從面層材料講，透水鋪裝可以分為透水磚鋪裝、透水水泥混凝土鋪裝以及透水瀝青混合料鋪裝，其中，透水磚鋪裝以造價(jià)較低、施工速度快，受到廣泛應(yīng)用。從基層材料講，透水鋪裝又可分為半透型與全透型兩種，兩種類型的區(qū)別在于基層是否透水。文章通過(guò)對(duì)“海綿城市”建設(shè)過(guò)程中常見的兩種典型的不同類型透水磚鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析。

1.1 全透型

全透型透水鋪裝的核心為基層具有透水性，地表徑流的雨水通過(guò)透水磚、透水基層、透水墊層后直接進(jìn)入到土基之中補(bǔ)給地下水。常見的全透型人行道結(jié)構(gòu)如圖1所示。

素土夯實(shí)（回彈模量≥30 MPa，6 cm透水磚、5 cm中砂、30 cm級(jí)配碎石）

1.2 半透型

半透型透水鋪裝是指基層無(wú)

透水功能，地表徑流會(huì)經(jīng)過(guò)面層與基層表面，沿基層表面流入到市政雨水收集系統(tǒng)當(dāng)中。如某市道路人行道面層主要采用的便是透水砼路面，常見的半透型人行道結(jié)構(gòu)如右圖2所示。

素土夯實(shí)（回彈模量≥30 MPa，6 cm透水磚、5 cm水泥中砂干拌、15 cm水穩(wěn)+15 cm級(jí)配）

2 “海綿城市”理念下透水磚鋪裝的透水性與結(jié)構(gòu)承載力分析

2.1 透水磚鋪裝結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)

透水磚鋪裝主要由面層、找平層、基層以及墊層等部分組成。

（1）透水磚面層。透水磚主要性能包括抗壓強(qiáng)度、抗折破壞荷載、耐磨性、保水性、透水系數(shù)、抗凍性等。當(dāng)透水磚的邊長(zhǎng)/厚度≥5時(shí)，其抗折破壞荷載應(yīng)不小于6 000 N;磨坑長(zhǎng)度不大于35 mm;保水性不小于0.6 g/cm2透水系數(shù)（15℃）≥1.0×10-2 cm/s。（2）找平層。找平層位于透水磚面層與基層之間，可采用中砂、粗砂或干硬性水泥砂漿。（3）基層。根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，基層類型可包括剛性基層、半剛性基層和柔性基層;根據(jù)透水性狀況，可將其分為全透型與半透型兩種。透水磚鋪裝結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置柔性基層，以利于調(diào)節(jié)含水量變化導(dǎo)致路基變形[2]。（4）墊層。當(dāng)透水磚路面土基為黏性土?xí)r，宜設(shè)置墊層。當(dāng)土基為砂性土或底基層為級(jí)配碎石、礫石時(shí)，可不設(shè)置墊層。（5）土基。土基應(yīng)穩(wěn)定、密實(shí)、均質(zhì)，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗變形能力和耐久性。

2.2 透水磚鋪裝的透水性分析

韓天宇對(duì)不同的透水鋪裝面層及基層的進(jìn)行透水試驗(yàn)，得出：

（1）透水能力較弱的結(jié)構(gòu)層在一定程度上決定整個(gè)組合層滲透能力的上限。（2）因基層透水能力遠(yuǎn)高于面層，在面層相同的情況下，基層的選擇對(duì)整個(gè)透水鋪裝結(jié)構(gòu)的滲透能力影響較小，透水性水泥穩(wěn)定碎石為基層，其排水能力僅略優(yōu)于透水混凝土基層。（3）整體組合層的滲透系數(shù)主要受面層材料及整體結(jié)構(gòu)厚度的影響，為提高整體結(jié)構(gòu)的滲透系數(shù)，應(yīng)采用較高滲透系數(shù)的材料為面層，并可適當(dāng)減小面層與找平層的厚度[3]。

王貫明為研究不同基層的透水能力，分別對(duì)透水磚面層+找平層+級(jí)配碎石基層+墊層結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)1）、透水磚面層+找平層+水穩(wěn)基層+級(jí)配碎石底基層+墊層結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)2）、透水磚面層+找平層+無(wú)砂混凝土基層+級(jí)配碎石底基層+墊層結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)3）進(jìn)行透水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，三種結(jié)構(gòu)的透水性良好，其中結(jié)構(gòu)1透水性>結(jié)構(gòu)2透水性>結(jié)構(gòu)3透水性，但三者透水性能差別不大[4]。

路俊杰選擇5段不同年份鋪裝的透水磚路面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)透水率測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著年份越久，透水磚路面的透水性越差，當(dāng)透水磚輔道到一定年限后，如果養(yǎng)護(hù)不善，不經(jīng)常進(jìn)行清洗，其透水性幾乎為0[5]。

綜上所述，因透水磚面層的透水系數(shù)比基層的透水系數(shù)低，采用透水磚鋪裝的透水路面，其透水性主要取決于透水磚的透水，而不是基層的透水性，隨著年份的增長(zhǎng)，透水磚路面的透水性會(huì)越來(lái)越差，直至為0。

2.3 透水磚鋪裝結(jié)構(gòu)承載力分析

（1）計(jì)算依據(jù)。根據(jù)透水磚路面技術(shù)規(guī)程規(guī)定，設(shè)計(jì)輕型荷載的透水磚路面可采用汽車標(biāo)準(zhǔn)軸載Bzz40、機(jī)動(dòng)車交通量不大于200 veh/d的標(biāo)準(zhǔn);普通人行道（無(wú)停車）可采用5 kN/m2的荷載標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)按荷載強(qiáng)度確定透水磚路面結(jié)構(gòu)時(shí)，可采用等效厚度法計(jì)算;根據(jù)材料不同，應(yīng)按瀝青路面或水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法做修正計(jì)算。對(duì)半剛性基層和柔性基層的透水磚路面，應(yīng)采用瀝青路面設(shè)計(jì)方法，應(yīng)以設(shè)計(jì)彎沉值為路面整體強(qiáng)度的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并應(yīng)核算基層的彎拉應(yīng)力。本文所采用的全透型或半透型透水磚鋪裝結(jié)構(gòu)均為半剛性基層或柔性基層，因此本文采用瀝青路面設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行透水磚鋪磚承載力分析。

（2）材料參數(shù)。參照《透水磚路面（地面）設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定及陸津津所選取的透水磚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料參數(shù)[6]，本項(xiàng)目各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（3）結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析。采用汽車標(biāo)準(zhǔn)軸載Bzz40、機(jī)動(dòng)車交通量200 veh/d的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行荷載計(jì)算，結(jié)構(gòu)使用年限為8年，以級(jí)配碎石基層為計(jì)算層，通過(guò)瀝青路面計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算結(jié)果如下：

全透型透水磚鋪裝結(jié)構(gòu)：

按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：

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（僅考慮彎沉）

按容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：

路面設(shè)計(jì)層厚度：

H（4）=706 mm（僅考慮彎沉）

H（4）=706 mm（同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力）

半透型透水磚鋪裝結(jié)構(gòu)：

按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：

LD=60.76（0.01 mm）

H（5）=100 mm LS= 53.58（0.01 mm）

由于設(shè)計(jì)層厚度 H（5）=Hmin時(shí)LS<=LD，故彎沉計(jì)算已滿足要求。

H（5）=100 mm（僅考慮彎沉）

按容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：

路面設(shè)計(jì)層厚度：

H（5）=100 mm（僅考慮彎沉）

H（5）=103 mm（同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力）

通過(guò)計(jì)算得出，當(dāng)達(dá)到使用年限時(shí)，全透型透水磚鋪裝的級(jí)配碎石基層厚度需要71 cm，而半透型透水磚鋪裝的級(jí)配碎石基層厚度需要11 cm即可。因此，若透水磚鋪裝有停車需求的，應(yīng)盡可能采用半透水磚路面。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)全透型透水磚鋪裝和半透型透水磚鋪裝的透水性與承載力進(jìn)行分析，得出半透型透水磚鋪裝與全透型透水磚鋪裝在透水性方面基本相同，但在承載力方面，半透型透水磚鋪裝的承載力明顯優(yōu)于全透型透水磚鋪裝。因此，在有承載力需求的前提下，應(yīng)盡可能的選用半透型透水磚鋪裝。

參考文獻(xiàn)：

[1]何鑫，曹霞，張欣紅，等.淺談透水人行道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2008（2）：1-4.

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[4]王貫明，王光明，張愛江.透水性人行道結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究及分析[J].特種結(jié)構(gòu)，2010（4）：81-84.

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