海绵城市与道路铺装的关系

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本文内容主要是基于同济大学李辉教授在公路学会的讲座——大空隙材料与生态透水铺装结构理论与实践。

2012年4月《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中，“海绵城市”概念首次提出——“为什么这么多城市缺水？一个重要的原因是水泥地太多，把能够涵养水源的林地、草地、湖泊、湿地给占用了，切断了自然的水循环，雨水来了，只能当污水排走，地下水越抽越少。解决城市的缺水问题，必须顺应自然，比如在提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的‘海绵城市’。”

透水混凝土上海市一直走在前列，2015年就出具了贯彻落实《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》的实施意见，具体如下：

透水沥青混凝土按面层材料分类分成透水沥青混凝土、透水水泥混凝土、透水砖及新材料。

按照透水结构分类分完全透水结构、半透水结构、排水型路面结构。目前西北地区采用的全透水型路面居多，也有仅铺设透水砖下部为非透水层，这样容易导致雨季人行道积水，也加剧了透水砖路面的损坏。

透水混凝土起源于英国，德国一直致力于透水混凝土路面的普及，80年代的目标就是2010年透水路面占到全国城市路面的90％。1940年英国在军用机场采用了多孔隙磨耗层，1950-1960年间美国开发了开级配抗滑磨耗层（OGFC）孔隙率达15％，而我国也发布了透水沥青路面技术规程、道路排水性沥青路面技术规程，这说明不仅在低频轻载的城市道路有巨大的应用前景，在高频重载的高等级公路中也有很大的潜在应用。

大孔隙材料骨架结构其特点明确，即骨架空隙，空隙率可达18％-22％，粗集料用量大，粗集料多这就导致了接触面积的减少，集料间接触面积减少约25％，因此力除以面积的结果变大，导致接触点应力变大约25％。

大孔隙材料在城市快速路、主干路运用的另一个主要优势是降噪，虽然说现在“静音窗户、降噪玻璃”也有了极大的发展，但是目前仍然是要搭配声屏障使用，而且雨天沥青路面容易形成路表径流和水膜，车辆容易打滑，因此大孔隙材料的研究是非常有应用前景的。

虽然有了如此多的发展，但瓶颈缺陷也浮现了很多，由于其空隙率大，随着时间的推移，孔隙很容易被堵塞，阻塞在车流量大的地方出现较少，反而在路肩和车轮行驶较少的区域尤为严重，这是由于车辆在排水路面上行驶会在孔隙网中形成空气压力，使得污泥被清除出去，同时沥青老化，与粗集料的粘附性随着使用时间推移下降明显，出现松散、坑洞雨季唧浆现象。所以排水路面在北方应用较少，由于北方冬季温度低，容易路面结冰，这样反而增加了行车危险。

同时海绵道路的设计方法也是缺失的，仅考虑普通的力学指标，水量控制指标缺失，生态指标体系缺失等。之前北京交科院的专家来我院做透水路面规范的宣贯，我主动起来问了一个问题，问题围绕水土特征曲线，即路基边坡研究其降雨入渗时需要引入土体的水土特征曲线，路基边坡土体水土特征可以用含水量、渗透系数、负孔隙水压力来表征，而混凝土一般由于其弹性模量大，在力学分析中作为弹性模型，土体水土特征研究有多年应用历史，如VG模型、FX模型，那么咱们排水路面混凝土怎么来进行相关研究？

这个问题当时专家也说还没有具体开展相关研究，那么目前我们将会一直处于一条路一个试验段的局面，实践检验真理，但是实践的造价太贵。当年我们研究原子弹时，一堆专家在一个拥挤的办公室进行各种级别破坏力对应的当量值，不停的按着计算器甚至算盘在纸上一遍遍的验算，如果每一次都来做试验，那么要花费多少钱呢，可能后来也没有于敏带头诵念出师表的动人情景了。原子弹都是如此，那么我认为一定程度的借鉴公式、试验是有必要的。