透水性路面的应用研究

邵玉振

（济南市市政工程设计研究院有限责任公司，山东济南250101）

1 概述

透水性路面是由一系列与外部空气相连的多孔结构形成骨架，能满足强度和耐久性要求的路面。因其呈多孔构造形式，它的渗水和保湿作用很强，通过太阳辐射作用产生的蒸发效应，使这种面层兼有良好的降温、增湿作用，对改善城市热环境是很有利的，因此，透水性路面日益受到重视。

透水性路面的研究和应用起源于欧洲，法国最早提出透水性路面的设想，其初衷是改善公园林荫道树木的灌溉条件。上世纪60年代首次在德国铺筑透水性路面，日本在上世纪80年代初推行“雨水渗透计划”，透水性铺装主要用于公园、停车场、运动场及城市道路。据资料统计，东京透水性铺装市区雨水流出率由51.8%降到5.4%。

我国对此研究尚处于起步阶段，上世纪末开始对水泥混凝土透水性路面和沥青混合料透水性路面研究，在国内外研究的基础上，我们进一步探索研究，并在经十路西段慢车道上采用了沥青混合料透水路面方案，取得了良好的效果。

2 研究透水性路面的必要性

随着我国经济的发展和城市建设步伐的加快，现代城市的地表逐步被建筑物、硬化的广场和不透水的路面覆盖，雨水不能渗入地下，不能形成对地下水的有效补充。便捷的交通设施，平整铺设的道路给人们的出行带来了极大的方便，但这些不透水的路面也给城市的生态环境带来诸多负面的影响。由于路面缺乏透水性和透气性，致使地表植物由于严重缺水而难以正常生长；不透气的路面很难与空气进行热量、水分的交换，缺乏对城市地表温度、湿度的调节能力，产生所谓的“热岛现象”。此外，不透水的道路表面容易积水，降低道路的舒适性和安全性。当短时间内集中降雨时，雨水只能通过排水设施排入河流，大大加重了排水设施的负担。

与不透水的路面相比，透水性路面具有诸多生态方面的优点，具体表现在以下几方面。

（1）雨水能够迅速地渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充。

（2）提高地表的透气、透水性，保持土壤湿度，改善城市地表生态平衡。

（3）吸收车辆行驶时产生的噪声，创造安静舒适的交通环境。雨天能防止路面积水和夜间反光，改善车辆行驶、以及行人行走的舒适性与安全性。

（4）透水性路面材料具有较大的空隙率，能蓄积较多的热量，有利于调节城市地表的温度和湿度，消除热岛现象。

由于透水性路面具有以上诸多生态方面的优点，在人类寻求与自然协调、维护生态平衡和可持续发展的思想指导下，将其应用于广场、步行街、城市道路、公园内道路以及停车场等，增加城市的透水、透气空间，对调节城市微气候、保持生态平衡、保护地下水资源将具有重要意义。

3 透水性路面的透水性分析

3.1 透水性能

试验路路面材料采用透水性沥青混合料，其特点是有较大的空隙率和较高的大粒经骨料含量，能够通过其内部较大数量的连通孔隙，迅速将路表雨水排除。当遇有连续降雨时，单位时间内从路面可能下渗的最大雨量Q可由式（1）求出：

Q=D·k·I·（3600×10）/L （1）式中：D——沥青混合料层厚度；

k——透水系数；

I——水力坡降；

L——下渗距离。

水力坡降在混合料内部有变化，透水系数也是变化的，水在孔隙中是紊流。对1.2 mm以下的小孔隙材料，透水系数不变；对最大集料粒经13 mm的混合料，水力坡降一定的情况下，空隙率越大，透水系数也越大。

对于下小雨（1～10 mm）的情况，设计能满足透水要求，对于中雨，仍有一部分雨水在路表面排走。不过，小雨在下雨日总数中所占比例较大，故透水性仍然是能达到预期效果的。

3.2 贮水能力分析

要使降落的雨水一滴也不从路面流走，在路面内贮存，并向路基土渗透、排除，则路面本身不仅应具有透水的性能，还应有适应路基土渗透能力的厚度。亦即要求在路面厚度内的孔隙中足以贮存降雨量减去路基土渗透量之后的水量。

设透水性路面的平均空隙率为VV（%），路基土的平均渗透速度为f（cm/s），降雨的持续时间为t（min），则所需路面厚度H（cm）可用式（2）求出：

H=（0.1i-3600f）100t/（60VV）（2）

降雨强度i（mm/h）按济南暴雨强度q（L/s/104m2）计算，根据不同的降雨强度、平均渗透系数，求出不同的透水路面厚度，见表1。

表1 透水路面厚度计算表

结果表明，短时间的降雨，路面厚度不太受路基土渗透能力的影响；但长时间的降雨，路面厚度则受路基土的渗透能力所支配。按降雨历时60min、设计重现期2 a、路基土的平均渗透速度为0.0005时，路面结构需16 cm厚。但当路基土的平均渗透速度提高到0.001时，就不会出现在路表面溢流的现象。

雨水向地下渗透时，由于毛细作用和吸着力，通常在降雨初期，其渗透速度较快，但随着降雨时间的延长，就会漫漫降低。

3.3 透水机能的维持

行驶中车辆的滚压、道路环境的沙尘及其他杂物易堵塞透水性路面内的孔隙，造成透水性路面孔隙机能的降低，从而影响到其透水性。要把原有的机能恢复，国外普遍采用真空吸尘车对透水性路面的表面进行“吸尘”清理，或采用“高压清洗+吸引”的方式，将高压水喷射入孔隙内软化堵塞物，随即再将污泥水吸取，恢复排水机能，吸取的污水经过滤后再循环利用，节约用水。

4 路面结构组合设计

透水性路面除了要求面层及基层材料具有所需的强度以满足车辆行驶外，还须有透水性能，还要考虑路基土的CBR值和渗透速度、降雨量等。路面要有足够的厚度，以便使估计的大雨能在路面本身内贮存，并向路基土渗透。当遇到雨水有从道路表面溢流时，要进行经济技术比较，再确定是调整路面厚度，还是增加排水设施。

透水性路面结构从下向上按照过滤层、垫层、基层和面层的顺序构成，层间不设透层沥青和粘层沥青。过滤层在雨水向路基土渗透时，起过滤的作用，并能防止路基土进入基层。

经多方案分析比较，最终选定路面结构方案为：上面层采用OGFC-10，厚3 cm，空隙率19%；下面层采用OGFC-16，厚5 cm，空隙率19%；基层采用开级配大粒经沥青混合料ATPB-25，厚15 cm，空隙率20%；垫层采用干压级配碎石，厚20cm；过滤层采用粗砂，厚10 cm。路面结构层总厚度53 cm，满足慢车道和轻交通的强度要求。

OGFC混合料的配合比设计采用马歇尔试件的体积设计方法，并以空隙率作为配合比设计主要指标。对设计沥青用量进行析漏试验及肯特堡飞散试验，对混合料进行高温稳定性、水稳定性等检验。沥青采用MAC改性沥青，设计时加入0.3%的木质纤维素。

5 结语

（1）在进行研究和工程实践中取得一些成果表明，透水性路面可有效地解决路表积水问题，在一定程度上缓解了城市排水系统的压力，另一方面有效地补充了对地下水的消耗，改善植物的生长环境，以利环保。

（2）在设计透水性路面时，应首先调查清楚降雨量及路基土的渗透速度等基础资料，确定任意降雨量的透水路面的性能，以及道路表面是否有雨水溢流现象。

（3）排水系统与透水性路面相配套，在实际工程中应根据透水性路面的特点进行设计。

（4）在建设透水性路面时，还应充分了解其不利的一面。首先我国透水性路面的建设数量有限，设计与施工经验不足；其次透水性路面经过多年使用后，表面孔隙易被堵塞，其排水性会明显降低，导致透水性路面性能降低。因此应对透水性路面采取必要的养护措施，以延长透水性能的寿命。

[1]JTJ014-97,公路沥青路面设计规范[S].北京:人民交通出版社,1997.

[2]JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2004.