透水性人行道结构的研究

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透水性人行道结构的研究
同济大学交通运输工程学院
硕士学位论文


摘要
创建和谐社会是时代发展所提出的要求，而生态城区是创建和谐社会的重要内容。目前，全国各地很多城市都提出建设生态城区的目标。于是，推广建设透水性人行道的要求便应运而生。本文通过对透水性人行道结构组合研究和各结构层中材料配合比的设计研究，提出了一套完整的透水性人行道设计、施工、验收方法和标准，对今后推广实施该类人行道具有很强的可操作性。
本文的关键节点是确立集保水、透水、渗水、排水于一体的人行道结构组合形式。文章对透水砖、排水基层材料提出了相关的技术指标及控制数值，并结合土基模量和可能出现的车辆荷载大小等因素来确定基层厚度的选择原则，提出了结构层中渗、排水系统的设置方案及各结构层的施工工艺。文章还根据实际情况制定了透水性人行道施工的质量控制和验收方法，并对透水性人行道进行了经济性分析，与各类人行道进行了经济比对。最后，文章就透水性人行道的应用前景进行了展望。
结合本文研究成果，选取浦东新区川沙路和灵山路分别进行了透水性人行道现场铺筑试验。经过试验入行道的铺筑和现场测试发现，在中、小雨条件下，可以达到雨水在人行道表面原地渗透而不漫流的目标，大大改善了行人的步行环境。最为重要的是，部分雨水可以保存在结构层中或渗入土壤之中，补充了地下水，从而改善了周围植物生长环境，又能降低城市热岛效应，还在一定程度上减轻了城市排水管道的排水压力，收到了良好的综合效益，这是完全满足生态城市发展需求的。
关键词：透水性；人行道；生态城区；材料组成设计方法；结构分析



第1章前言
1.1国内外研究现状及趋势
随着城市化不断发展，原本富含生态系区域内的地面被大量不透水的建筑物、道路等构造物所覆盖，造成林地、湿地等地表蓄水面积不断减少，增加了地表径流及排水系统负担，导致一定范围内的水文、气温等自然因素发生变化，原区域内动植物生长环境和生物的多样性产生恶化。


世界各国都非常重视对生态环境的研究，力求寻找解决生态环境与发展问题的良策。在1987年前苏联生态学家O·Yanits ky就提出了生态城市(Ecopolis或Ecoville)这一概念，生态城市应是资源高效利用、环境和谐、经济高效、发展持续，社会一自然一经济以及人与自然和谐统一的人类居住区。


生态城市规划是生态城市建设的保障。1984年，联合国在其“人与生物圈’’(加BA)报告中提出了生态城市规划的5项原则：(1)生态保护战略；(2)生态基础设施；(3)居民的生活标准；(4)文化历史的保护；(5)将自然融入城市。在生态城市规划上，应考虑四个基本问题：即人口问题、资源合理利用问题、经济发展问题和环境污染问题。


在我国，上世纪80年代末开始实行“城考”制度，90年代初推广实行生态示范区，到1997年开始创建环境保护模范城市，而最近又提出建立生态城市、生态省的目标。目前，国内一些主要的城市以及部分省份已提出了建立生态城市或省的目标。而进行生态城市(以及省、示范区)规划正是实现这一目标的必要途径。其中，深圳、广州、哈尔滨、乌鲁木齐、杭州、绍兴、佛山、厦门、青岛等城市都已经进行或正在进行生态城市规划，同时，国家环保总局又把海南、吉林、黑龙江列为全国重点建设的生态省，这些都意味着我国环境可持续建设将进入一个新的发展阶段。


城市道路是城市规划、建设的重要组成部分，也是考量生态城市建设的内容之一，而人行道又是城市道路中不可或缺的主要成员之一，其功能性和结构性的使用品质会直接影响到城市景观、生态和使用寿命。以往传统的人行道结构设计、施工方法都会导致一旦水从人行道面板间缝隙(或板的断裂缝隙)中渗入后无法排除，对人行道下承结构的承载能力产生影响，最终出现人行道板的翘曲、断裂、松动、沉陷等问题，表面时常有唧泥、积水、不平整等现象，从而减弱(或失去)人行道的使用品质(或基本功能)。对此，世界许多国家和地区对人行道在考虑城市生态和使用品质的基础上，都在对其结构、材料、施工等方面进行大量的研究和探索。


为了解决人行道的常见弊病，按照排水路面设计的思想，在人行道的设计过程中，将其设计成既保证一定强度又具有透水、渗水、排水功能的结构，即所谓的透水性人行道。此结构具有(1)减轻路面排水系统负担；(2)消除道面积水，增强道面抗滑能力，提供安全、优质的步行条件；(3)改善周围植物生长土壤环境，调整生态平衡；(4)补充地下水份，有助于水资源循环利用；(5)降低城市热岛效应，减少能源消耗；(6)延长使用寿命等众多优点。


根据品岱股份有限公司资料介绍，透水面积每增加10％，环境温度就会降低O．25℃，尖峰用电减少1．5％。


日本东京建设局早在1973年就建立了3个人行道透水铺面的试验区，到1999年已累计完成1000万廿的施工面积。2005年日本爱知世博会区域的人行道、广场等全都采用透水性材料铺面。我国台湾省台南市为落实生物多样性保育与永续发展，减少公共工程对自然环境造成伤害，在1993年5月就制定“公共工程生态工法都市设计原则"，在其道路生态工法原则中规定：车道和人行道路面应尽可能使用透水材料或透水设计，使雨水直接渗透至地下土壤。因此，在通过大量试验研究的基础上， 2003年7月由台北市政府工务局在台北市西安街铺设了台湾地区第一条透水性人行道。2004年9月行政院工程会制定年底台湾完成1．9l万mz以上透水性人行道铺面的计划。


目前，我国大陆多个城市都在大力推广使用透水式人行道，例：北京、福州、青岛、深圳等正在进行大量人行道的新建和翻修工作，但各地使用透水式人行道的结构、材料、施工等都各不相同，大家都在不断的探索和总结，因此，对于大陆来说此项工作属刚起步阶段。


目前已修筑透水性人行道表面的雨水主要靠砖与砖之间的接缝来渗透，而本项目的特点是人行道表面的雨水不仅靠砖与砖之间的接缝来渗透，而且每块砖的表面都具备透水功能；另外，在人行道下每隔一定距离(一般按咖喱井间距约40米)设置一个渗水井，以利于增加雨水对地下水的补给。


铺设透水式人行道是生态城市建设发展的一个趋势和方向，虽然全国各地都在研究和试验，但国内还没有明确有关的材料、设计、施工、检验、验收评定等各方面全套的规范、规程和技术标准，本项目想通过一些试验(室内、室外)研究来摸索和总结部分经验和成果，为今后规范、规程和标准的制定、工程的实际使用提供有益的参考和借鉴。


1.2研究目标
根据目前浦东地区的实际情况(降雨量、土质情况等)结合生态城市建设的方向进行本课题的研究，最终完成下列各项目标：
(1)提出具有保水、透水、渗水、排水一体化功能的透水性人行道面结构；
(2)提出不同使用场合所采用不同结构层的组合方式；
(3)提出结构层内部透水层材料的组成设计方法；
(4)提出结构层内部透、渗、排水系统的布设方法；
(5)提出透水性人行道结构材料、施工、验收等方面的指标和工艺。



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