市政技术


全国市政工程行业科技成果展示:生态透水路面及其典型结构在滨海旅游区的应用研究


     “生态透水路面及其典型结构在滨海旅游区的应用研究项目于20125立项,2014102完成,并于201412月通过了天津市高新科技成果转化中心组织的项目成果鉴定。该项目研究天津滨海旅游区置地有限公司、天津市市政工程设计研究院、长安大学等单位承担。项目研究成果获2014年度“全国市政行业市政工程科学技术奖”二等奖,其成果适用于各等级城市道路的工程建设

16040201

天津滨海旅游区生态透水路面实景

     项目研究技术原理

      生态透水路面及其典型结构在滨海旅游区的应用研究项目针对我国目前透水路面研究中存在的问题,在系统分析国内外相关研究成果的基础上,采用理论分析与试验研究相结合的方法,对透水路面原材料技术指标、透水路面混合料级配组成设计与路用性能评价体系、透水路面设计方法、透水路面内部排水系统优化设置及水资源循环利用系统等内容进行了系统研究,提出了透水路面技术标准与设计方法。

     课题主要研究内容如下:1)生态型透水路面应用调查与原材料技术指标研究。2)生态型透水性路面材料组成设计研究。3)生态型透水性路面路用性能研究。4)基于荷载应力综合响应的透水沥青路面结构组合设计研究。5)生态型透水性路面内部排水系统优化设计研究。6)生态型透水路面设计方法研究。7)生态型透水路面水资源循环利用系统研究。8)透水路面生态效果评价。9)生态型透水路面试验路示范工程。

     关键技术及创新点

     该项目的关键技术和创新点如下。

     1)针对天津市降雨特性及透水路面排水性能,系统分析了路面空隙率、降雨强度与路面排水能力之间的相关性,提出了基于降雨强度等级的透水路面设计分级标准。

     2)建立了基于排水特性的生态型透水路面材料组成设计指标体系,分别提出了透水沥青路面和透水混凝土路面材料组成设计方法,确定了透水路面原材料最佳配合比。

     3)全面调查评价我国典型透水路面应用工程路用性能,结合相关透水规范及路用性能系统试验,建立了透水路面路用性能评价标准,提出了透水沥青路面最优结构组合方案,完善了透水路面设计方法。

     4)确定了基于降雨等级的透水路面内部排水系统优化布置方案,提出了城市道路水资源循环利用系统设计方案,并应用于天津滨海旅游区透水路面设计。

     5)系统评价了生态型透水路面结构的排水效果、降噪效果和降低热岛效果,提出了透水路面结构的排水效果、降噪效果和降低热岛效果分级标准。

     该课题研究成果已申报国家发明专利1项,实用新型专利1项,并在《筑路机械与施工机械化》、《市政技术》、《城市道桥与防洪》等国内核心期刊及国际会议、国外期刊发表学术论文5篇,部分被EI检索

     国内外同类技术研究状况

     在透水性路面技术方面,目前国内外已做的大量的研究工作,主要是针对透水性沥青混合料空隙率与渗透系数的关系、透水性沥青混合料力学性能指标和透水性沥青混合料配合比设计的试验研究,理论方面考虑的主要是多孔介质骨料随机堆填、骨料粒径、骨料形状等对透水性的影响方面的研究,由于透水性沥青路面使用功能的不同,其空隙率、渗透能力、力学性能指标要求及结构断面型式会有很大差别,所以利用试验方法得到的经验公式会对透水性沥青路面的应用带来不便,目前透水性沥青路面研究中存在的关键问题主要有以下几个方面。

     1)关于透水路面混合料技术指标的研究具有局限性,部分省市针对当地原材料特性制定了相应的透水沥青混合料原材料技术指标,由于材料性能的差异,各地制定的指标体系并不统一,因此,如何确定更加准确合理的透水路面技术指标体系是透水沥青路面技术的研究基础,也是目前需要解决的技术难题。

     2)目前国内外对于透水沥青混合料级配组成的研究较多,提出了一系列级配控制方法,目的是提高沥青混合料连通空隙率,增强其透水性能,研究重点集中在空隙率与排水性能相关性上,对于级配组成特征与空隙率的关系、排水性能与降雨强度的匹配性等方面的研究相对较少,这也是制约透水沥青路面大面积推广应用的技术关键,亟需深入研究。

     3)目前关于透水路面混合料路用性能的研究主要集中于某一确定类型混合料的路用性能测试,路用性能只是为了验证混合料级配组成设计的合理性,没有作为透水路面原材料设计指标进行研究,且不同空隙率的混合料路用性能有所差异,因此需要对不同类型混合料进行试验研究,提出相应的路用性能控制标准,使透水路面混合料的设计指标体系更加完善。

     4)我国目前关于透水路面结构组合的设计多依靠工程经验,缺乏科学的理论指导,路面结构组合设计应该是路面设计的重要环节,但无论是研究还是工程实践中,我国一直将材料组成设计作为重点,结构组合设计得不到应有的重视,导致路面结构方案的合理性和可靠性缺乏科学的理论依据。

     5)透水路面结构体系中应包括混合料空隙排水系统和路面结构层内部附属设施,目前相关的研究主要关注混合料空隙与渗透系数之间的相关性及透水层的透水能力,对于路面结构内部排水系统布设的研究较少,缺乏基于排水能力的附属设施设计理论,导致工程实践中排水系统布设具有盲目性,降低了透水路面的经济性与合理性,影响其使用性能,因此,路面结构内部排水系统优化布设也是目前亟需研究的问题之一。

     总体而言,我国地域辽阔,各地区气候气象条件差异性十分显著,且原材料技术性能具有多样性,因此,不同地区对透水性沥青路面使用侧重点不同,同时我国广大地区与世界同纬度地区如美国、日本相比,降雨量、气温、车辆荷载特征等因素存在较大差异,导致国外比较成熟的透水路面技术标准在我国不能直接使用,因此对透水沥青路面仍需要进一步深入的研究

     项目成果的经济效益

     该课题研究成果已成功应用于滨海旅游区以及中新天津生态城生态透水路面建设工程中,目前正在天津市及周边地区进行推广。

     经各项技术经济效益对比分析,运用该项目研究成果所提出的生态型透水路面系统后,每公里城市道路可节省工程费用约406.2万元。采用课题研究成果在滨海旅游区铺筑试验路风林道2km,节约费用812.4万元,在中新生态城铺筑试验路段和畅路2.2km,节省工程费用约893.64万元,2个实验路段共计节省工程费用约1706.04万元,产生显著的经济效益.

     滨海旅游区规划城市道路约280km,如该区道路有50%采用生态型透水路面,将节约投资56868万元。中新生态城慢行系统总长度约180km,如采用生态型透水路面,将会节约投资73116万元。若将研究成果应用到天津市及周边地区,其经济效益更为可观。

     项目成果的社会效益

     采用透水路面结构进行生态型道路建设,可以使雨水下渗,有效补充城市地下水含量,维持城市地表生态平衡,调节大气湿度,体现了滨海旅游区“自然协调发展、生态良性循环”的建设初衷,具有良好的环保生态效益。

     透水路面具有完善的排水系统以及水资源循环利用系统,可将雨水存储、再利用,可以改善水资源环境,减少城市雨洪灾害,降低城市洪水压力和排水管网负荷,降低雨水管道投资,节约自来水,缓解城市用水压力,降低绿地养护成本。

     透水路面能够将雨水迅速下渗,减少了路表积水以及水漂、水雾的形成,可保证轮胎与路面之间有良好的附着力,大大改善路面的抗滑性能,提高行驶安全性,还可以消除空气的抽吸与压缩,起到降低行车噪声的作用,同时能够降低路面内部温度,缓解城市热岛效应。

     (天津市市政工程设计研究院 供稿)

     注:本文刊载于《市政技术》2016年第4期,第3、4页。