【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。
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