- 文献综述(或调研报告):
1.1引言
海绵城市,是新一代城市雨洪管理概念,又称“水弹性城市”,是指城市在适应环境变化和应对由雨水带来的自然灾害方面具有良好的“弹性”[1]。海绵城市由许多基础理念综合组成,如最佳管理措施(BMP)、低影响开发(LID)、绿色基础设施(GI)、可持续排水系统(SUDS)、水敏感性城市设计(WSUD)以及低影响城市设计和开发(LIUDD)等[2]。海绵城市的建设综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水、排水,需要时“释放”蓄存的水,能最大限度的减少城市开发建设对生态环境的影响[3]。
“海绵城市”起初用于表征城市对于人口的吸附功能,随着时代的发展和城市化的推进,逐渐演变为表征城市或陆地对雨涝的调节蓄存能力[2]。城市化的重要特征之一,就是原有的天然土壤和植被不断被建筑物及不透水硬化地面所取代,从而改变自然土壤植被及下垫层的天然可渗透性[4]。目前我国99%的城市都采取快排模式,降落的雨水只能通过管道集中排放[5],“雨季一到,城市看海”,内涝频发给人们的生活带来了诸多麻烦。同时,城市人口增多引起地下水过度开采,雨水不能及时补充到地下,城市地下水位连年下降,形成地下水漏斗。水泥石是热的不良导体,水泥路面阻碍了热量的循环、流通,使得城市温度明显高于周边地区,形成城市“热岛效应”。据统计,美国政府每年在缓解城市热岛效应的支出多达100亿美金[6]。
2013年12月,习近平总书记在《中央城镇化工作会议》的讲话中强调:“提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来,优先考虑更多利用自然力量排水,建设“自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市”。 此后,中共中央、国务院出台了多项海绵城市相关政策,先后遴选了两批30多个国家级试点海绵城市,海绵城市逐渐成为国家战略。
透水铺装是海绵城市建设的重要组成部分,与非透水铺装相比,具有保护水资源、缓解城市内涝和热岛效应、改善路面环境等优点[2]。人行道是城市的重要组成部分,其透水性是海绵城市建设绩效的重要因素,也直接影响市民的海绵城市获得感。因此,加强对海绵城市透水人行道用水泥基材料的研究对推进海绵城市建设有重要的现实意义。
1.2 透水人行道
透水铺装是指透水性良好、孔隙率较高的材料应用于面层、基层甚至土层,使得道路在保持一定强度和耐久性的同时,雨水能顺利进入铺面结构内部,同时通过具有临时蓄水能力的基层,直接下渗至土基或进入铺面内部排水管排出,从而达到雨水还原地下以及消除地表径流等目的的铺装形式[7]。
根据透水铺装在保水功能上的不同,可分为全保水透水铺装和半保水透水铺装。通常路基土渗透能力较小,雨水无法及时完全下渗,全保水铺装的基层材料具有较大的孔隙率,能暂时存贮雨水,而半保水铺装的基层能保持部分下渗雨水,另一部分沿不透水底基层表面以连通孔隙微通道排出,进入附属排水设施[7]。根据透水铺装面层材料的不同,透水铺装可分为连锁砌块类铺装、透水沥青混凝土铺装和透水水泥混凝土铺装。连锁砌块类铺装多用于小区步道、广场铺装和停车场等场合,透水沥青混凝土铺装和透水水泥混凝土铺装多用于城市街道或停车场[7] 。
透水人行道是透水铺装的一个分支,通常采用孔隙率较高的材料用于面层、基层。根据透水人行道铺面面层透水原理,可分为缝隙透水型和多孔隙渗透型两种,缝隙透水型使表层水通过人行道面层块体之间的缝隙渗透,而多孔隙渗透型使表层水通过人行道面层直接渗透[8]。
透水人行道一般由道路结构和排水设施组成。道路结构包括面层、找平层、基层、垫层、土基,排水设施包括结构层内的盲沟、集水井等。《道路人行道设计和施工质量验收规范》(DB31/436.1-2009)对人行道结构层进行了介绍:找平层起连接面层与基层、透水、过滤、施工找平作用,对于铺砌式面层,应该在面层与基层间设置找平层,找平层常采用干硬性水泥砂浆和中粗砂。基层主要承受车辆或行人的竖向荷载,并扩散至土基,基层应该具有一定的强度,可分为柔性基础、刚性基层和半刚性基层三种[9]。人行道常用结构组合如表1所示。
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