CN111549603A - 一种考虑水荷载耦合的人行道路面及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑水荷载耦合的人行道路面及其施工方法，人行道路面包括从土基开始自下而上依次铺设的级配碎石垫层、透水水泥稳定碎石基层、透水砂浆联结层和透水砖；其中，透水水泥稳定碎石基层的骨料采用级配碎石，水泥含量为5.5％～7％；透水砂浆联结层的石屑粒径为3～5mm，水泥与石屑配比为1:5～1:6。施工方法包括土基施工、垫层施工、基层施工、整平层施工、面层施工，基层施工时以级配碎石作为骨料，将其与水泥调配拌和得到透水水泥稳定碎石基层。本发明具有的优点包括：透水水泥稳定碎石基层结构的骨料采用精心控制的级配碎石，透水人行道路面在满足渗透系数要求的条件下兼具良好的抗压强度。

Description

一种考虑水荷载耦合的人行道路面及其施工方法

技术领域

本发明属于路桥结构领域，具体涉及一种考虑水荷载耦合的人行道路面及其施工方法。

背景技术

我国人口众多，为满足人民日益增长的物质需求，城市化进程也在逐年加快，这导致了城市面积扩大、人口高度密集以及土地的高度利用，且建筑物、硬化路面等不透水面积占据了城市面积中的极大比重，在这些城市中，降雨基本通过地表径流进入地下管网，排入江河和城市内河。当降雨量较大或者持续时间较长时，城市排水管网压力增大，导致地表积水不能全部快速地排走而积聚，产生严重的内涝灾害，影响城市的正常运作，甚至引起重大伤亡事故。

目前杭州市的城市人行道建设绝大部分是以不透水结构为主，采用人行道板铺筑而成。这样的人行道结构，道板很容易产生翘曲和松动，在降雨较大时，存在道面积水和雨后松动道板的唧泥问题，严重影响了人行道的使用性能。

产生这一问题的主要原因就在于人行道的不透水。降雨时，雨水通过道板砖的空隙进入道面基层。由于结构的不透水性，下渗雨水将填满基层表面的微小空隙，外部动荷载作用下会产生的超静孔压，与冻融循环作用都会破坏基层的内部结构。特别是道板的接缝处，在雨水的冲刷下，底板剥落颗粒将会被带走，从而造成底部脱空，并产生唧泥现象，道板断裂的可能性也大大增加。至此，人行道的使用性能大大降低。

透水人行道从面层类型上分为透水砖、透水混凝土、透水沥青混凝土三种，从基层类型上分为全透式和半透式两种。全透式基层即基层同样具有透水功能.可以使地面降水渗入底层土直接进入地下水循环，半透式基层即基层不具备透水功能，地面降水透过面层后顺基层表面坡度进入市政雨水收集***。

因此，透水人行道的铺装可以较大程度上增加城市的“海绵体”特性，很大意义上减小城市的硬化面积，丰富地下水，改善城市环境及行走的舒适性，对城市的可持续发展有不可估量的作用。

1997年我国颁布了第一部行业标准《公路排水设计规范》(JTJ 018-97)，大量引入了欧、美等发达国家在修建路面结构内部排水***、路面边缘排水***、中央分隔带排水***中的观点和设计方法。由于受当时工程实践和研究条件的限制，《公路排水设计规范》中参数配套性不够，某些规定细化方面尚有许多改进之处，具体的操作细节、数据范围并未能给出明确的数值。此外，我国地域辽阔，气候、降雨条件有很大的差别，排水性路面结构因此也有所不同。由于地域、气候条件的差异性，排水基层材料组成与排水性路面结构组合设计应该重点研究，以供在不同的地区修建透水性地面提供参考依据。

以杭州为例，杭州属亚热带季风气候区，夏季雷雨较多，集中降水情况严重，例如2013年，台风菲特登陆时，杭州降水量达到了161.6mm，整个城区发生了严重的内涝。同时，近几年，杭州夏季连续干旱情况同样比较严重，2013甚至不得不进行人工降雨以缓解旱情，人行道结构必须具有足够的蓄水能力，满足高温天气水分蒸发的需要。冬季时最低温均位于零度以下，路面结构存在冻胀问题。此外杭州土质条件较差，土基以淤泥土为主，强度低，渗透系数低，地下水位较高。

综合考虑以上因素，杭州地区的透水人行道设计必须满足以下要求：

(1)首先满足承载能力要求，在强度足够的基础上尽量提高人行道排水能力；

(2)具有良好的透水、贮水功能；

(3)所选面层材料及冰冻范围内的土基应具有抗冻胀能力；

(4)足够强度的土基。

授权公告号为CN209836734U的实用新型专利公开了一种透水人行道，包括人行道主体，还包括安装在人行道主体两侧的导流组件，导流组件包括导流槽以及安装在导流槽顶部的盖板，盖板的顶部开设有供水流流入的盖板和供水流流入的进水孔，导流槽的两侧均设置有导向斜面。当下雨天人行道上产生积水时，积水能够通过导流槽将雨水导流到其他地方，从而避免了人行道上产生积水。该透水人行道是通过额外设置的导流组件来进行输水，但是没有考虑透水人行道本身的透水能力，也没有考虑透水人行道在透水较慢或者积水的情况下力学强度不足的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前透水人行道强度不足的问题，提供一种考虑水荷载耦合的人行道路面。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种考虑水荷载耦合的人行道路面，包括从土基开始自下而上依次铺设的级配碎石垫层、透水水泥稳定碎石基层、透水砂浆联结层和透水砖；其中，透水水泥稳定碎石基层的骨料采用级配碎石，水泥含量为5.5％～7％；透水砂浆联结层的石屑粒径为3～5mm，水泥与石屑配比为1:5～1:6。

优选地，级配碎石垫层的厚度为10cm。

优选地，透水水泥稳定碎石基层的厚度控制在15cm～30cm。

优选地，联结层的厚度为3cm。

优选地，水泥为425#水泥，水灰比为0.40～0.42。

优选地，级配碎石垫层与透水水泥稳定碎石基层之间还铺设有一层中粗砂或石屑。

本发明还提供如上方案所述的考虑水荷载耦合的人行道路面的施工方法，包括以下步骤：

S1：土基施工，将低液限粘质土、低液限粉质土与粗粒土分层填筑并压实；

S2：垫层施工，在土基上填筑10cm厚的级配碎石；

S3：基层施工，另配级配碎石骨料，将其与水泥拌和，水泥含量为5.5％～7％，水灰比应控制在0.40～0.42之间，拌和后立即运输、摊铺于垫层并碾压，基层厚度控制在15cm～30cm，基层施工完毕后养生；

S4：整平层施工，将粒径为3～5mm的石屑与水泥拌和，水泥与石屑配比为1:5～1:6，然后根据地面砖基准线，摊铺于基层上并整平，厚度为3cm；

S5：面层施工，采用“前进铺筑法”在整平层上铺设透水砖，铺筑后对面砖进行压实与接缝灌砂。

优选地，步骤S3中，摊铺工艺中的松铺系数为1.18～1.2。

优选地，步骤S3中，碾压工艺中应采用不小于20kN的小型压实机具进行压实。

优选地，步骤S3中，养生期不小于7天，并始终保持湿润状态。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

(1)具有透水水泥稳定碎石基层结构，其骨料采用精心控制的级配碎石，使透水人行道路面满足渗透系数要求的条件下兼具良好的抗压强度；

(2)透水水泥稳定碎石基层、水泥砂浆联结层和透水砖的结构不仅具有良好的透水性，还具有贮水功能，夏天缓解城市热岛效应；

(3)基层施工时以级配碎石作为骨料，将其与水泥调配拌和，得到兼具良好抗压强度和透水率的透水水泥稳定碎石基层；

(4)整平层施工时将石屑与水泥拌和，提高了透水水泥稳定碎石基层结构的强度，并为透水砖的铺设做好铺垫。

附图说明

图1是本发明实施例的考虑水荷载耦合的人行道路面的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1所示，本发明实施例的考虑水荷载耦合的人行道路面，包括从土基100开始自下而上依次铺设的级配碎石垫层101、透水水泥稳定碎石基层102、透水砂浆联结层103和透水砖104；其中，透水水泥稳定碎石基层102的骨料为级配碎石，水泥含量为5.5％～7％；透水砂浆联结层103的石屑粒径为3～5mm，水泥与石屑配比为1:5～1:6。

级配碎石垫层101：在土基100上铺筑一层10cm厚的级配碎石，作为排水基层的基础，为了保证一定的密实度，应选用具有良好级配的碎石。

透水水泥稳定碎石基层102：透水水泥稳定碎石基层采用开级配，结构强度主要是粗集料之间的嵌挤作用和水泥浆的粘结力，在满足强度的基础上，应尽可能拥有较大的空隙率，为了达到尽可能大的透水能力，集料中应不含或含有少量的细集料。可见为了保证水泥稳定碎石混合料强度和透水能力，必须重视集料级配设计。

透水水泥稳定碎石级配设计与传统密级配水泥稳定碎石的级配设计出发点是不同的，传统的水泥稳定碎石要求混合料的密实度较大，同时空隙率尽可能小以满足一定的力学强度。但透水水泥稳定碎石不但要求力学强度，同时为了满足一定透水性能还必须具有一定的空隙率，以满足《国家建筑标准设计图集：城市道路透水人行道铺设(10MR204)》中对水泥稳定碎石透水基层有效空隙率不小于10％的要求。但较大的空隙率会使得材料强度逐渐减小，因此需要对透水水泥稳定碎石进行级配设计，保证透水水泥稳定碎石的力学强度与空隙率都达到理想水平。

为了保证基层能够满足一定的排水要求，应该选用具有足够强度、透水性能好、水稳定性好的材料，采用级配碎石、透水水泥混凝土、透水水泥稳定碎石基层，基层厚度控制在15cm～30cm。本实施例中，透水水泥稳定碎石基层骨料的级配组成如表1所示：

表1透水水泥稳定碎石基层骨料的级配表

为了保证水泥浆的粘结强度，水泥稳定碎石基层级配1的水泥含量为5.5％，级配2的水泥含量为7％。考虑从开始加水到运输、摊铺、碾压成型共持续的时间，一般要求控制在3～4小时内完成，宜选用终凝时间较长的425#普通硅酸盐水泥水泥，水灰比应控制在0.40～0.42之间。

级配组成对水泥稳定碎石基层的抗压强度存在较大的影响，对比不同透水水泥稳定碎石级配，9.5mm～19mm范围内级配曲线越陡，级配分布约约均匀，大小骨料可以相互嵌挤，在水泥浆的粘结作用下，表现出抗压强度较大。《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)规定，水泥稳定类基层应用于二级及以下公路时，7d无侧限抗压强度规定为2.5～3.0MPa。从表2可见，两种级配的实验结果均大于《公路沥青路面施工技术规范中》对水泥稳定集料(骨料)类基层的强度要求。

表2 7d无侧限抗压强度

采用水中重法测定上述两种级配的空隙率，结果在11～24％之间，平均值为17％，满足《国家建筑标准设计图集:城市道路透水人行道铺设(10MR204)》中对水泥稳定碎石透水基层有效空隙率不小于10％的要求。

透水砂浆联结层103：联结层在透水人行道路面结构中起着整平、为面层形成紧密嵌锁的作用。联结层材料可根据路面结构荷载及使用情况，选用砂垫层、水泥砂浆或水泥石屑等作为联结层材料。本实施例采用的水泥为425#普通硅酸盐水泥，石屑粒径为3～5mm。为平衡强度和渗透之间的关系，联结层的水泥与石屑配比范围为1:5～1:6，有效空隙率平均为6％，均满足《北京透水人行道设计施工技术指南》及《道路人行道设计和施工质量验收规范》的要求，同时也满足《公路沥青路面施工技术规范中》对水泥稳定集料类材料的强度要求。

透水砖104：透水砖的砖体具有连通孔隙的多孔混凝土，水可以通过砖体下渗，现行透水砖行业标准《JC/T945-2005透水砖》中对透水砖渗透系数要求不小于0.01cm/s。透水砖由于直接承受上部行人或小型车荷载的作用，需要具有足够的抗压强度，《JC/T945-2005透水砖》对透水砖抗压强度要求不小于30MPa。本实施例选用的是预制透水砖。

本实施例的透水人行道路面结构具体为：10cm级配碎石垫层101、20cm 5％透水水泥稳定碎石基层102、3cm M10水泥砂浆联结层103、6cm厚荷兰透水砖104，总厚度为39cm。路面结构图横断面见图1所示。同时，级配碎石垫层与透水水泥稳定碎石基层之间还铺设有一层中粗砂或石屑，有利于填补级配碎石表面的较大空隙，以防排水基层顶面不平整而影响其压实度，同时也可适当阻止部分下层泥土上移至排水基层内部。

本发明实施例的上述考虑水荷载耦合的人行道路面的施工方法，包括以下步骤：

S1：土基施工，将低液限粘质土、低液限粉质土与粗粒土分层填筑并压实。

土基应采用符合要求的低液限粘质土、低液限粉质土与粗粒土分层填筑，根据现场实际情况选用适宜的压实工具进行压实，压实度要求不小于轻型击实标准的90％。压实成型后的土基表面应平整、无阻水现象，不得有“弹簧”、波浪和松散等现象出现。

S2：垫层施工，在土基上填筑10cm厚的级配碎石。

在土基上填筑10cm厚的级配碎石，首先应确定铺筑的宽度和厚度，边线采用拉线进行控制，厚度采用测标高方法来控制。

S3：基层施工，另配级配碎石骨料，将其与水泥拌和，水泥含量为5.5％～7％，拌和后立即运输、摊铺于垫层并碾压，基层厚度控制在15cm～30cm，基层施工完毕后需养生。

拌和排水基层混合料时应严格控制各种原材料的掺配比例，采用集中厂拌方法进行拌和。首先应对拌和设备的计量装置进行校核，每天拌种前应对各档集料的天然含水量进行测定，以便对加水量的控制，水灰比应控制在0.40～0.42之间，每盘出料都应有具有一定经验的技术人员进行目测，与试验室内拌和的混合料进行对比，若发现水灰比明显过大或过小应立即查明原因，及时调整。拌和过程中还应考虑从开始加水到运输、摊铺、碾压成型共持续的时间，根据普通硅酸盐水泥的特性，一般要求控制在3～4小时内完成，因此，拌和出厂的产量应与现场的施工速度相吻合。

摊铺时首先确定松铺系数，根据以往相关施工经验，一般平地机施工时为1.18左右，摊铺机施工时为1.15左右，人工摊铺时为1.2左右。根据现场铺筑方式选择榆钱系数参考值进行标高控制放样(应考虑纵坡和横坡)。然后，在级配碎石和各种侧限构造物表面加以湿润，以增强与混合料的结合。用翻斗车将混合料运至摊铺地点，应立即用铁锹将其铲开铺平，注意表面不要出现明显的离析，用木制长刮板按松铺标高要求进行表面刮平，多铲少补。

刮平后的混合料应立即进行压实，在现场工作面允许的条件下，根据以往经验，可采用8T双钢轮压路机碾压2遍，出现轮迹和边缘不平部位再用小型平板夯进行压实。在不满足上钢轮压路机的条件下，应采用不小于20kN的小型压实机具进行压实，压实遍数可根据现场标高变化来控制。

排水基层碾压、标高验收合格后，应及时进行保湿养生，一般可采用塑料薄膜、麻布、草包、土工布等材料。在水泥达到终凝后应及时洒水养生，养生期不得小于7天，并应始终保持湿润状态。养生期间应采取一定的措施封闭交通，并指派专人看管。

S4：整平层施工，将粒径为3～5mm的石屑与水泥拌和，水泥与石屑配比为1:5～1:6，然后根据地面砖基准线，摊铺于基层上并整平，厚度为3cm。

摊铺整平层前应事先做好以下准备工作：

a.除路面基层上的浮石、杂物等；

b.根据地面砖基准线张拉水准线；

c.根据张拉的水准线，摊铺整平层，水准线为垫砂层虚铺厚度的顶面。

摊铺整平层的施工方法主要有3种，即刮板法、耙平法、摊铺机摊铺法。

(1)刮板法

刮板法施工如下所述，它由4个固定架、2个导杆和1个刮板组成。使用方法如下：

①先将垫层砂均匀地摊铺开，其厚度略高于虚铺标高；

②把4个固定架按要求的标高固定在基层或两边的侧石上；

③把2个圆铁管导杆按装在固定架上(导杆长度最好一次横跨人行道)，把

刮板(一般长为3m左右)放在导杆上，使刮板底与垫层砂虚铺厚度水准线同高；

④用刮板沿着导杆刮平垫层砂(刮板始终不能脱离导杆)。

刮板法的主要特点是砂垫层的表面比较平整，初始压实度比较均匀，固定架的标高控制比较严格且固定要牢固，在铺设时相对比较费时。

(2)耙平法

张拉3～4m间距的纵横交错的虚铺厚度水准线，用耙子耙平砂子，使砂子的顶面与水准线同高。其主要缺点表现在材料离析和初始压实度方面的施工变异性较大。

(3)摊铺机摊铺法

适用于较宽路面的垫砂层施工，施工效率高，且具有一定的压实效果。

摊铺时应注意以下事项：

a.若采用不掺水泥的砂或废渣，为便于施工和压实，应该使材料保持一定的含水量，一般控制在6％～8％。

b.施工时为了尽量避免或减少垫层砂的离析，在使用钉耙铺开前每堆料堆的体积不宜太大。

c.砂垫层施工长度应按当天铺筑面砖长度而定，可早于或同步于面砖的施工。厚度必须满足设计要求，虚铺系数(松铺系数)应按试验确定，一般天然砂可取1.25～1.30。

d.砂垫层摊铺后可采用铁制滚筒在其表面进行适当来回滚压(类似于水泥混凝土施工滚压)，以使其具有一定的压实度和平整度。

e.施工后的表面应均匀、平整，严禁行人、各种机械设备行走或停放。

S5：面层施工，采用“前进铺筑法”在整平层上铺设透水砖，铺筑后对面砖进行压实与接缝灌砂。

透水面砖大规模施工前，应在工地选一施工面，铺设至少30m²试验段，经过总结后方可进行大规模施工作业。

(1)正常路段施工

砂垫层施工后应紧跟进行面砖的铺设，在一般路段铺设时应注意以下各点：

a.基准线的确定

①有路缘石

由于人行道两侧已按一定标高要求砌筑好路缘石，只需两路缘石间拉横缝线作为基准线即可，但需考虑和校核是否满足设计坡度、面砖的压实沉降以及面砖与路缘石间的设计高差问题。

②无路缘石

面砖铺设的定位可采用“挂线定位法”，先选择几条横缝线作为基准线，相临横缝线的间距不宜超过10m，在横缝线的垂直线上挂出人行道的边线和多条不等宽度线。挂线高度需考虑设计坡度和一定的抛高值。

b.铺筑时应采用“前进铺筑法”，严禁施工人员站在砂垫层上进行操作，可站在已铺好的透水面砖上，但在其操作范围内在铺好的面砖上需覆盖一定面积的木板，一是以防已铺好的透水面砖遭受污染，二是以免由于操作人员荷载的集中而影响表面平整度。

c.铺设时一般从靠侧石一端开始，一边向前一边向外进行铺筑。各面砖间的接缝宜控制在3mm左右，施工时可采用木制或橡皮榔头进行适当调整，严禁使用易使面砖被击破损的工具。

d.在铺筑过程中，应随时用3m直尺检查其平整度，检查应包括横向、纵向和斜角三个方向，发现不平整处，应及时进行调整。

e.可把具有两个收头横断面的区间作为一个施工段，在一个施工段内应只能安排一个作业面按行人前进方向进行铺设。

f.铺筑到路边若产生不大于20mm的缝隙时，可适当调节多块路面砖的缝隙来弥补，不宜采用水泥砂浆直接填补。

(2)特殊部位施工

a.若遇各类市政公用事业管线等地面设施、盖框等，对无法用整块面砖铺筑的部位应及时用C30的混凝土浇注，浇注的形状应同时考虑整块面砖铺筑的位置。

b.在平面弯曲段施工中，一般采用调节缝宽的方法进行，但弯道外侧缝隙应≮6mm，内侧缝隙应≮2mm，如超出上述要求时，应对面砖角进行适当的切割。

c.在竖向弯曲段施工中，一般尽量在基层和垫层施工时就应进行竖向曲线的平稳过度，面砖的上下面接缝宽度也应控制在2～6mm，如达不到上述要求时，也应对面砖进行适当的切割。

d.所有被铺筑路面砖切割块的最小尺寸应不小于20mm。

e.在无路缘石边缘部位施工时，应采用混凝土止挡法或面砖砂浆粘结法固定面砖。

(3)压实与接缝灌砂

面砖铺筑后，必须对其进行适当的碾压和接缝灌砂处理，使面砖各接触面间的嵌挤更加密实。

a.在面砖上铺罩一层完全展开的雨布或彩条布，以免压实机具直接接触面砖而损伤其棱角。

b.压实机具一般采用手推式平板压路机。

c.碾压方向与行人方向一致，碾压顺序由横坡的低侧向高侧发展，碾压速度以正常行人速度为准，碾压遍数以2遍为宜。

d.对表面接缝进行灌砂、碾压，重复数次，使接缝全部被砂填满为止。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种考虑水荷载耦合的人行道路面，其特征在于，包括从土基开始自下而上依次铺设的级配碎石垫层、透水水泥稳定碎石基层、透水砂浆联结层和透水砖；其中，透水水泥稳定碎石基层的骨料采用级配碎石，水泥含量为5.5％～7％；透水砂浆联结层的石屑粒径为3～5mm，水泥与石屑配比为1:5～1:6。

2.根据权利要求1所述的一种考虑水荷载耦合的人行道路面，其特征在于，级配碎石垫层的厚度为10cm。

3.根据权利要求1所述的一种考虑水荷载耦合的人行道路面，其特征在于，透水水泥稳定碎石基层的厚度控制在15cm～30cm。

4.根据权利要求1所述的一种考虑水荷载耦合的人行道路面，其特征在于，联结层的厚度为3cm。

5.根据权利要求1所述的一种考虑水荷载耦合的人行道路面，其特征在于，水泥为425#水泥，水灰比为0.40～0.42。

6.根据权利要求1所述的一种考虑水荷载耦合的人行道路面，其特征在于，级配碎石垫层与透水水泥稳定碎石基层之间还铺设有一层中粗砂或石屑。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的考虑水荷载耦合的人行道路面的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：土基施工，将低液限粘质土、低液限粉质土与粗粒土分层填筑并压实；

S2：垫层施工，在土基上填筑10cm厚的级配碎石；

S3：基层施工，另配级配碎石骨料，将其与水泥拌和，水泥含量为5.5％～7％，水灰比应控制在0.40～0.42之间，拌和后立即运输、摊铺于垫层并碾压，基层厚度控制在15cm～30cm，基层施工完毕后养生；

S4：整平层施工，将粒径为3～5mm的石屑与水泥拌和，水泥与石屑配比为1:5～1:6，然后根据地面砖基准线，摊铺于基层上并整平，厚度为3cm；

S5：面层施工，采用“前进铺筑法”在整平层上铺设透水砖，铺筑后对面砖进行压实与接缝灌砂。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤S3中，摊铺工艺中的松铺系数为1.18～1.2。

9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤S3中，碾压工艺中应采用不小于20kN的小型压实机具进行压实。

10.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤S3中，养生期不小于7天，并始终保持湿润状态。

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