混凝土路面砖路面渗水性能影响因素分析.pdf

2 0 1 5年 第 7期 (总 第 3 0 9期) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 9) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 C0NCR ETE P RODUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 7 0 3 6 混凝土路面砖路面渗水性能影响因素分析 莫品疆归种 ( 广西交通职业技术学院， 广西 南宁 5 3 0 0 2 3 ) 摘要： 混凝土路面砖路面排水性能受多种因素的影响， 如路面坡度、 渗水性能等。 着眼于混凝土路面砖路面的渗水性能 ， 假定 其仅与路面缝隙比和缝隙渗透能力有关 ， 并通过实测分析了使用龄期对路面渗水性能的影响。 对某地区 1 4处使用龄期不等的 混凝土路面砖路面透水性进行了测试， 其 中最短使用龄期为新铺路面 ， 最长为使用 2 5 年路面。 结果表明： 使用龄期越久， 则路面 的透水性越差 ， 并随使用龄期几乎呈指数形式下降 ； 同时 ， 也对这种现象进行了深入分析 ， 发现使用龄期越久， 缝隙中所含小颗粒 物质越多， 这种原因是造成缝隙渗水能力下降的主要原因。 试验中也发现 ， 植被对保持土壤疏松 、 增强土壤的渗水性能有着重要 影 响 。 关键词 ： 混凝土路面砖路面 ； 龄期 ； 渗水性能 ； 缝隙比 中图分类号： T U 5 2 8 7 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 1 4 0 0 4 I mp a c t o f c o n c r e t e b l o c k p a v e me n t o n i n f i l t r a t i o n p e r f o r ma n c e MO I h n j i a n g， GU I C h o n g ( G u a n g x i V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e o f C o m mu n i c a t i o n s ， N a n n i n g 5 3 0 0 2 3 ， C h i n a ) Abst r a c t： Dr a i n a g e p e r f o r ma n c e o f t h e p a v e me n t i s i mp a c t e d b y ma n y f a c t o r s ， s u c h a s t h e s l o pe， pa v e me n t a g e a n d S O o n I t f o c u s e d o n the i n fi l t r a t i o n p e rfo rm a n c e o ft h e c o n c r e t e b l o c k p a v e me n t and c o n d u c t e d a n e x p e r i me n t a b o u tthe i n flu e n c e o fthe p a ve me n t a g e o n i t T h e r e f o r e ， 1 4 d i f f e r e n t a g e d c o n c r e t e b l o c k s p a v e m e n t w e r e s e l e c t e d a s o u r o b j e c t s o f r e s e a r c h ， o f w h i c h ， t h e y o u n g e s t i s c e r o a n d th e o l d e s t i s 2 5 ye ars o l d Re s u l t s s h o w tha t ， wi th l o ng e r u s a g e t i me， the i n fil t r a ti o n p e rfo r ma n c e d e c r e a s e s s h a r p l y， a l mos t e x p o n e nt i a l l y I n a d d i do n， i t c on d uc t e d a f ur t he r r e s e a r c h o n thi s p h e no me n o n a nd f o un d t h a t wi th l o ng e r p a v e me n t a g e， the r e wo u l d b e mo r e t i n y p a r t i c l e s i n the s o i l An d thi s i s the v e r y r e a s o n r e s u l t i n g i n the p h e n o me n o n Wha t i s mo r e， v e g e t a t i o n a l s o a f f e c t s thi s p e rfo r ma n c e g r e a tl y i n pr a c t i c e K e y WO r d s： c o n c r e t e b l o c k p a v e me n t ； a g e ； i n f i l t r a ti o n p e r f o rm a n c e ； j o i n t r a ti o 0 引言 随着社会现代化的发展， 道路等基础设施对国民的生 活越来越重要 。 混凝土路面砖路面属于透水性路面 ， 由于 相对于传统沥青路面具有透水性强的特点， 故而能够减少 地表的径流量， 降低径流峰值深度， 延迟峰值出现时间。 因 此， 对于低承载量， 低速的行走需求， 混凝土路面砖地面备 受道路工程师们的青睐。 所以， 对混凝土路面砖地面性能 进行详细而全 面的研究是很有必要 的。 混凝土路面砖地面对地表水流有一定的渗透能力 ， 且 该种能力与多种 因素相关且得到 了科学家 的密切关 注 。 观察表明， 混凝土路面砖地面的渗透能力随着使 用龄期 的增长不断下降， 某些条件下甚至会导致路 面完全 丧失渗水能力。 由于这 种现象会导致路 面积水 ， 且对路基 等基础设施带来不同程度的损害， 因此一直受到施工人员 的密切关注。 然而 ， 国内外文献大多针对不 同路面 ， 研究地表径流 、 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 2 1 基金 项 目 ： 国家 自然科学基金项 目( 4 1 3 0 2 2 4 7 ) 1 40 降雨量对路面渗水能力的影响 ， 很少关注使用龄期以 及路面缝隙 比( 路面缝隙面积与总体面积 比例 ) 对渗水性 能的影响。 本试验针对混凝土路面砖路面的渗水性能问题 进行 了探究 ， 简化模型并假定路面 的渗水能力仅与两个参 数有关 ， 即分别为路 面缝 隙 比和缝 隙的渗水能力 ， 并深入 探讨使用龄期对缝隙渗透能力的影响。 1 方案设计 本试验需要实现两个 目的 ： 第 一 ， 测定不 同使 用龄期 下混凝土路面砖路面渗水能力 ； 第二 ， 针对使用龄 期对路 面渗水性能的影响进行深入的分析 。 对于第一个 目标 ， 为了最大限度地减少干扰因素的影 响 ， 试验时需要一定 的原则 ： ( 1 ) 为了研 究路面渗水性 与使用龄 期和缝 隙 比的关 系， 同时较少其他因素的干扰， 试验选取长宽分别相等、 质 地相近、 结构相同的混凝土路面砖。 ( 2 ) 为 了减少通过砖面渗透作用 ， 增强缝 隙渗 水能力 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 般降雨持续时长很少超过 2 h ， 也即本 研究的最大渗水 Y= a X b 时间， 故混凝土路面砖路面渗流速率基本恒定。 式中： y 土壤渗透率； 1 0 0 8 0 鑫6 0 苗 热4 0 2 0 0 图 4 2 0 40 6 0 8 O 1 0 0 1 2 O 渗水时间 rai n 平均相对渗水量与渗水时间关系 便 用龄期 年 图 5 不 同时刻渗 水 总量分析 因此 ， 在混凝土路 面砖路 面的设计过程 中， 应 当以当 地降雨量和降雨持续时长为标准， 制定相应的渗流速率参 考标准， 并在必要时通过采用其他排水措施或增加路面坡 度 的方法增加路面排水速率 ， 减少路面水流深度 。 同理 ， 为对路面渗透能力有整体认识 ， 需要 对试验过 程 中不同时刻分别进行分析。 如图 5所示 ， 以新铺路面 2 h 时刻渗水量为参考值 ， 分别将 1 、 2 h时刻的数据点做指数 函数拟合 ， 并显示于图中。 图5中， 式( 1 ) 、 ( 2 ) 分别对应 1 、 2 h时刻渗水性能曲 线 ： Y=0 5 3 5e m 1 1 ( 1 ) Y=1 0 5 5e 加 “ 一62 ( 2 ) 因此， 可将不同时刻渗水性能计算式总结为： Y= Ae h+C ( 3 ) 对式( 3 ) 进行分析可知 ： 、 A代表不 同时刻的最大渗水量 ， 由于渗水能力在整个 试验过程中可以认为近似不变， 故A应当与试验时间成正 比； 易 代表渗水 能力受使用龄期 的影响程度 ， 在试 验 中应 当是常数 ； C代表试验误差和干扰 因素所 造成 的总误差 ， 越小表示试验过程对误差控制越精确 。 对比式( 1 ) 、 ( 2 ) 可知， 式中各系数近似满足上述关系。 3 2 颗粒尺寸对渗水性能影响 为探究使用龄期对渗水性能影响形成的具体原因， 需 要对缝隙内填充物进行分析。 由于颗粒直径和颗粒物之间 的平均间隔以及土壤黏性对土壤渗透性有着最直接 的影 响 ， 为了便于分析 ， 在 土壤黏 性变化 不大 的情况下 ， 文 献 9 假设土壤渗透能力只与土壤颗粒平均直径有关， 且有 如下关系式 ： 1 4 2 ( 4 ) x平均颗粒直径 。 对某种类型土壤实测表 明， a= 2 1 9 7 ， b=1 8 ， 函数 曲 线如 图 6 所示。 平均 颗粒 直径 mm 图6土壤渗透性能随平均颗粒直径变化关系 由图 6可以看 出， 土壤 的渗透能力与颗粒直径近似呈 抛物线关系。 这也说 明土壤 的渗透性随着颗粒尺寸的增加 而急剧增长。 基于此 ， 本研究针对新铺路面和 2 5 年使用龄 期路面， 使用筛子将缝隙内不同直径颗粒分别筛选出来， 如图 7所示。 5 0 4 0 怒 3 0 簧 z o 匿 1 0 O 0 0 0 5 0 0 5 0 2 0 2 0 5 0 5 2 0 2 0 5 0 5 0 及以上 直径 mm 图 7 不同直径颗粒在不同使用龄期土壤中所占的比例 由图 7可 以看出 ， 对于新铺路 面， 0 - 0 0 5 m m 颗粒仅 占整体质量的3 7 ， 而对于使用龄期为 2 5年的路面， O 0 0 5 r f U T I 颗粒占整体质量的2 6 2 。 可见， 随着使用龄期 的增加， 缝隙内小颗粒物质所 占比例会显著增加。 同时由 于小颗粒对土壤的渗 透性能起到削减作用 ， 故此 ， 可假定 土壤 中细小颗粒的增 多是导致混凝 土路面砖路面 的渗透 性能随着使用龄期的增长而变差的主要原因。 为了更进一步验证上述的假定 ， 本研究针对直径小于 0 0 5 mm 颗粒对缝隙渗水性能的影响进行了试验探究， 结 果如图 8所示 。 芝 避 * 热 霞 直径 小于o 0 5 ra m颗粒含 量， 图 8 缝隙渗透性能与不同小颗粒物质含量的关系 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 本研究取直径小于0 0 5 m m颗粒含量为 0时的渗透 能力为参考值， 将其他情况下的渗透能力测出并与参考值 做 比较 ， 然后表示与图 8中。 从图中可以看 出， 随着缝隙小 颗粒物质含量的增大 ， 渗水能力迅速减弱。 研究 表明， 混凝土路面砖路面缝隙中的小颗粒物质 主要来源于放射性颗粒物 ， 由于交通引起的磨 损小颗粒 以 及风化形成的小颗粒物质。 这些现象在实际生活 中均是不 可避免的 ， 且会造成路面在投入使用前几年渗水性能急剧 下降。 3 3 其他 因素对渗水性能的影响 采用透水性路面砖对提高路面的整体透水能力大有 帮助 ， 且混凝土路面砖开孔率 的增加 ， 能够提高路面 的缝 隙比， 进而提升路面的渗水 能力 。 有文献 1 认为 ， 对于透 水性路面 ， 开孔率超过 1 0 时 ， 透水性能相对较高。 这与试 验中发现缝隙比高的情况下， 路面渗水能力也高是吻合 的。 同时， 该文献也认为， 虽然开孔率的提高对于路面渗水 性能有较大提升， 但是这种性能依旧会随着使用龄期的增 长而不断减弱 ， 规律与上文所述一致 。 此外 ， 在试验过程 中也发现 ， 某些 混凝土路 面砖 路面 由于地理位置比较偏僻且背阴， 很少被行人路过， 故砖面 及缝 隙处有草科植物等植被覆盖 ， 对其测量发现渗水能力 远远高于其他试 验路面 ( 由于不具 备一般 性而未计 入统 计 ) 。 这是 由于植被能够大 大增加 土壤通透性 和蓄水能力 导致的。 4结论及建议 本研究通过将混凝 土路面砖路面渗水性 能模化为仅 受两个因素 的影 响， 即分别为路面缝 隙比和缝隙对水 的渗 透能力。 进而探讨 了影响缝隙渗水性能 的因素 ， 其 中最 为 明显的是随着使用龄期的增长 ， 缝隙渗水性能迅速下降。 为此 ， 本研究对不同使用龄期的混凝土路 面砖路面渗水 性 能进行定量测量 ， 分析 了使用龄期对混凝 土路面砖路面渗 水性能的影响 ， 并指 出混凝土路面砖路 面渗透能力随使用 龄期呈指数形式下降。 此外 ， 分析发现混凝土路 面砖路 面 渗水性能在试验过程 中( 时长 2 h ) 几乎保持不变。 同时 ， 本研究对该现象进行 了进 一步试验和分析 。 本 研究取不同使用龄期 的路面间缝隙土壤样本 ， 并对其按照 颗粒直径进行分类。 结果表明， 使用龄期越长 ， 则细小颗粒 物含量越高。 一般认为 ， 这是 由于交通所造成 的磨损以及 大颗粒风化为小颗粒导致 的。 同时， 由于 土壤平 均颗粒直 径越小， 土壤的渗水能力越差， 故此假定细小颗粒物含量 的不 同是导致土壤渗水能力差异的主要原因。 为深入探究小颗粒物质对土壤渗水性能的影响， 本研 究针对直径在 0 0 5 m i n以下 的细小颗粒进行研究 ， 分析 了 不同含量的细小颗粒对土壤渗水性能的影响。 结果表明， 随着细小颗粒含量的增加 ， 土壤 的渗水能力急剧下降。 此外 ， 试验过程 中也发现 ， 对 于缝 隙 中植被覆 盖率高 的混凝土路面砖路面， 单位面积缝隙渗水能力远高于其他 试验值 ， 这说 明植被对 于疏松土壤 、 蓄积水分具有 非常重 要的作用 。 本研究通过深入分析 ， 证 明了对于低 透水性混凝土路 面砖路面， 将其渗水性能模化为缝隙比和缝隙渗水能力的 函数是可行的， 同时本研究也证明缝隙的渗水能力受多种 因素的影 响。 综上所述 ， 本研究 通过对 昆 凝土路面砖路 面 渗水性能的定量分 析 ， 为工程 实践 提供了理论依据。 这也 是本研究 的创新 之处 。 参考文献： I- 1 - 1 B ORGWA RDT S L o n gt e r m i ns i t u i n fi l t r a t i o n p e rfo r ma n c e o f p e r m e a b l e c o n c r e t e b l o c k p a v e m e n t C s t h I n t e r n a ti o n a l Co n f e r e n c e Bl o c k Pa v i n g， 2 0 0 6 2 3 B E A N E Z， H U N T W F ， B I D E L S P A C H D A， e t a1 S t u d y o n t h e s u r f a c e i n fi l t r a ti o n r a t e o f p e rme a b l e p a v e m e n t s C 1 s t Wa t e r a n d En v i r on me n t S p e c i ait y Co nf e r e n c e o f t h e Can a d i an S oc i e t y f o r Ci v i l En g i n e e r i n g， 2 0 0 4： 1 1 0 3 I L L G E N M I n fi l tr a ti o n a n d s u r f a c e r u n o ff p r o c e s s e s o n p a v e m e ri t s ： P h y s i c al p h e n o m e n a a n d m o d e l i n g C - I l l 1 t h I n t e r n a ti o n a l Co nf e r e n c e o n Ur b a n Dr a i n a g e， 2 0 08： 11 0 4 - I罗苏平 ， 但汉成 ， 李亮 ， 等 路面不等厚排水层设计F J - 中南大 学学报： 自然科学版 ， 2 0 1 2 ， 4 3 ( 4 ) ： 1 4 9 9 1 5 0 5 5 3 F R E E B O R M J D e c r e a s i n g r u n o ff a n d i n c r e a s i n g s t o r mw a t e r i n fi l t r a ti o n J V i r g i n i a C o o p e r a t i v e E x t e n s i o n ， 2 0 1 1 ： 1 6 6 马翔， 倪富健， 李强 排水面层渗流模型及参数 J 东南大学学 报： 自然科学版， 2 0 1 4 ， 4 4 ( 2 ) ： 3 8 1 3 8 5 7 S A N S A L O N E J ， K U A N G X， R A N I E R I V P e r m e a b l e p a v e m e n t a s a h y d r a u l i c a n d i n fi l a ti o n i n t e r f a c e f o r u r b a n d r a i n a g e J J o u r n a l o f I r r i g a t i o n and Dr a i n a g e En g i n e e r i n gAs c e， 2 0 0 8， 1 3 4 ( 5 ) ： 6 6 6 6 7 4 8 张林洪 山区公路工程地质环境中的水渗流机制研究 D 昆 明： 昆明理工大学交通工程学院 ， 2 0 0 6 ： 1 0 3 0 9 车振海 试论土壤渗透系数的经验公式和曲线图F J 东北水利 水电 。 1 9 9 5 ( 9 ) ： 1 7 1 9 第一作者 ： 莫品疆( 1 9 6 9 一) ， 男 ， 副教授 ， 工程硕 士， 研究方向： 公 路与桥梁工程。 联系地址： 广西南宁市七星路 1 3 7号 广西外经贸大厦 2 6 1 5号 ( 5 3 0 0 2 3 ) 联系电话 ： 1 5 2 1 0 5 3 1 2 8 0 l 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m