城市道路透水性沥青路面结构研究

城市道路透水性沥青路面结构研究

郁非凡

中船第九设计研究院工程有限公司   上海市   200090

摘要：透水性沥青路面结构是一种利用透水混凝土或透水沥青混合料，以及合理配置的集水层和基层等组成部分的道路结构。它能够让雨水快速渗透，降低雨水径流的生成，从而减少洪涝风险。同时，改善地下水补给、缓解城市的热岛效应、提高水质和保护生态系统等环境效益。本文将重点探讨透水性沥青路面结构的研究和设计，包括材料研究、结构设计、排水性能研究和环境效益评估等方面的内容。为城市规划和交通工程领域提供有益的指导和决策支持，推动透水性路面技术的应用和发展。

关键词：材料研究；结构设计；城市规划

前言：在城市规划和交通领域，透水性沥青路面结构正日益受到重视。传统的非透水路面往往会导致雨水积聚和洪涝风险，同时也对城市的水资源管理和环境质量造成了一定的压力。因此，通过研究和设计透水性沥青路面结构，可以有效解决这些问题。

一、结构研究

（一）透水层配置

（1）透水层的厚度应根据设计要求和预期的透水性能来确定。较厚的透水层可以提供更大的透水容量，但同时也会增加建设成本。因此，需要在成本和透水性能之间进行权衡和平衡。（2）透水层可采用透水混凝土或透水沥青混合料。透水混凝土通常具有较高的透水性能和耐久性，但成本较高。透水沥青混合料相对成本较低，但透水性能较透水混凝土略逊一筹。（3）透水层的孔隙结构直接影响其透水性能。孔隙结构包括孔隙率、孔隙分布和孔径大小等。适当的孔隙结构可以使雨水能够快速渗透到透水层中，同时保持透水层的强度和稳定性。（4）透水层需要有稳定的基层支撑。基层可以采用稳定的砾石或砂石层，以提供足够的支撑和强度，确保路面的稳定性和耐久性。（5）硬肩带是可选的设计元素，位于透水层的两侧。硬肩带可以增加透水面积，并引导雨水进入透水层。硬肩带可以使用透水材料或透水混凝土构建。

透水层配置需要综合考虑交通负荷、降雨情况、地下水位和土壤条件等因素进行优化。在实际设计中，需要根据具体的项目要求和现场情况进行合理的透水层厚度和材料选择，以实现最佳的透水性能和使用寿命。

（二）集水层设计

第一，集水层通常由粗砂和碎石等材料构成，以具备良好的渗水能力和耐久性。材料应符合相应的规范要求，并经过适当的筛选和清洗以确保质量。集水层的孔隙率和孔径直接影响其渗水能力。适当的孔隙率可以容纳足够的雨水，并促进水流的渗透和排水。此外，孔径的选择应根据期望的排水速度和设计降雨强度等因素进行合理确定。

第二，集水层的厚度应根据设计要求和预期的雨水排水量来确定。较厚的集水层可以提供更大的储水容量，但同时也会增加建设成本。而较薄的集水层则可能限制了雨水的储存和排放能力。因此，需要在成本和功能之间进行适当的权衡。

第三，在集水层设计中，还需考虑设置相应的水平和垂直排水设施，以便雨水顺利流入集水层。这包括设置排水沟、管道和井盖等，确保雨水能够有效地进入集水层进行渗水和排水。集水层作为雨水排水的关键层次，需要定期维护和清洁，以防止杂物堵塞孔隙和影响排水性能。定期的清理工作可以保持集水层的正常运行和良好的排水效果。

适当的集水层设计可确保透水性路面的良好排水性能，减少积水问题，并降低洪涝风险。设计人员应综合考虑城市规划、交通负荷、降雨情况和土壤条件等因素进行合理的集水层设计，并根据实际情况进行调整和改进。

（三）基层支撑

在城市道路透水性沥青路面结构中，基层支撑是路面结构的主要支撑层，其作用是提供稳定的基础和强度，以确保透水性路面的稳定性和耐久性。以下是一些基层支撑的设计原则：

第一，基层可以采用不同类型的材料，如砾石、砂石、碎石等。材料应符合相关规范并具备足够的强度和稳定性，能够承受交通负荷和路面结构的荷载。基层的厚度应根据交通负荷、土壤条件和设计要求等因素进行合理确定。较厚的基层能够提供更大的支撑面积和强度，但也会增加建设成本[1]。

第二，压实密度和均匀性：基层材料应根据规范要求进行适当的压实，以确保材料的密实度和均匀性。良好的压实可以提高基层的强度和稳定性，并减少后期沉降和变形的风险。基层的排水能力对于整个透水性路面结构的排水性能至关重要。基层应具备足够的渗水性能，以便将雨水快速引导到透水层和集水层中。

第三，在存在软弱地基的情况下，需要对基层支撑进行特殊处理，以增加地基的稳定性和承载能力。常见的方法包括加固、加厚或改良软弱地基。在基层支撑施工过程中，需要进行质量控制，确保材料的正确使用和压实效果的达标。这可以包括密实度测试、压实控制及时调整等。

通过合理的基层支撑设计和施工质量控制，可以确保透水性沥青路面结构的稳定性和耐久性，并提高整体路面的使用寿命。

二、材料研究

透水混凝土是一种具有开放孔隙结构的材料，可以让水通过，实现透水效果。研究者通过调整混凝土的配合比、粒径分布和孔隙率等参数，以及添加特殊的填料和添加剂，来提高透水性能和强度。

第一，透水沥青混合料是一种在沥青中加入透水剂或填料的材料，使得整体材料具有透水性能。研究者通过优化透水剂的类型、用量和填料的粒径等参数，来实现透水效果并保持沥青混合料的强度和耐久性。

第二，填料和添加剂在透水性沥青路面结构中起着重要作用。研究者通过选取适当的填料（如矿料、沙子、细颗粒材料等）和添加剂（如聚合物、纤维等），来改善材料的透水性、强度、抗裂性和耐久性等方面的性能。

第三，材料研究还包括对透水性沥青材料的性能评价。研究者使用一系列实验方法，如透水性能测试、抗滑性能测试、强度测试和耐久性测试等，来评估材料的性能，并与传统非透水材料进行对比[2]。

三、排水性能研究

第一，透水性路面结构需要能够有效处理和排除雨水，以防止积水和洪涝。研究者探索各种水流处理技术，如构建适当的水流引导系统、采用过滤和沉淀等技术来提高透水性路面结构的水流处理能力。

第二，利用数值模拟方法，研究者可以模拟和分析透水性路面结构中的水流行为。通过建立数学模型和运用计算流体力学（CFD）等方法，评估不同结构参数对排水性能的影响，并优化设计。

第三，通过在实际透水性路面结构上的监测和评估，研究者可以了解其排水性能在不同条件下的实际表现。监测水位、水压和水流速度等指标，以及观察路面表面的水流情况。透水性路面结构的排水性能研究与雨水管理紧密相关。研究者通过综合考虑城市雨水系统和透水性路面的相互作用，探索如何将透水性路面结构与其他雨水管理措施（如雨水花园、雨水收集系统等）相结合，从而提高整体排水效果[3]。

通过以上研究和实践，不断完善透水性沥青路面结构的排水性能，可以有效减少积水、洪涝和表面水损害，提升道路的安全性和可持续性。

四、环境效益评估

透水性沥青路面结构可以促进雨水的自然渗透，减少表面径流，降低洪涝风险。环境效益评估可以评估透水性路面在雨水管理方面的效果，如减少排污物负荷、改善城市暴雨排水情况等。

一方面，透水性路面结构通过让雨水渗透到地下水层，有助于提高地下水储量。环境效益评估可以评估透水性路面对地下水补给的潜在贡献，并分析其对水资源保护的积极影响。减缓城市热岛效应，即城市中心地区温度较周围地区更高的现象。环境效益评估可以研究透水性路面对热岛效应的缓解作用，分析其对改善城市环境舒适度和空气质量的潜在影响。

另一方面，透水性沥青路面结构可以通过过滤和沉淀作用净化雨水，减少污染物的入侵到水体中。环境效益评估可以评估透水性路面对水质改善的效果，如减少水中悬浮颗粒物、减少污染物输入等。透水性路面结构有助于维护和恢复城市生态系统。此外，还可以评估透水性路面对生物多样性的影响，并分析其对保护城市生态环境和生物栖息地的潜在效益。

通过全面评估透水性沥青路面结构的环境效益，可以为决策者提供科学依据和指导，促进透水性路面技术的应用和推广，实现可持续城市发展。

结束语：综上所述，透水性沥青路面结构的研究和设计对于解决城市水资源管理、减少洪涝风险和改善环境质量具有重要意义。在未来的工作中，相关人员需要不断深入研究和创新，以推动透水性路面技术的进步和应用，为建设更加可持续和宜居的城市做出贡献。

参考文献：

[1]付建波.城市道路沥青路面结构力学分析[J].科学技术创新,2023(4):161-164.

[2]马哲.基于透水性能的透水沥青路面结构设计[J].黑龙江交通科技,2023,46(07):36-38.

[3]祁文洋.透水沥青路面结构力学性能浅析[J].城市道桥与防洪,2020(04):162-163+22.