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透水砖铺装在市政道路工程中的应用

时间:2021-05-07 13:22:39 点击: 作者:云南恒德建材有限公司 来源:http://www.ynhdjc.cn

  以北京为例,北京地处华北平原,气候干燥。全市人均水资源占有量约为全国的1/8—1/6.世界的1/25.近年来,北京城市化进程不断加快,水资源短缺问题日益突出。随着城市建设规模的扩大,硬化地面使自然降水更难渗入土壤,地下水资源无法得到及时补偿。

  目前,我市人行道、步行街、休闲广场的铺装多采用普通防滑方砖、彩色水泥方砖或方砖。在雨天,上述路段的地面降水大部分流入雨水进口和支线,然后通过城市排水系统排入外部水系。由于人行道、步行街、休闲广场等场所渗水性能较差,一方面难以及时补偿土壤中的地下水,另一方面加大了城市雨水管网的排水压力,暴雨过后,部分地区排水能力明显不足。如果暴雨持续时间较长,部分路段会因严重积水而发生洪水,甚至堵塞交通。这种铺路方式在晴天蒸发大量水分,增加了太阳辐射的反射强度,导致地表温度偏高,使城市气温明显高于周边郊区。它就像一个从海中凸出的岛屿。人们形象地称之为“热岛效应”,它严重影响着人们的城市生活。

  在水资源严重短缺的今天,从科学发展的角度来看,城市建设应该在可持续发展和环境保护的前提下进行。近年来,透水砖能有效补偿地下水资源,平衡城市生态系统,拦蓄洪涝,透水透气,减少扬尘和噪声,提高城市生活舒适度,透水砖的使用受到业界的广泛关注。就透水砖在市政道路中的应用进行了探讨。

  一、透水砖简介

  1. 透水砖的类型

  透水砖从材质和生产工艺上可分为烧结性透水砖和免烧透水砖。

  烧结透水砖是以无机非金属材料(含固体工业废渣、生活垃圾和建筑垃圾)为主要原料,通过粉碎、成型等工艺处理后,经高温烧制而成的具有较大水渗透性能的铺地砖。

  免烧透水砖是以无机非金属材料为主要原料,利用有机或无机黏结剂通过成形、固化而成的具有透水砖性能的铺地砖。由于原材料成型后不经高温烧制而成,所以我们称其为免烧透水砖。

  从产品本身的性能和使用功能上又可将透水砖分为砖体本身透水的透水砖和砖体本身只能渗水或微弱透水的透水砖。本身只能渗水或微弱透水的透水砖也就是俗称的渗水砖,有烧结的,也有非烧结的。

  2. 透水砖的性能

  透水砖具有许多优良性能:

  1 )高透水性。 由于其具有很高的孔洞率,特别是连通孔,所以可以使部分雨水渗入地下,使得地下水得以补充,克服了城市路面(混凝土路面、沥青路面、瓷质广场砖、水泥砖路面)不透水的弊端,从而减缓了城市地下水水平面下降而导致地面下降的趋势。另外,由于部分降水渗入地下,这就减轻了城市下水道排污的压力和对江河湖泊的污染,也就减少了污水处理的费用;

  2 )由于透水砖主要原料是工业废渣,所以透水砖的生产减轻了工业废料给环境造成的污染;

  3 )由于透水砖的高透水性和这种材料的装饰效果特别好,所以它的使用将逐渐取代其他类似的建筑材料;

  4 )由于透水砖孔隙率高,所以吸声效果好,有防止噪声污染的功能,另外,其表面摩擦系数大,行人行走轻松自如。

  3. 透水砖的综合效益

  3.1 节水效益

  从北京多处铺设的透水透气路段进行测算,其自然截流率可达 30 %~40 % 。 同时又由于路面独特的透水透气空隙对土壤进行了一定的水气补偿,而起着保墒作用,因此,这种路面的节水效果十分明显。

  3.2 生态环境效益

  1 )渗透能力。 环保型路面透水砖的透水系数要求为 1 mm/s ,以北京夏季平均最大降雨强度 0.1 mm/s 计算,人行道、步行街、休闲广场等处的透水砖地面完全可以使雨水迅速下渗到垫层下,路面不产生积水。

  2 )改善水质。透水砖对下渗的雨水有吸附过滤作用,具有一定改善水质的功能。 根据北京建工学院初步试验结果,透水砖 COD ( COD 值越高,表示水中有机物污染越重)去除率高达 30 % , SS (悬浮物含量)去除率为 61.45 % , TN (总氮含量)去除率 7.4 % , TP (总磷含量)去除率 40.16 % 。

  3 )减少城市降尘,净化大气。 城市降尘的很大一部分是由于裸露在地面的尘土及大气尘埃所造成。这些降尘又大多浮于路表面。 由于透水透气性路面的空隙及透水性,部分降尘可随之渗入地下,使道路扬尘明显减少,对净化大气起到了积极作用。 当然长时间的降尘渗透易堵塞路面空隙而影响其透水透气性,但随着雨水的冲刷又可使其恢复原来状态。

  4 )缓解城市“热岛效应”、改善局部小气候。 研究资料表明:城市绿化覆盖率与热岛强度成反比,绿化覆盖率越高,则热岛强度越低,从而在城市中形成了以绿地为中心的低温区域,成为人们户外游憩活动的良好场所。 透水砖路面由于其保水作用,使地面具有“呼吸”功能,这样透水砖路面在夏季具有较低的温度和较高的相对湿度。透水砖可改变地表附近的温度和湿度。观测数据显示,在高温季节,透水路面的地表温度比不透水路面要低 2~5 ℃ ;在干燥季节,透水路面的地表湿度比不透水路面要高 1 %~3 % 。

  二、市政道路中常用的透水砖铺装

  1. 一般透水砖铺装结构组成

  透水砖铺装结构一般由 4 部分组成:面层、整平层、基层及垫层组成。

  1. 1 面层

  面层为水泥与级配砂石构成预制透水砖。一般规格为 250 mm×250 mm×60 mm ,由直径 10 mm 无砂的砾石混凝土构成,其空隙率可达 25 % 。

  1. 2 整平层

  整平层主要用石灰砂浆放在透水透气砖下面起稳定作用,其它处为粗砂或中砂以便渗水。

  1. 3 基层

  基层由透水性及蓄水性能较好又具有一定强度和稳定性的天然级配砂砾材料、级配碎石或无砂混凝土构成。

  1. 4 垫层

  垫层又称过滤层,由粗砂或中砂构成。 该层既可在雨水由地表向地下透渗过程中起过滤作用,又可防止软土路基污染基础层。垫层下一般直接与土路床相连。

  2.  透水砖铺装中两种基层的比选

  目前北京地区透水砖铺装的基层一般有两种,级配碎石或无砂混凝土。两种基层均能达到一定下渗率要求 [1] ,下渗率的大小与基层透水性程度成正比,与土壤初始含水率成反比。 在其他条件相同的情况下,基层采用级配碎石与采用无砂混凝土比较,前者的地面径流小于后者。但在地下水位较高或者路基下多为软土地基的地段,不宜采用级配碎石作为基层的透水砖铺装。

  3.  透水砖使用情况

  近年来,透水砖路面逐渐在北京许多道路工程中得到应用,例如“二七”剧场路东侧路段、三里河路东侧路段、西三环南路西侧路段、奥林匹克公园内的景观大道、丰台体育场等等。 这样做的目的一方面是利用透水砖来补偿地下水、减缓解城市“热岛效应”,另一方面是为了收集雨水。 但值得注意的是,透水砖铺装仅是雨水收集工程的一部分,虽然发达国家普遍使用透水砖来达到上述目的,但是他们都有一系列技术标准和规范及后期维护措施给予支持,收集并利用雨水的设想才能实现。

  我国目前实现此目的还有一些不足,主要是相关技术标准和规范还不完善,特别是雨水收集配套系统不健全。我们可以借鉴德国普及透水砖的作法,他们首先从公共区域开始,比如人行道、步行街、自行车道、郊区道路、郊游步行路、公共广场等做起,直至 80 % 的城市地面改建成透水地面。 比较可行的是在非机动车道上推广透水砖铺装。在进行非机动车道路面设计时,透水砖路面可以按照柔性路面进行设计。 考虑到这些场合偶尔有汽车荷载作用,因此按照四级公路的标准进行路面结构设计 [2] ,标准轴载采用 BZZ-100 ,累计标准当量轴次按 10 万次计,设计年限取 5 年 [3] 。 推荐一般结构为: 6 cm 透水砖(面层) +3~5 cm 中砂(整平层) +30 cm 级配碎石(基层) +15~20 cm 中砂(垫层)。

  三、结语

  1 )目前国内所有透水砖路面适用于对路基承载能力要求不高的人行道、步行街、休闲广场、非机动车道、小区道路以及停车广场等场合,按照柔性路面设计方法进行路面结构设计。

  2 )透水砖路面结构应设置柔性基层,以利于调节含水量变化导致路基变形。

  3 )透水砖路面具有补充地下水、消除城市热岛效应、减少城市内涝频次、改善城市人居环境等优点,社会效益明显,因此提倡广泛使用。

  4 )应加快制定透水砖铺装应用配套政策,促进城市雨水利用技术的推广应用,完善相关技术标准和规范的制定。

  5 )透水砖铺装设计、施工及后期维护都要考虑北方城市的环境问题。由于北方春、秋季刮风灰尘很大,细小的沙尘有可能将透水砖的缝隙堵塞,并可能出现泥浆,因此需要及时清除透水砖上面的杂质,另外,透水砖由于其性能和功能特点,要求路基处理得特别平整,而且要对不同材料不同层进行铺贴处理。 由于不同地区、不同地质条件、不同环境有不同要求,这就需要对施工技术严格规范。

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