淺述一種具有集成功能的新型人行道系統(tǒng)

【摘要】

傳統(tǒng)人行道建造多采用硬質(zhì)鋪裝設(shè)計(jì)，這使得人行道雨水滲透能力大大降低，容易造成大量雨水積存在地面上，通過對(duì)“海綿城市”概念的引入，提出一種可實(shí)現(xiàn)快速裝配施工的具有集成功能的新型人行道建造系統(tǒng)，可有效緩解上述問題。

【關(guān)鍵詞】海綿城市； 快速裝配； 集成功能； 新型人行道系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】U412.37+8【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

［定稿日期］2024-04-23

［作者簡(jiǎn)介］鐘晟（1968—），男，本科，高級(jí)工程師，從事冶金工程及市政基礎(chǔ)設(shè)施工程造價(jià)管理及技術(shù)研究工作;趙彪（1990—），男，本科，工程師，主要從事土木工程施工技術(shù)研究、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理與科技成果報(bào)告等工作。

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，一系列城市病問題日益凸顯。城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)、居住環(huán)境日益惡劣、水資源浪費(fèi)短缺等現(xiàn)象阻礙了城市的可持續(xù)性發(fā)展，同時(shí)給城市居民生活帶來諸多不利。海綿城市是指通過加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理，充分發(fā)揮建筑、道路和綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式［1］。

城市道路設(shè)計(jì)中，雨水主要存在幾個(gè)問題：（1）道路雨水產(chǎn)流量大，峰流量形成時(shí)間短；（2）道路低點(diǎn)積水風(fēng)險(xiǎn)大；（3）道路徑流雨水污染；（4）道路綠化用水量較大［2］。而傳統(tǒng)面磚鋪裝式人行道，徑流系數(shù)一般在0.9左右，意味著雨水落在人行道上，只有10%可以滲透到地下，剩下90%要完全靠路面地下排水系統(tǒng)排除，一旦降雨量超過排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，雨水只能積存在路面上。

因此提出一種具有集成功能的新型人行道系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有雨水收集功能，可降低雨水徑流系數(shù)，一定程度上緩解城市排水系統(tǒng)壓力；采用裝配式施工技術(shù)，可減少施工現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力，施工快速便捷，質(zhì)量受控；干作業(yè)方式可提高施工現(xiàn)場(chǎng)文明施工水平，保護(hù)周邊環(huán)境；收集的雨水可用于綠化養(yǎng)護(hù)及路面沖洗，節(jié)約水資源。

1 具有集成功能的新型人行道系統(tǒng)的原理及組成

此人行道系統(tǒng)的原理主要為：透水混凝土人行道面層接收并滲透雨水—預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層承受上部荷載并引導(dǎo)雨水匯集—透水粒料基層分散上部荷載及滲透雨水—土工膜起加筋作用并引導(dǎo)雨水進(jìn)入雨水收集井—雨水井收集雨水用于綠化養(yǎng)護(hù)及路面沖洗等。具有集成功能的新型人行道系統(tǒng)如圖1、圖2所示。

1.1 透水混凝土面層

透水混凝土的原材料包括水泥、骨料、膠結(jié)材料、研究水和添加劑等，這種材料鋪裝路面時(shí)的孔隙率較大，容易出現(xiàn)開裂等問題，降低道路的耐久性，因此需要提高透水混凝土的強(qiáng)度、透水等性能，滿足過濾和凈化雨水的工程要求，在制備透水混凝土的過程中要利用人工壓制法，從原材料的配比環(huán)節(jié)開始控制工程質(zhì)量，優(yōu)化各個(gè)參數(shù)的配合比需要進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)和計(jì)算［3］。采用孔隙率為15%～25%的無砂多孔混凝土，采用水泥、水、透水混凝土增強(qiáng)劑（膠結(jié)材料）摻配高質(zhì)量的同粒徑或間斷級(jí)配粗骨料所組成，水灰比為0.3～0.35，抗壓強(qiáng)度可選15～35 MPa，抗折強(qiáng)度可達(dá)3～5MPa，透水系數(shù)為1～15 mm/s。采用透水混凝土作為人行道面層，可大大提高人行道雨水滲透能力，降低地面徑流系數(shù)，緩解城市排水系統(tǒng)壓力。同時(shí)透水混凝土面層在一定程度上可調(diào)節(jié)城市空氣濕度，緩解城市“熱島”效應(yīng)（圖3）。

1.2 預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層

預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層為工廠預(yù)先澆筑養(yǎng)護(hù)成型的PC板構(gòu)件，具有標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、工廠化等優(yōu)點(diǎn)，可減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，提高結(jié)構(gòu)層施工質(zhì)量及改善施工環(huán)境。同時(shí)PC板可實(shí)現(xiàn)快速拼裝，在提高施工效率的同時(shí)減少勞動(dòng)力需求。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層按透水需要及快速吊裝的要求可在制作過程中預(yù)制為小板，再經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)少量工人配合起重設(shè)備將各小板快速拼裝即可完成預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層的施工。預(yù)制鋼筋混凝土小板制作時(shí)沿人行道橫坡方向靠近端部開設(shè)橢圓形孔洞，在提高結(jié)構(gòu)層透水速率的同時(shí)方便起重設(shè)備起吊及安裝。預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層起到承受上部各種荷載的作用，同時(shí)將由透水混凝土面層下滲的雨水排向透水粒料基層。

1.3 透水粒料基層

透水粒料選用級(jí)配碎石或級(jí)配砂礫石。級(jí)配材料顆粒級(jí)配不均勻系數(shù)Cu不得小于15，0.02 mm以下顆粒質(zhì)量百分率不得大于3%，大于22.4 mm的粗顆粒中帶有破碎面的顆粒所占的質(zhì)量百分率不應(yīng)小于30%，不得含有黏土及其它雜質(zhì)。透水粒料層可將雨水排至防滲土工膜層，并有組織的匯入預(yù)制鋼筋混凝土收集井。

1.4 土工膜層

土工膜層位于透水粒料基層與夯實(shí)地基層之間，可起到地基土加筋作用，防止人行道地基層因雨水下滲引起的不均勻沉降的發(fā)生，同時(shí)可將雨水匯入預(yù)制鋼筋混凝土收集井。在夏季多雨季節(jié)，人行道與綠化帶交界處常因大量雨水沖刷而出現(xiàn)沖溝現(xiàn)象，因此將土工膜層向綠化帶方向外延1～2 m，可避免產(chǎn)生沖溝，同時(shí)收集部分綠化帶方向的來水。

1.5 雨水收集井

雨水收集井同為工廠預(yù)制產(chǎn)品，采用預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)造，在側(cè)壁預(yù)埋有金屬立篦，可匯集人行道及部分綠化帶來水。施工時(shí)利用預(yù)埋吊環(huán)吊裝就位，緊靠道路雨水口設(shè)置。在雨水收集井上部采用金屬邊框蓋板，當(dāng)雨水收集井收集到一定深度雨水時(shí)，可揭開金屬邊框蓋板，利用抽水設(shè)備將雨水收集利用。當(dāng)雨水收集井儲(chǔ)蓄的雨水超過一定標(biāo)高后，可由連接管排入相鄰雨水口中。其模型如圖4所示。

2 具有集成功能的新型人行道系統(tǒng)的施工工藝

2.1 PC構(gòu)件預(yù)制加工

（1）預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)板尺寸為2000 mm×3000 mm×200 mm，厚度為150 mm，采用C30混凝土預(yù)制。該板四周略高，中間預(yù)留有橢圓形直徑為200 mm排水口，整塊板為略有弧度的流線型，以便下雨時(shí)能有效、快速地收集雨水。板四周有預(yù)埋鍍鋅螺紋套筒，施工時(shí)安裝帶有螺桿的吊環(huán)，方便吊裝，施工完成后采用水泥砂漿填充覆蓋。

（2）集水井尺寸為1930 mm×1500 mm×860 mm，壁厚為150 mm，采用鋼筋混凝土預(yù)制成型，集水井側(cè)壁上朝向人行道內(nèi)側(cè)及縱向標(biāo)高高的一側(cè)需安裝尺寸為450 mm×250 mm，厚度150 mm的金屬立篦。

（3）路沿石開孔根據(jù)集水井的數(shù)量確定，開孔尺寸為150 mm，其余未開孔路沿石為標(biāo)準(zhǔn)制品。

2.2 施工工序

2.2.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備—測(cè)量放線—路基回填—碾壓—壓實(shí)度檢測(cè)—集水井基坑開挖并吊裝—集水井井周回填—路沿石安裝—人工開挖碎石盲溝—鋪設(shè)土工膜—安裝UPVC管—級(jí)配碎石層回填—級(jí)配碎石層碾壓—吊裝預(yù)制鋼筋混凝土板—現(xiàn)澆透水混凝土面層—驗(yàn)收

2.2.2 施工工藝

（1）測(cè)量放線：確定基準(zhǔn)線根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，確定路沿石位置及標(biāo)高，并確定每個(gè)集水井的位置，以便開挖。

（2）路基回填：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙回填土石混合料，每層厚度不大于 20 cm，回填石料最大粒徑不超過層厚的2/3。路基回填最上層為不透水層，采用黏土進(jìn)行回填碾壓?；靥顣r(shí)應(yīng)注意人行道路基的縱坡和橫坡準(zhǔn)確。

（3）碾壓：用振動(dòng)壓路機(jī)按照先慢后快，先輕后重，先靜壓后振壓的碾壓程序進(jìn)行碾壓，碾壓不易到位的邊角處進(jìn)行人工夯實(shí)。壓路機(jī)最快速度不宜超過4 km/h。

（4）壓實(shí)度檢測(cè)：壓實(shí)完畢后，采用灌砂法檢驗(yàn)，每1 000 m2抽檢3個(gè)點(diǎn)位，壓實(shí)度要求不小于設(shè)計(jì)規(guī)定，合格后再進(jìn)行下道工序施工。路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)見表1。

（6）集水井基坑開挖并吊裝：用60式小挖機(jī)將集水井基坑挖出，將基底平整后回填150 mm厚砂礫石，待砂礫石夯實(shí)完成后采用汽車吊將集水井整體吊裝。該集水井上的蓋板采用不銹鋼邊框，蓋板中間預(yù)留20 mm小孔，在抽取集水井蓄水前可預(yù)先使用一個(gè)探桿檢查集水深度，判斷是否揭開蓋板抽水。

（7）集水井井周回填：吊裝完成后集水井周邊采用砂礫石分層回填，并用小型沖擊夯夯實(shí)。

（8）路沿石安裝質(zhì)量要求見表2。①工藝流程圖：材料準(zhǔn)備—清底—拉線——鋪水泥墊層—路沿石安裝—后背支擋細(xì)石混凝土—勾縫；② 材料。路沿石：按設(shè)計(jì)要求工廠預(yù)制。砂漿：按設(shè)計(jì)要求采用DMM干混砂漿；③機(jī)具：采用人工安裝，除運(yùn)輸路沿石用裝載機(jī)，其他為人工操作用的大鏟、橡皮槌等；④ 作業(yè)條件：在作業(yè)基層進(jìn)行，須按設(shè)計(jì)邊線或其他施工基準(zhǔn)線，準(zhǔn)確地放線釘樁（控制方向和高程）；⑤ 釘樁：直線部分樁距10～15 m，彎道部分樁距5～10 m，路口處樁距1～5 m；⑥ 安裝：臥底砂漿虛厚20 mm，內(nèi)側(cè)上角掛線，讓線50 mm?？p寬10 mm，勾縫在路面鋪筑完成后進(jìn)行。

（9）人工開挖碎石盲溝：為了形成有組織排水，需在預(yù)制鋼筋混凝土板預(yù)留洞口下設(shè)置排水盲溝，使匯集的雨水能更快速地流入集水井。

（10）鋪設(shè)土工膜：為了更有效的收集雨水，在不透水層基礎(chǔ)上部鋪設(shè)三層土工膜，鋪設(shè)寬度延伸至綠化帶1～2 m，土工膜施工應(yīng)符合表3規(guī)定。

（11）安裝UPVC管：在土工膜上放入對(duì)稱破開的UPVC管，管中正對(duì)預(yù)制鋼筋混凝土板預(yù)留洞口的正下方。

（12）碎石層回填：在土工膜上回填150 mm厚級(jí)配碎石，級(jí)配碎石層顆粒組成范圍及技術(shù)指標(biāo)見表4。

（13）碎石層碾壓：用振動(dòng)壓路機(jī)按照先慢后快，先低后高，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)碾壓到要求的壓實(shí)度，達(dá)到?jīng)]有明顯的輪跡。壓路機(jī)的碾壓速度，頭兩遍采用1.5～1.7 kM/h，以后

采用2.0～2.5 kM/h靜壓成型即可，碾壓過程中，如有“彈簧”、松散、起皮等現(xiàn)象，及時(shí)翻開重新拌合，使其達(dá)到質(zhì)量要求。注意碾壓時(shí)找出人行道縱、橫坡。

（14）吊裝預(yù)制鋼筋混凝土板：在碎石層施工完成以后，從預(yù)制場(chǎng)將預(yù)制的人行道板集中裝運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，用小型汽車吊吊運(yùn)人工協(xié)助拼裝完成即可。拼裝時(shí)應(yīng)注意橫坡及拼縫大小的控制，嚴(yán)禁出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。

（15）驗(yàn)收：施工完成，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求對(duì)人行道系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收通過后應(yīng)注意成品保護(hù)工作。

3 結(jié)束語

具有集成功能的新型人行道建造系統(tǒng)不僅兼有傳統(tǒng)人行道的設(shè)計(jì)使用功能，同時(shí)引入“海綿城市”建設(shè)理念，采取滲水、濾水、蓄水和集水的雨水收集方式，可減輕城市排水系統(tǒng)壓力和節(jié)約水資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。采用預(yù)制裝配式的施工方法，可有效控制施工進(jìn)度、保證工程質(zhì)量、降低工程造價(jià)、減少現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力，有利于施工現(xiàn)場(chǎng)文明施工管理，在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中具有良好應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］ 國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見［S］，北京：國務(wù)院辦公廳，2015.

［2］ 牛梅梅，魏星. 海綿城市建設(shè)：低影響開發(fā)在沿海市政道路中的應(yīng)用［J］. 城市建設(shè)理論研究（電子版），2023（75）：184-186.

［3］ 陳德梁. 海綿城市改造中透水混凝土施工質(zhì)量管理要點(diǎn)［J］.中華建設(shè)，2023（12）：148-150.