三种透水材料对武汉市巡司河地区径流量控制的影响

余太平 何延召 蔡 洪 李 孟 詹志威

（1.湖北省城建设计院股份有限公司 湖北武汉 430050 2.武汉理工大学土木工程与建筑学院 湖北武汉 430070）

引言

近年来，透水铺装运用广泛，与传统路面相比，透水路面提高了雨水渗入地下的速度，减少了地表的雨水径流量[1～2]，并可延迟径流达到峰值的时间[3]。为了提高透水铺装对雨水径流的削减作用，同时弥补对基层材料的研究的不足。本文从透水铺装地面的结构，透水铺砖地面滞蓄暴雨径流的能力等角度进行试验研究，以期为海绵城市的建设提供技术支持。

1 透水材料概况

1.1 透水混凝土

透水混凝土用强度等级为42的普通硅酸盐水泥，10mm和18mm两种粒级的卵石为骨料，根据透水性及强度等原则确定配合比制成。搅拌时先往骨料中加入水，使骨料吸水率为2%，骨料表面被润湿后再加水泥拌和，表面形成水泥粉壳，最后加入水搅拌均匀。该搅拌顺序能使混凝土骨料表面形成厚度均匀的水泥浆层，以保证必要的强度和透水性。混凝土浇筑1d后开始常温下洒水养护，每天洒水5次，养护7d后进行自然养护。

1.2 陶瓷透水砖

陶瓷透水砖是用由低温胶粘剂，低温高黏性黏土，工业废料和成孔剂，根据透水性及强度等原则确定配合比制成。将煤矸石、废玻璃先用破碎机进行破碎，再用球磨机磨均匀。将水、胶粘剂和粗细固体颗粒分别混合均匀，在模具的上层加人细粒径混合料，上下层的厚度比为l：4，在650t的压力下压制成型。最后放入隧道窑中，先在110℃的条件下干燥1h，再放入1160℃高温下锻烧1.5h。待炉温降至室温后取出。

1.3 透水沥青混合料

透水性沥青路面用沥碎石和矿粉制成。9.5～13.2mm粗集料占42%，4.75～9.5mm粗集料占36%，0.075～2.36mm机制砂占16%，矿粉占6%，并确定最佳油石比为5.0%。为避免集料发生干涉，形成足够的空隙率，对关键筛孔2.36mm、4.75mm的集料通过率进行严格控制，减少2.36～4.75mm的集料用量。固定矿粉用量为6%，选择2.36mm筛孔通过率在14%、16%、18%、20%的4种级配。

2 透水铺装地面滞蓄雨水径流研究

2.1 试验装置

本研究设置两套模拟装置：①人工模拟降雨系统；②透水路面试验装置。其中人工模拟降雨系统通过人为控制降雨条件模拟降雨过程。

路面试验装置分为三部分，即透水混凝土、透水沥青混合料、陶瓷透水砖3种路面装置尺寸均为0.5m×1.0m。透水路面试验装置从上至下分为3层结构：透水面层、水泥稳定碎石基层、级配碎石基层，每层厚度为200mm。在透水路面各个结构层底每隔100mm，加装1根DN20穿孔管，开孔直径2mm，每周4个，横向间距10mm。

2.2 试验方案

运用人工模拟降雨装置和透水混凝土路面试验装置，进行透水混凝土路面削减雨水径流试验。选取3、5、10年一遇3种降雨情景（降雨历时为3h）对三种透水路面进行模拟分析。

将透水砖饱和样四周用密封胶带密封，使其侧壁不渗水，水仅能通过试样的上下表面。将密封好的饱和样安装入透水系数实验装置，同时将制备好满足实验要求的无氧水加入实验装置中，调节供水阀门，人工模拟降雨。

3 模拟结果与分析

3.1 不同降雨情景下的模拟比较

选取3、5、10年一遇3种降雨情景（降雨历时为3h）对三种透水路面进行模拟分析，模拟结果见图1。可以看出：在添加了透水路面后，在3年一遇至10年一遇的降水条件下，陶瓷透水砖路面的径流总量分别减少了33%、27%、19%。透水混凝土路面的径流总量分别减少了24%、20%、15%，透水沥青路面的径流总量分别减少了69%、63%、51%，由模拟结果可以看出透水路面对于降雨径流具有截流减量的作用，但随着降雨强度的增大，径流截流效率会随之减小。透水沥青路面对总径流量有较强的截流效果。

图1 不同降雨重现期下各透水路面的效能

3.2 洪峰削减情况

选取三种透水路面峰值流量和峰现时间来进行比较，如图2所示。

图2 径流量对比

从图2可以看出，3种路面的径流峰值流量比较分别为：陶瓷透水砖（1.99m3/s）＞透水沥青（0.593m3/s）＞透水混凝土（0.13m3/s），径流峰现时间从早到晚排序分别为：陶瓷透水砖（0：55）、透水沥青（1：00）、透水混凝土（1：55）。相较于透水混凝土，陶瓷透水砖使雨水径流迅速达到峰值，且峰值流量为开发前的数十倍；而透水沥青使径流峰值出现时间虽然仅稍有延迟，但峰值流量得到大大减少（70.4%）；透水铺装提高了排水系统的雨洪调控能力。

4 结论

（1）作为一种典型的BMPS技术，透水铺装地面持久的入渗能力使其具备良好的滞蓄雨水作用，而透水铺装地面对初期雨水径流也起到分散化处理污水、减轻城镇污水厂的冲击负荷的功效。

（2）透水铺装作为建设海绵城市的重要技术，是雨洪调控的有效手段之一。经过透水铺装，研究区域内径流总量削减率及峰值流量削减率均可达到70%。

（3）透水沥青混凝土透水性能优于陶瓷透水砖，而混凝土砖的透水性差不适宜作为透水材料使用。