透水路面结构设计及施工过程中的问题分析与解决方案

马阳

2021年5月，广州市海绵城市建设领导小组办公室印发了《广州市海绵城市建设实施方案（2021-2025年）》；广州各地于2020年起，各区按指标落实海绵城市建设，在市政道路工程中，海绵城市落地主要通过人行道透水铺装和绿化带生态海绵建设完成各项目及地块的总体海绵指标，根据各类研究结果表明，透水路面结构能有效地降低地标径流。在设计和施工过程中，开展了对于人行道的全透半透路面结构的适应性分析，并结合实际施工工艺对不同路面结构、路面集水、边缘排水方式在实际运行中的效果进行了梳理及优化。

《广州市海绵城市建设实施方案（2021-2025年）》提出到2025年底广州45%建成区达到海绵城市建设要求，方案要求广州市新、改、扩建项目均应落实海绵城市建设理念及指标要求，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用；同时方案要求，在项目建设方案、可行性研究报告、初步设计、施工图等各设计阶段，编制海绵城市建设专篇。但各阶段对于透水路面结构的设计深度不同，导致同一片区下各类透水结构并存，另外透水路面在使用、养护期间比较容易出现各种病害问题，导致最终海绵城市在设计阶段的指标完成情况与施工后效果评估相去甚远。

针对上述问题国内学者开展了研究，王睿通过室内模拟实验分析了水分对地表径流的影响、路基土壤含水量变化的规律,以及初始土壤含水量对降雨入渗速率的影响。郑晓光、陈亚杰根据上海气候、雨水、土壤等特点提出了不同区域透水路面典型结构,确定了边缘排水系统的设置。本文主要通过广州几个项目从规划、设计、施工、服役四个阶段对人行道透水路面结构进行分析和梳理，并提出相关解决方案。

一、人行道透水路面结构的技术要求

本文主要通过两本规范的相关技术要求进行分析：

（1）对于透水砖路面，《透水砖路面技术规范》中要求透水砖路面下的土基应具有一定的透水性能，土壤透水系数不应小于1.0×10-3mm/s，且土基顶面距离地下水位宜大于1.0m。当土基、土壤透水系数及地下水位高等条件不满足要求时，宜增加排水设计内容。

（2）对于透水水泥混凝土路面（本文借鉴了透水混凝土路面的相关技术要求）：《透水水泥混凝土路面技术规程》中要求全透水结构设计时应考虑路面下排水，路面下的排水可设排水盲沟，排水盲沟应与道路设计时的市政排水系统相连，雨水口与基层、面层结合处应设置成透水形式，利于基层过量水分向雨水口汇集，雨水口周围应设置宽度不小于1m的不透水土工布于路基表面。

另外，根据各地的海绵城市建设技术指引、标准图集，透水人行道路面结构主要分为三类：

（1）全透路面结构—水直接透过整个路面结构层通过土基下渗，该类路面结构对土壤的透水系数有一定要求。当土壤透水系数太小时，由于水流下渗较慢，可能对于路面结构下方的土基造成不利影响，甚至造成全透路面结构人行道的塌陷，这对行人通行的安全和舒适均有较大的影响；但下渗的水体对于地下水资源补充、道路周边水平衡和生态改善有一定的积极作用。

（2）半透路面结构—面层和基础均为透水材料，在基层与土基之间设置防水层和引流设施进行路面结构内水流的导流防止水流进入土基中，减少了地面径流量，但对施工工艺要求较高。

（3）表层排水路面结构—仅面层为透水材料，在面层与基层之间设置防水层和引流设施进行路面结构内水流的导流，一定程度上降低了路面积水的严重程度的同时有路面降噪等功能，但此结构形式对路面结构设计的要求较高，需要在面层与基层之间设置隔水层，行人和非机动车共板设置但路面结构不同时对路面结构横向排水提出了更高的要求。

三类路面结构的透水及不透水层设置情况如下图1所示。

图1 三种路面结构透水情况

三种路面结构各有优缺点，广州大部分地区的土方透水系数达不到规范要求，采用全透路面结构的容易导致路面结构破坏，从而影响行人通行的舒适性；半透路面结构和表层排水路面结构对设计和施工的要求更高，需要考虑采取其他措施保证人行道位置的横向和纵向排水以及土基的防水要求，其结构一般仅通过防水土工布作为隔水层，施工过程、施工工艺和施工人员的标准化操作程度对半透路面结构的排水效果有极大的影响，实际服役效果对施工质量依赖性较大；另外在半透路面结构服役期间容易出现渗水和渗水导致土基稳定性下降从而引发路面不平整等问题；表层排水路面结构有基层作为隔水层。然而表层排水结构在实际工程中往往不易被建设单位接收。为此，本文从边缘排水设计和路面结构衔接设计的角度进行优化调整分析。

二、路面结构层边缘排水结构改善方案

广州地区以半透路面结构和表层排水路面结构为主，两种方式的路面结构对边缘排水结构方案设计都提出了更高的要求，主要包括两部分，首先是整体路面结构与边缘排水设施的衔接设计；其次是人行道、非机动车道共板时的路面结构设计。

整体路面结构与边缘排水设施的衔接设计主要包含排水盲沟、人行道横向排水管、人行道上集水设施设计。设计思路是排水盲沟应与道路设计时的市政排水系统相连，雨水口与基层、面层结合处应设置成透水形式，利于基层过量水分向雨水口汇集，具体包含以下要点：

（1）渗沟设计，渗沟设置于面层下方，根据面层和基层透水的情况设置防水土工布和透水土工布；（2）人行道处的雨水收集井，考虑到横向排水接入溢流井的间距较大，可以设置雨水收集井增加纵向收水的设施；（3）人行道下方横向排水收集管，横向主要通过人行道横坡进行雨水汇流，考虑到路面结构对横向排水的影响，设置横向排水收集管可以有效地缓解由于横坡小以及路面结构局部阻塞产生的排水不畅问题；（4）溢流井，结合道路断面情况，可在绿化带或路外雨水花园位置设置溢流井，设置时应考虑与人行道的雨水收集井的纵向关系；（5）当设置树池时，应在树池与侧石之间预留渗沟设置宽度，保证人行道排水方向的一致性。路面结构与边缘排水设施的衔接设计如下图2所示。

图2 路面结构与边缘排水设施衔接设计

道路整体结构设计中横向排水问题一般出现在人行道与非机动车道共板的情况下，非机动车道设置单独的沥青结构层时会同时设置压条，压条对横向路面水的收集产生了较大的影响，如下图3所示。为此项目中提出了三种解决方案：（1）需要将压条设置为透水混凝土以保证水流的横向流动，缺点是此方案不适用于景观要求较高、全线设置了花岗岩或者仿花岗岩材质人行道的情况；（2）压条继续采用花岗岩或者仿花岗岩材质，把压条的厚度压缩至6cm厚（由于压条长度为1m，厚度太薄容易产生碎裂的情况），压条下方采用4cm中粗砂保证水流在路面结构层内的横向流动，缺点是中粗砂对于压条的粘结性差，压条容易松动，对施工工艺要求较高；（3）将纵向渗沟改为中间设置，通过路面结构层进行横坡调整，此方案对施工要求极高，且渗沟稳定性差的情况下容易在人行道服役过程中产生中间凹陷路面积水的情况。

三、路面结构层下基层的整体设计改进方案

前一节根据现场实际情况优化了路面结构变边缘排水和结构层内排水的设置，但依然存在以下几个问题：（1）隔水层未形成整体，路面结构下方的渗沟成为局部结构易破坏点，结构的整体性不强；（2）渗沟的收水集水功能较弱，需要依靠横向管道和雨水收集井进行储水，路面结构整体性被井和下方埋设的管道破坏，井和管位置易损坏后塌陷导致人行道平整度受到影响；（3）现状渗沟收集的雨水最终进入雨水管，蓄存水流较为集中，难以对城市道路的水流进行分段的储存，且在使用时难以适宜各个路段的植被对水流的需求状况。根据以上问题，提出了一种整体式的透水路面结构，以解决上述提出的现有的路面结构整体性弱，储水结构蓄存水流较为集中，难以对城市道路的水流进行分段的储存，且在使用时难以适宜各个路段的植被对水流的需求状况的问题。优化后的整体式表层排水路面结构包含以下设计要点：（1）下基层与旁边储水结构一体化设计，用水泥混凝土一体化浇筑，这样使得整个下基层形成一个整体，储水设施的一并设置减少了雨水收集井的设置，路面结构的整体性更强；（2）路面结构两侧设置砂石过滤层，过滤层下方设置过滤网板，过滤网板下方设置土壤过滤层，经过三层过滤层，在完成下渗路面结构后，蓄水和净水同步完成；（3）储水结构内置封闭层，储水结构内设置了横向和纵向延伸管，由于储水结构为一体浇筑，内置的管道不会因为破损而对路面结构产生不利影响，通过两类延伸管和排水通孔可以将过滤后的水排入周边绿地；（4）储水结构内部可以设置支撑水泥块，通过水泥块的限位槽和弹簧伸缩杆装置控制水泥板开合，从而达到统一储水，达到根据绿地植物、周边用地情况分段排水的效果。具体结构形式如图4所示。

图4 整体式的透水路面结构

四、结语

随着海绵城市建设要求的不断提高，从原来的面积指标慢慢发展到对水治理的量化指标，市政道路工程设计过程中应避免应付式设计的拿来主义，应该更多地从项目实际出发，结合项目所在地理位置的道路断面、路面结构类型、土壤条件、荷载条件、周边土地利用情况进行合理的设计。本文进行了两个方面的设计优化：首先是根据现有的全透路面结构、半透路面结构、表层排水路面结构在原有项目服役后的使用保养情况，结合施工技术对设计的影响，对透水结构形式的细节进行了优化，包括路面整体结构横向排水设计以及道路结构与边缘排水结构的衔接设计；其次是对整体式路面结构进行的优化，包括整体结构性优化、过滤系统优化、排水方式优化等。提出了几个完善设计的优化方案旨在为透水路面的发展和实际应用、保证海绵城市建设指标的落实。