探索土基滲透能力不足的路面透水通道的布置

趙欣劍

（唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院，河北 唐山 063000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，機(jī)動(dòng)車保有量，以及停車場的數(shù)量及面積的快速增加，對停車場的建設(shè)提出了更高的要求[1]。目前，我國的停車場大多數(shù)采用瀝青混凝土或水泥混凝土鋪筑，不僅綠化少，景觀差，且不滿足環(huán)保和生態(tài)設(shè)計(jì)的要求。透水磚結(jié)構(gòu)鋪筑路面越來越受到青睞。

透水路面結(jié)構(gòu)，顧名思義，是雨水能滲入道路結(jié)構(gòu)內(nèi)。雨水滲入道路后，會(huì)產(chǎn)生三個(gè)主要去向，分別為入滲、橫流和蒸發(fā)。入滲是繼續(xù)向下滲透；橫流則是通過盲溝、暗溝、暗管等通道流到其他地方然后重復(fù)入滲、橫流和蒸發(fā)三個(gè)去向；蒸發(fā)即是變成了水蒸氣，占比相對較小。由于橫流需要修建排水設(shè)施，而橫流的終點(diǎn)往往也是排入河流，不僅成本較高，而且沒有減少城市排水設(shè)施的負(fù)擔(dān)。綜上來看，入滲是最理想雨水流動(dòng)方向。

1 透水路面的要求及常規(guī)方案

采用透水結(jié)構(gòu)的路面，其路面下的土基應(yīng)具有一定的透水能力，這個(gè)透水能力就是指土壤的透水系數(shù)不小于1.0×10-3mm/s，就是路面下的土基不能是黏土、粉質(zhì)黏土等不透水土，或者是軟土、未經(jīng)處理的雜填土、濕陷性土等特殊土。

以河北省唐山市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)一座停車場為例，停車場采用透水磚路面結(jié)構(gòu)，路面下為2.5 m厚雜填土，雜填土下面是粉細(xì)砂層。作為透水磚路面，顯然雜填土層透水能力差，不能保證透水性能的連續(xù)，雨水到達(dá)雜填土層后不能下滲入粉細(xì)砂，雨水仍然會(huì)積在道路表面，需要對雜填土進(jìn)行置換才能保證透水通暢，但是2.5 m厚的土全部換填會(huì)造成極大的工程費(fèi)用，不符合經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的工程原則。有鑒于此，要么改變路面結(jié)構(gòu)做法，要么調(diào)整土基設(shè)計(jì)思路。

若要在滲透能力不足的土基上設(shè)置透水磚路面，則需要布置透水通道，使雨水能通過透水通道到達(dá)下面透水的粉細(xì)砂層。

2 透水路面的透水通道布置方案

若要在滲透能力不足的土基上設(shè)置透水磚路面，則需要布置透水通道，使雨水能通過透水通道到達(dá)下面透水的粉細(xì)砂層。透水通道內(nèi)回填碎石，長度應(yīng)伸至透水土層。

停車場為兩個(gè)停車位一組設(shè)置，如圖1 所示，每個(gè)停車位尺寸為3 m×6 m，一組停車位6 m×6 m，面積為36 m2，則以一組36 m2的區(qū)域?yàn)閱挝徊贾玫耐杆ǖ馈?/p>

圖1 停車位尺寸示意圖（單位：m）

2.1 從雨水流量的角度計(jì)算

透水磚的路面設(shè)計(jì)應(yīng)滿足當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)重現(xiàn)期為2 a，持續(xù)降雨60 min，表面不應(yīng)產(chǎn)生徑流的透（排）水要求[2]，按照以下公式計(jì)算暴雨強(qiáng)度：

式中：q 為暴雨強(qiáng)度，L/（s·ha）；P 為重現(xiàn)期，a；t 為降雨歷時(shí)，min。

據(jù)此計(jì)算暴雨強(qiáng)度為q=123.92 L/（s·ha）,即q=0.744 mm/min。

則，設(shè)計(jì)徑流量Q：

式中：Q 為設(shè)計(jì)徑流量，m2/s；q 為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度，mm/min；ψ 為徑流系數(shù)，取0.7；F 為匯水面積，km2。

匯水面積為36 m2，設(shè)計(jì)徑流量Q=3.12×10-4m3/s。

碎石的滲透系數(shù)為0.6～1 mm/s，那么為保證即時(shí)滲透，所需的透水通道面積S 為0.52 m2。

2.2 從透水磚的滲透角度計(jì)算

透水磚路面下的土基，接收到的雨水量為從透水磚入滲的雨水，也就是只要能全部宣泄掉上面透水磚滲入的水，就一定能滿足土基的透水要求。

根據(jù)《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》，透水磚的透水系數(shù)至少為=1.0×10-2cm/s。上游路面透水磚的最大的滲入量為36 m2×1.0×10-2cm/s=36×10-4m3/s，那么所需的透水通道面積S 為6 m2。

2.3 從透水磚路面下的土基等效透水系數(shù)角度計(jì)算

透水磚路面結(jié)構(gòu)中基層的主要功能是透水和儲(chǔ)水[3]，對于滲入道路結(jié)構(gòu)的雨水，并不需要即時(shí)完全滲入土基中，只要雨水迅速滲入，可以有一部分雨水暫時(shí)存儲(chǔ)在道路結(jié)構(gòu)中，道路表面沒有積水，待雨水停了之后，72 h 內(nèi)能滲完就可以形成對城市地標(biāo)溫度、濕度的調(diào)節(jié)，充分利用雨水，減輕城市“熱島效應(yīng)”。

停車場路面結(jié)構(gòu)為75 cm，按照在下大雨時(shí)，最多的雨水滲入量計(jì)算，路面結(jié)構(gòu)的理論儲(chǔ)水時(shí)間為75 cm/Kh=7 500 s≈2.08 h。

所以只要達(dá)到土基滲透能力即可，不需使當(dāng)時(shí)滲入土基也能使路面不積水，滿足透水磚路面要求。

土基的滲透系數(shù)為1.0×10-3mm/s，透水通道可采用等效土基透水能力法計(jì)算。

計(jì)算所得，所需的透水通道面積S 為0.06 m2。

通過從三個(gè)方面對透水通道的面積進(jìn)行了計(jì)算，可以得到結(jié)論：

（1）透水磚的透水系數(shù)能滿足規(guī)范要求的暴雨強(qiáng)度下的透水要求。

（2）透水磚透水系數(shù)是路面透水性能的最大值。

（3）透水通道的滲透能力應(yīng)達(dá)到使雨水完全入滲的土基透水性能。

停車場設(shè)計(jì)中考慮深度較深，采用φ200 mm 透水通道，因?yàn)橥＼囄挥?%的坡度，故透水通道布置在高程較低的一側(cè)，如圖2 所示。

圖2 停車位透水通道布置示意圖（單位：m）

3 結(jié)語

隨著國家對于環(huán)保、生態(tài)設(shè)計(jì)的大力支持，海綿城市理念訴求越來越強(qiáng)烈，然而，我國北方存在的大量不能作為透水路面基礎(chǔ)的土質(zhì)，城市透水鋪裝設(shè)計(jì)的推廣有著很大的困難。

工程設(shè)計(jì)時(shí)，對于雨水下滲的各種機(jī)理，從三個(gè)方面介紹了當(dāng)土基條件不允許時(shí)，人為地制造透水通道，就可以在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，形成一個(gè)更經(jīng)濟(jì)、更安全的透水路面結(jié)構(gòu)，為在土基滲透能力不足地區(qū)設(shè)置透水鋪裝，減輕城市“熱島效應(yīng)”提供了新的思路。希望本文的研究能對透水磚路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一些有益的建議和指導(dǎo)。