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透水混凝土透水、容水功能设计与原则

透水、容水功能设计:

水泥混凝土路面是由路基、垫层、基层和面层等组成的层状结构体系,每个层次在承受交通荷载和自然因素作用时发挥着各自的作用。路面结构组合需要根据当地的交通,环境及材料供应情况,合理安排这些层次层位,确保各层材料发挥其最大效能,满足路面使用性能的要求,使之在造价最省的条件下达到整体结构性能最优。

一些情况下,透水混凝土只是简单替代不透水的普通路面,但更多时候透水混凝土路面系统设计时分别称为被动的和主动的径流缓解,被动的缓解系统能够收集大量降水,但不宜处理临近区域非透水面层流入的过剩径流,在设计主动缓解系统时,应能够维持特殊水平面的径流,并且可以处理现场其他部分的径流,包括建筑物,非透水的普通混凝土和缓冲区等,要确保从路缘、排水管、现场排水设施以及地表值被流出的水进入透水混凝土时不夹杂沉积物和土壤,以免引起系统堵塞。一项可行性研究发现,一个近似足球场大小的停车场在铺设透水混凝土面层后,约3.6公顷的城市化区域所表现出来的水文特性跟草地相差无几。


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透水、容水能力设计原则:

在透水混凝土路面设计中需要重点考虑三个因素,预期的降水量,路面特点和地下土壤的性质,而在透水混凝土路面系统中,水文因子决定于路面允许的地表径流强度,降雨后,一部分雨水被地面的洼地储蓄,部分渗入土壤,还有一些被地表植物吸收,所以径流量要低于降水量,同时径流也是土壤特性的一个体现,尤其是渗透率,沙织的和干旱的土壤能够快速吸收雨水,而紧致的粘土几乎不能吸收水份,同样,径流也受雨水类型的影响,不同的降雨强度导致不同的径流量,所以选择适当的设计非常重要。

设计透水混凝土路面及雨水处理系统时,必须考虑两个条件,渗透性的存储能力,即透水混凝土的透水与容水能力,不应该出现由于渗透能力差或储存能力不够导致地表径流过量的问题。

通常来说混凝土的渗透限度并不是临界设计标准,渗透率实际必须能够满足所有降水都能渗入透水混凝土表面,若渗透率为140L(㎡/min),则在达到渗透极限之前,至少应容纳0.24cm/s的降水,在设计中,渗透率不失决定性因素,而通过地基的水流速度才更具有限制性。

透水混凝土系统的总存量(容水能力)包括透水混凝土面层容量,透水混凝土结构层和垫层的容量,以及渗入地下土壤的水量,透水混凝土的理论容水量由其有效孔隙率(能够被雨水填充的孔隙)决定,如果透水混凝土的有效孔隙率为15%,则每100mm的路面深度可容纳15mm的降雨,也就是说,厚度为100mm、孔隙率为15%的透水混凝土路面,若其底层(基层)为非透水结构,在雨水形成径流前可容纳相当于于15mm的降水。

以上估算成立的条件是整个路面系统完全水平,如果路面不是水平的,则较高的一端的孔隙未被填满,水流向较低的路面,一旦较低一端的路面孔隙被填满,水就会流出,限制了透水路面的优越性。

需要注意的是,坡面带来的有效容积的损失是非常明显的,所以路面的坡度是做路面设计时必须考虑的因素,设计坡度的透水面层和基层的厚度时,应考虑使其能够满足净流量的处理目标,或结合其他方法解决过来水流的问题。


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