《中国公路学会养护与管理分会
第十一届学术年会论文集》
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“海绵城市”是形容城市像海绵一样对雨水收放自如的吸收利用及排放能力,是遵循自然、资源循环利用的环保型城市。
它摒弃了旧的雨水“快排”模式,采用“渗、滞、蓄、净、用、排”的新的建设理念。海绵城市对城市的雨洪管理有着立竿见影的效用,对改进生态环境和谐发展、应对全球极端气候变化带来的环境影响有着重要的意义,是一种近年来被熟知的城市雨水生态循环系统建设理念。
透水铺装由透水性良好的大孔隙结构材料组成,排水功能、透水功能和滤水功能均优越于普通结构。透水铺装主要用于城市中的市政道路、人行道和广场大区域空间等。主要结构类型分为以下三种:透水砖、透水混凝土和透水沥青混合料。
本文主要通过研究天津市降雨特性,论述海绵城市与透水铺装的互益关系,从工程建设角度分析透水铺装在海绵城市中的应用管理及推广对策。
透水铺装工程及其在海绵城市中的治水理念
(一)透水铺装类型及其结构形式
透水铺装与传统铺装在排水方式上有着明显差异,采用大孔隙结构实现了地层与大气的互通,水、气、热等资源可互相传递,还可减小噪音及地面反光,改善城市的生态环境,降低城市热岛效应。
(1)透水砖一般多适用于园林、住宅等绿化区域,透水铺装包含不同的结构形式如多采用各种鹅卵石、木料、方砖等,为分布均匀的拼装结构形式。
(2)透水混凝土与透水砖类似,属浇筑结构,结构一般采用全透水形式设计,主要用在庭院、公园及城市广场等设施,由于工程环境及结构类型的不同,需对面层、基层等结构进行调整。例如用于城市广场时,基层需采用级配砂砾,土基需透水性良好,且均要求结构强度较好,排水辅助设施还需另设盲沟等。
(3)透水沥青混凝土的适用范围是市政道路、城市街道和厂区或施工空地等,根据排水结构的不同,透水沥青混凝土的结构可分为以下三种形式:提高透水沥青混凝土的路用性能,加大地表排水量,可提高路面抗滑性;通过设计沥青混凝土大孔隙排水结构来有效渗水,路面结构可有效降噪;路面结构排水储存于地下水循环利用,可有效体现海绵城市功效,长远可改善生态环境。透水沥青混凝土结构的选取需根据不同的工程建设要求及施工环境,选取合适的结构类型及配合比设计后,通过试验验证其技术指标和路用性能是否符合要求。
(二)海绵城市中透水铺装的治水理念
以往城市排水设施的建设思想只注重“以排为主”,透水铺装工程的设计理念是既要治水又要降水,改观旧的理念,体现排渗并举。雨水渗入土基后,使地表迅速排水同时补充了地下水,发挥了海绵城市的“吸水”作用。
1加速海绵城市地表排水降水
透水铺装结构的大孔隙材料配合比设计,可使雨水迅速通过空隙结构下渗,减缓地面排水系统的汇流压力,从而减少地表径流的总量,可防止内涝,有效地提高整体排水管网系统的效率;暴雨季节时,积聚的雨水来不及排出会填满透水的孔隙,在地表出现漫流,需要通过表面排水汇入排水设施。
2加强海绵城市滤水效果
透水铺装在雨水下渗时可有效地吸附和过滤大量的固体杂质、有机污染物,还可已降解少部分的有害微生物,从而降低雨水对地下水的污染。
3增加海绵城市的地下水存储
透水铺装结构利用其较高的空隙率将雨水快速下渗到土壤中,它的渗透原理与地表土壤对水分的吸收和渗透过程类似,相较于传统铺装,透水铺装可削减地表径流0%~80%,在暴雨季节洪峰时可削减7%~70%,排水效果突出,作用明显。
4海绵城市与透水铺装相辅相成
近年来,暴雨季节时仅依靠地下管网排水系统已显现出城市官网的若干弊病,很难有效快速地排水,城市管网老旧,容量小,经常导致城区内涝;透水铺装路面则可通过雨水利用技术、辅助降水使海绵城市的水循环系统效率更高,体现了城市所谓的“海绵”作用,进行海绵城市建设日趋紧迫;而海绵城市建设顺理成章的采用了透水铺装技术,使其得到迅猛发展,两者互相成就。受降雨强度影响的透水路面排水能力分级
历年来天津市平均降雨量为520~660mm,主要汛期受季节影响明显,七月降雨最多雨量为170.6mm,为全年的27.5%;夏季降雨量最大,约为全年的68.9%;冬季最小,不足年降雨量的1%。
结合天津市历年降雨量分析空隙率与渗水系数的相关性,可将特征降雨量按等级分为三大类,根据路面结构配合比试验结果,从而确定透水铺装结构的空隙率。
1“小雨”等级时,无需铺设透水路面,地表降雨可通过路面横坡及排水设施排出。
2“中雨”等级时,因降雨量增加需铺设透水路面,路面结构的空隙率应大于15%,在不影响路面使用功能的情况下,可确保道路表面的水分快速排出。
透水铺装的工程应用管理
(一)透水铺装工程规划管理
在透水铺装工程的规划阶段,需熟悉掌握工程概况、明确建设海绵城市透水铺装工程规划的目标,并依据当地的地域及气候特征、自然及人文环境等因素,进而选择透水铺装的路面结构,确定相关路面性能技术指标及经济指标,梳理比较设计方案,对项目整体的规划效果进行综合评价,进而确定科学合理的建设方案。
1主要影响因素
受自然条件影响的指标是透水铺装工程规划的重要因素,通过研究分析冻融劈裂强度、低温弯曲破坏(透水沥青混合料指标)等指标以确定透水铺装在该地区是否适用,其次要充分调研路面结构所需承载的路面交通条件,包含交通流量、荷载等,需考虑作为结构和材料配合比设计的重要因素。
2雨水治理与利用
降雨情况是是否建设海绵城市的重要因素,透水铺装工程也需分析降雨量、降雨强度及降雨重现期等指标。当土基结构原有的湿度较小,铺装后土基的透水能力可以得到显著提升,当土基结构原有的湿度较大时,透水能力就不会太明显。透水铺装前应布设好地下雨水设施,可收集透水铺装渗透的雨水,通过集中处理后充分利用。(二)透水铺装工程设计阶段管理
在透水铺装工程的设计阶段,首先要对规划项目的施工环境进行勘察设计,根据勘察设计的结果对透水路面的组合结构进行设计,选取最优佳设计方案,以满足透水的路用性能,且通过试验检测验证设计方案的各项技术指标,确保设计方案的合理性、科学性,体现技术在施工效果的良好可行性。
(三)透水铺装工程施工管理
在透水铺装工程的施工阶段,可根据工程施工要求可适当提高技术标准、加强监理的作用,科学监管施工过程、确保合理施工,可从根本上把控工程质量、控制工程计划和进度、节省成本及全面提高工程管理的水平,确保实现工程建设的目标。
1加强工程质量监理
对施工材料的严格把控。特别是透水铺装材料,要严把质量关以满足各项技术指标,做好进场前检测和详细记录。严格检验铺装的渗透功能。
2加强施工技术管理
透水铺装工程中的专业施工技术、施工方法和工程管理等均需对施工人员进行技术培训。根据施工技术要点,严控施工技术管理的各个环节。包括工程可行性研究、方案确定、图纸审查、施工组织设计及竣工资料归档。
3规范全过程施工管理
需将设计和施工环节紧密结合,对工程建设过程严加监管,将设计理念贯彻到工程建设中,达到施工与设计的统一。透水铺装工程的承发包建设可通过工程总承包模式(EPC)进行。
(四)透水铺装工程运营管理
(1)定期对路面结构进行全面技术指标检测以掌握路面状况,对发现的问题和病害需要及时记录并反馈处理,准确掌握可能产生的不良后果。
(2)针对透水铺装破坏的结构病害需及时进行有效的维修加固和养护,尤其是对早期病害的维修养护,可以有效防止其恶化加剧造成严重后果。
(3)还应清理堵塞的排水系统,重点研究孔隙结构的清洗技术及作业流程。
▎资料来源:《中国公路学会养护与管理分会第十一届学术年会论文集》,节选自《透水铺装技术要点及应用管理研究》,作者:张珺
▎本期编辑:黄超超
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