透水砖铺装在典型气候地区的应用探讨

透水砖铺装在典型气候地区的应用探讨

李妍娜孙洋

中国核电工程有限公司郑州分公司核工程研究设计所河南省郑州市

前言2014年10月，住房城乡建设部发布《海绵城市建设技术指南》[1]，指南提出低影响开发模式。透水砖铺装作为低影响开发模式中透水铺装的一种形式，具有适用区域广、经济、施工方便，可补充地下水并具有一定的峰值流量削减和雨水净化作用，适用于轻型荷载道路、停车场、广场、人行道、步行街等。

由于我国地域广阔，各地气象、水文、地质状况差异较大，而国内的透水性路面的研究主要局限于透水材料本身，并没有真正将透水铺装结构当做系统来研究。因此，统一设计方法，因地制宜制定透水砖的铺装结构是非常必要的。根据多年业务范围，选定在兰州、北京、成都、汕头四座典型气候地区建设透水砖铺装的小型停车场地面。

1.建设场地基本情况

根据建设场地的暴雨强度，地基土壤、地下水埋深、冻土深度等资料，制定几种不同的透水砖铺装结构。

兰州属于半干旱内陆地区，土壤类别为砾砂，地下水埋深7.00~7.50m，冻土深度1.00m。

北京属于半湿润内陆地区，土壤类别为粉土，地下水埋深12.00mm，冻土深度0.85m。

成都属于湿润内陆地区，土壤类别为粉质粘土，地下水埋深6.00m。

汕头属于湿润沿海地区，土壤类别为淤泥土，地下水埋深1.00m。

2.设计降雨计算

根据规范[2]，“透水砖路面应满足当地2年一遇的暴雨强度下，持续降雨60min，表面不产生径流的透（排）水要求”。

各地设计暴雨强度按下式[3]计算

其中：q——设计暴雨强度（L/（s?ha））

P——设计重现期（a）；

t——降雨历时（min）；

A1，C，b，n——参数，根据统计方法进行计算确定。

经计算，重现期2年，降雨历时60min的降雨量分别为：兰州18.09mm，北京44.62mm，成都45.53mm，汕头59.44mm。

3.透水砖铺装结构

结构一（兰州）：面层：60mm透水等级B透水砖+找平层：30mm中砂、粗砂+基层：300mm级配碎石+垫层：150mm中砂垫层+土基：砾砂。

结构二（北京）：面层：60mm透水等级B透水砖+找平层：30mm中砂、粗砂+基层：250mm级配碎石+垫层：150mm中砂垫层+土基：粉土。

结构三（成都）：面层：60mm透水等级B透水砖+找平层：30mmM10干硬性水泥砂浆+基层：200mm透水性水泥稳定碎石+垫层：100mm级配碎石+土基：粉质粘土。

结构四（汕头）：面层：60mm透水等级A透水砖+找平层：30mmM10干硬性水泥砂浆+基层：200mm无砂大孔混凝土+垫层：200mm中砂垫层+土基：换填土。

4.结构层贮水量计算

透水砖铺砖能够削减洪峰的主要原因是路面结构本身能够贮存雨水，并向路基不断渗透。若不考虑土基下渗量，则结构层贮水量直接影响透水砖铺装的使用效果。

结构层含水量H与结构层厚度和其平均有效孔隙率有关，计算公式如下：

H=Ha×v

式中：H——透水砖铺装最大贮水量，mm

Ha——透水砖铺装结构层厚度，mm

v——透水砖铺装结构层的平均有效孔隙率，%

透水砖铺装结构层的平均有效孔隙率由选用透水砖的透水等级，找平层、基层、垫层材料组成以及施工质量等决定，但不得小于10%。若四种结构层有效孔隙率均按15%考虑，则建设于兰州、北京、成都、汕头的四种结构层计算的结构层含水量H1，H2，H3，H4分别为：81.00mm，73.50mm，58.50mm，73.50mm。

四个地区重现期2年，降雨历时60min的降雨量分别为：兰州18.09mm，北京44.62mm，成都45.53mm，汕头59.44mm。

由上述计算可知，四种铺装结构最大贮水量均大于对应地区设计降雨量，结构层贮水量能满足设计要求。

5.透水砖铺装强度核算

设计荷载为汽车标准轴载Bzz-100，车辆类型为单后轴客车，车型宇通ZK6105H，前轴重40kN，后轴重80kN，交通量166veh/d，计算各铺装结构强度。

结构一和结构三，基层采用柔性材料，结构二基层采用半刚性材料，三种结构层均利用沥青路面设计方法核算其强度；结构四基层采用刚性基层，利用水泥混凝土路面设计方法核算其强度。

（1）结构一~结构三强度核算

根据《透水砖路面技术规程》（CJJT188-2012）透水砖厚度与沥青混凝土面层厚度的换算系数为0.7~0.9，结构一~结构三透水砖的厚度均为60mm，换算系数按0.8考虑，换算成沥青混凝土面层厚度为75mm。

设计参数如下：

——公路等级：四级公路

——设计年限：10年

——设计年限内累计当量轴次：302950

——公路等级系数：1.2

——面层类型系数：1.2

路面设计弯沉值：结构一110.8（0.01mm），结构二110.8（0.01mm），结构三102.1（0.01mm）。

计算路表弯沉值：结构一：107.1（0.01mm），结构二100.3（0.01mm），结构三73.4（0.01mm）

计算路表弯沉值均小于对应的设计弯沉值，因此结构一~结构三的强度满足设计交通流量荷载需求。

（2）结构四强度计算

结构四透水砖铺装用于普通停车场，不考虑2轴6轮及以上车辆通行（设计车型宇通ZK6105H为单后轴客车）。由于轻型车对混凝土路面的疲劳损伤可以不计，交通调查时“剔除2轴4轮及以下的客、货运车辆交通量”[4]，且结构四各结构层厚度均满足最小铺装厚度要求，因此，其强度可满足小型停车场地面铺装要求。

6.冻土厚度验算

结构一和结构二分别用于兰州地区和北京地区，需要进行冻土厚度验算。

结构一位于兰州地区，该地区多年最大冻深1.00m，路基类型中按干旱考虑，根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006），最小防冻厚度45.00cm，结构一的结构层厚度为54.00cm，能够满足防冻要求。

结构二位于北京地区，该地区多年最大冻深0.85m，路基类型按中湿考虑，根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006），最小防冻厚度为43.50cm，结构二的结构层厚度为49.00cm，能够满足防冻要求。

由上述结构层贮水量、铺装强度核算、冻土厚度验算可知，四种结构层均能适应当地气候环境，满足透水性和强度等要求。

7.结语

（1）随着“海绵城市”在全国范围的开展，透水砖铺装作为操作强、适用性广的一种低影响开发措施，可得到广泛应用。

（2）由于我国地域广阔，各地气象、水文、地质状况差异较大，透水砖铺装结构应根据地区差异做调整，本文提出透水砖铺装的设计流程，并以兰州、北京、成都、汕头四个典型气候地区的停车场地面为例，对该设计流程进行验证，为透水砖铺装应用提供了一套设计分析思路。

（3）通过透水砖铺装的建设，可削弱洪峰，降低场地排涝压力，减少雨水管管径，进而减少工程投资；可调节区域气候，缓解城市热岛效应；可有效补给地下水，减少因地下水过度开采造成的地下漏斗和地面下沉。具有较好的经济、社会、环境效益。

参考文献

[1]海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行），住房城乡建设部，2014年10月

[2]CJJT188-2012，透水砖路面设计规程

[3]GB50014-2006，室外排水设计规范（2014年版）

[4]JTGD40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范