城市道路中海绵路面技术的应用与研究

湖南路桥通泰工程有限公司

摘要：城市道路中使用海绵路面能够调节城市的生态气候，表现出了非常多的优势，因此在我国很多城市中得到了推广应用。我们首先研究了海绵路面技术的重要意义，然后从不同层面深入研究分析了海绵路面的透水性能，最后结合具体案例简要阐述了海绵路面结构组合设计。以期本文的研究能够促进海绵路面技术在城市道路建设中的应用。

关键词：城市道路;海绵路面;透水性;贮水能力

随着社会的发展，海绵城市理念已经逐渐得到人们的认可，海绵城市在应对自然灾害和环境变化时具有更好的环境适应性。比如基于海绵城市的理念建设繁荣城市道路路面，就像海绵一样，在遇到下雨天气时，路面能够快速的渗透雨水并对其进行存储和净化[1]。最近几年以来我国很多大城市都出现了严重的内涝问题，这与排水系统的落后建设状态存在直接关系，同时还与城市道路路面的施工技术存在密切关系。而通过建设海绵透水性路面能够有效吸收、收集和净化雨水，从而在一定程度上缓解城市内涝问题。大量的实践经验表明，建设海绵透水性路面可以有效解决暴雨导致短时间内洪峰流量过大而引起的城市排水系统失效问题[2]。同时海绵透水性路面还可以对雨水进行收集从而有效解决城市缺水问题。本文重点分析了城市道路中海绵路面技术的应用情况。

一、研究海绵路面技术的重要意义

近年来我国城市化进程得到快速推进，城市中建设的建筑物、广场等设施越来越密集，而这些建筑物或者设施所占据的区域通常都是无法透水的，导致城市中可透水的区域面积逐渐降低。在这种情况下一旦遇到大暴雨，短时间内积累的大量雨水如果无法通过地面渗透就会引起城市内涝问题。此外地面渗透性降低使得地下水无法得到有效补充。在城市化进程中，道路工程作为基础设施得到了大面积的建设，但传统的道路路面比较坚硬不具备透气性和透水性，即非海绵路面。这种路面虽然给人们的出行带来了一些方便，但是不利于城市生态环境的建设。传统路面由于缺乏透气性和透水性，无法达到蓄水的目的，使得道路附近的植物出现缺水的情况，而无法正常生长。此外，传统路面由于不具备透气性，因此无法与空气开展水分和热量的交换，路面无法对城市的湿度和温度开展调解功效，特别容易引起“热岛现象”[3]。传统的非透水性路面在遇到雨天时路面容易出现积水，降低了路面行驶的舒适性，更也不利于行车安全。

海绵透水性路面技术与传统的路面技术相比较而言，在生态层面上具有很多的优势，具体而言包括下面几点：（1）下雨天时路面的积水能够通过道路路面直接渗透，从而补充城市的地下水，缓解城市水资源紧张问题，改善城市水文气候条件;（2）海绵路面具有透水性和透气性，都在一定的蓄水能力，能够长时间保持周围土壤的湿度，从而维持城市的生态平衡;（3）海绵路面能够有效吸收汽车在路面行驶过程中产生的噪音，降低噪音污染问题，为附近的居民提供良好的工作和生活环境。由于路面积水能够进行及时渗透，所以夜间行车时，不至于出现反光问题。这在很大程度上优化了行车环境，提升了夜间行车的安全性和舒适性;（4）海绵透水性路面材料通常具备相对较大的空隙率，这样的施工材料一般可以蓄积很大的热量，从而实现城市地表湿度和温度的有效调节，缓解甚至消除“熱岛现象”。

上述分析可知，海绵路面具有很多优势，非常有利于城市生态环境建设。而现阶段人们更特别重视环境问题，政府部门也在大力倡导人与自然和谐相处，因此海绵路面技术在我国得到了大面积的推广应用，如公园内道路、城市道路、步行街等都大量使用了海绵路面技术。这能够在一定程度上提升城市的透气和透水空间，维持城市的生态平衡，促进水资源的综合利用。

二、海绵路面的透水性研究

（一）海绵路面的透水性能

本文以透水性沥青混合料为例开展海绵路面的透水性能研究分析。透水性沥青混合料其特征在于包含大量的大粒经骨料、较高的空隙率等。由于路面的空隙率较高，所以当路面上出现雨水时，能够迅速通过这些空隙渗透到地下，从而快速排除路面雨水之目的。在遇到持续雨天时，单位时间内可以通过道路路面渗透的雨水量可以通过下式计算：

式中，Q表示可渗透的最大力量，D表示透水性沥青混合料层的厚度大小;k和I分别表示透水系数和水力坡降，L表示向下渗透的距离。

通常情况下，水在透水性沥青混合料空隙中呈现的是紊流的状态，水力坡降和透水系数与混合料的性质存在紧密的联系，其数值并不是一成不变的。如果是不超过1.2 mm的小孔隙材料，其透水系数不会出现太大的变化，而对于最大集料粒经超过了13 mm的小孔隙材料，当水力坡降保持不变时，透水系数随着空隙率的增大而随之增大。海绵透水性路面对于小雨（1～10 mm）的情况，完全能够满足透水要求，雨水落入海绵路面后能够直接通过路面渗透到地下。而对于中雨的情况，落入海绵路面的雨水绝大部分也能通过路面直接渗透，只要小部分雨水会通过路面排走。统计数据表明，在所有下雨的天气中，小雨所占的比例最大，因此海绵透水性路面能够满足日常的需求。

（二）海绵路面的贮水能力

海绵路面还具备贮水的功能，即落入海绵道路路面的雨水能够全部通过道路路面进行渗透排走。这就要求海绵路面不仅具备透水的性能，同时还应该有适当的路基土渗透层厚度。也就是要求海绵透水性路面的厚度要足够大，其空隙内部能够完全存储由路面渗透进来的雨水。为了确保海绵路面具备储水能力，海绵透水路面的厚度可通过下面的公式进行计算：

式中，H表示海绵透水路面的厚度，cm;i表示将于强度大小，mm/h;f表示路基土渗透速度的平均值，cm/s;t表示持续出现降雨的时间，min;Vv表示海绵透水性路面空隙率的平均值，%。

如表1所示为代入上述各参数的具体数值计算得到的海绵透水性路面厚度大小。实践经验表明，如果出现降雨的时间不是太长，路基土渗透速度大小基本不会对海绵透水性路面的厚度产生较大影响。但是如果持续降雨的时间相对比较长，那么路基土渗透速度大小则会对海绵渗透性路面的厚度产生显著的影响。对表中数据进行分析和研究可以发现，假设雨水重现期为2 a、持续降雨时间为60 min、路基土渗透速度平均值为0.0005 cm/s时，计算得到的海绵透水性路面厚度为16.4 cm。但是当其他计算条件全部相同时，单方面将路基土渗透速度平均值由0.0005 cm/s升高至0.001 cm/s后，海绵透水性路面厚度就降低至6.5 cm。可见路基土渗透速度平均值对路面结构的厚度有显著

的影响。基于上述计算结果可知，假如海绵透水性路面的施工建设厚度为16 cm，当路基土渗透速度平均值为0.0005 cm/s时，海绵路面的贮水能力无法满足实际的需要，而当路基土渗透速度平均值为0.001 cm/s时，则海绵路面的贮水能力完全能够满足实际的需要。

表1  海绵透水性路面厚度计算结果

一般而言，路基土渗透速度平均值在下雨的不同阶段其值也存在一定的差异，并非固定不变的。雨水通过海绵路面向下渗透过程中，会产生毛细作用和吸着力。在刚开始下雨时雨水通常具备较大的渗透能力，即其渗透速度相对较快，而随着渗透过程的进行，毛细作用和吸着力发挥的效果越来越显著，导致雨水的渗透能力降低。因此，在计算海绵路面的贮水能力时，需要考虑该因素对海绵路面贮水能力的影响。

（三）海绵路面透水机能的维持

海绵路面在建设完成初期，其中孔隙率是最大的。但海绵路面在使用过程中，行驶的汽车会对路面产生挤压，环境中的灰尘和杂质也会进入到海绵路面对孔隙造成堵塞，导致海绵路面的孔隙

率降低，最终使得海绵路面的透水性能降低、贮水能力也显著下降。针对该问题有必要采取行之有效的措施来维持海绵路面的透水机能。国外在处理该问题时，为了维持海绵路面的透水机能，在对海绵路面开展日常维护工作时，通过真空吸尘车吸走路面的灰尘，或者通过“高压清洗+吸引”的方式来处理积攒在海绵路面上的灰尘和杂质。通过这样的模式能够有效缓解灰尘和杂质对海绵路面孔隙的堵塞问题，延长海绵路面的透水机能。冲洗过程中的水绝大部分也会被道路路面吸收渗入到地下水中，不会造成水资源的浪费。

三、海绵路面结构组合设计

海绵路面不仅要求具备传统路面具备的功能，即能够确保路面上的汽车安全行驶，同时还必须具备透水性和透气性。此外，还需要结合本地区的降雨量、路基土的CBR值以及渗透速度等参数开展设计。海绵路面必须要有充足的厚度，以保证路面的贮水能力，具体厚度需要结合本地区的降雨量以及施工材料的透水性能开展计算。海绵道路路面厚度不是无限大就越好，还需要对道路施工的经济性进行考虑。要求路面厚度能够满足绝大部分雨天的排水需求，而对于少数大雨天气，为了保障雨水能够及时排走，还需要辅助建设相应的排水设施。

海绵路面结构相对比较复杂，包含的层相对较多，自上而下分别为面层、基层、垫层和过滤层。每个层之间不需要专门设置透层沥青以及粘层沥青。其中过滤层的作用就是针对雨水进行过滤，并且避免路基土进入海绵路面结构中来，从而对海绵路面空隙造成堵塞。

某海绵道路施工工程，针对不同的建设方案进行深入的研究、比较分析之后最终选择的海绵路面结构建设方案如下：上面层和下面层分别通过OGFC-10和OGFC-16施工材料，厚度分别为3 cm和5 cm，空隙率均為19%。基层的厚度为15 cm，通过开级配大粒经沥青混合料ATPB-25进行施工，该层的空隙率为20%。垫层的厚度和过滤层的厚度分别为20 cm和10 cm，采用的施工材料分别为干压级配碎石和粗砂。整个海绵透水性路面结构的总体厚度为53 cm，经过相关的理论公式计算分析研究，认为此厚度完全能够满足日常的透水性要求。

四、结语：

城市道路建设中利用海绵路面技术具备很多优势，如防止雨水流失、调节城市湿度和温度、缓解城市的内涝问题等，其社会效益和生态效益与传统道路施工技术相比较而言要高很多。但是新的技术在推广应用过程中难免会出现阻碍，这就要求对新技术开展深层次的研究和分析，及时解决其在应用过程中存在的问题，这样才可以加快海绵路面施工技术的推广应用。

参考文献：

[1] 李金. 海绵城市理念在城市道路设计中的应用[J]. 建材与装饰， 2019（22）：286-287.

[2] 李旭峰，杜鑫，袁凉炜，肖兵. 海绵城市道路设计研究[J]. 绿色环保建材， 2019（7）：93+96.

[3] 王浩坦. 江苏省海绵型道路建设目标与指标解读[J]. 现代交通技术， 2019，16（3）：6-10.

作者简介：胡境 男 1984- 汉 湖南岳阳人  本科 ;研究方向：公路与桥梁工程建设技术发展方向 。