CN110144789A - 一种水循环排水降温路面 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水循环排水降温路面，包括设置反向横坡的多孔沥青路面结构、路面补水系统、雨水收集系统和自动控制系统；多孔沥青路面结构从上到下依次为多孔沥青上面层、封层、柔性中面层、柔性下面层和半刚性基层和路基，其中多孔沥青上面层空隙率和厚度与普通排水沥青路面均有所增加；多孔沥青路面结构与雨水收集系统、自动控制系统和道路补水系统相接，在路面结构内部形成水循环，降雨时排水、集水并蓄存，高温、干旱时启动水泵为路面补水降温。本发明在有效节约水资源的同时，能显著降低高温时沥青路面温度，减少车辙等高温病害的产生。

Description

一种水循环排水降温路面
技术领域
本发明涉及一种水循环排水降温路面，属于城市道路领域。
背景技术
城市建设中，绝大多数的城市道路均采用密级配沥青混合料、水泥混凝土等材料。此类不透水材料虽然铺装简单，但对城市的生态环境和人居环境造成的负面影响日渐突出，且由于夏日路面温度较高，车辙等高温病害频发。
雨水循环是自然界水循环的重要组成部分，也是最直接、最根本、最经济的水资源利用方式。降落到硬化路面的雨水，大部分都直接通过排水管道进入城市的雨污系统。与此同时，道路洒水车洒水、绿化带浇水可改善周边气候，但采用再生水或自来水，造成水资源大量浪费。
透水沥青路面，是指由较大空隙率的沥青混合料作为路面结构层、允许路表水进入路面甚至路基的一类路面。这类路面使得雨水透入路面，有助于减少地表径流、降噪和缓解城市热岛效应。但是这种路面空隙率较大，雨水进入路面后很快通过内部排水管排出路面，蓄含在路面内部的雨水也会在蒸发等作用下消耗殆尽。为了减少城市道路沥青路面车辙等高温病害的产生，此种路面在高温时仍需要洒水才能实现持续降温。然而，洒水虽然有利于降低高温车辙出现的可能，但容易致使路面产生积水，一定程度上影响路面抗滑性能，并且洒水车行驶缓慢，容易造成车辆拥堵，这些均会给车辆行驶带来安全隐患。
为了同时兼顾里面的排水性能和保水性能，可在大空隙的路面结构中灌注保水性材料来满足其功能性需求。但保水性材料的大量填充会占据路面结构中的透水空隙，显著降低沥青路面的透水效果。此外，灌注材料多为灰白色矿物质系材料，与沥青路面的颜色相容性较差，会影响城市道路的整体美观性。
发明内容
技术问题：本发明是针对上述现有技术领域存在的缺失，提供了一种水循环排水降温路面，通过改进排水路面结构，建立道路系统内部水循环，以解决普通排水路面不能长时间保水降温的问题，缓解车辙等高温病害频发的现状。
技术方案：本发明提供了一种水循环排水降温路面，该水循环沥青路面包括多孔沥青路面、雨水收集系统、路面补水系统和自动控制系统；
所述多孔沥青路面的结构从上到下依次为多孔沥青上面层、封层、柔性中面层、柔性下面层、半刚性基层和路基；
所述的雨水收集系统由线性排水管、雨水弃流池、连接水管、雨水收集池、溢流管、市政供水管构成；
所述路面补水系统由道路补水管构成；
所述自动控制系统由水位监测器、温度传感器、水泵以及外部控制器构成；
其中线性排水管沿道路中央分隔带纵向设置，位于多孔沥青上面层底部，雨水弃流池在半刚性基层上方，通过连接水管与线性排水管相连，雨水收集池位于雨水弃流池的下方，通过连接水管与雨水弃流池相连，雨水收集池位于路基内，雨水收集池与溢流管和市政供水管连接；雨水收集池内部设置有水位监测器；所述水泵位于雨水收集池内，通过连接水管与道路补水管连接；所述的道路补水管埋设于多孔沥青上面层内部，所述的温度传感器分布于多孔沥青上面层内部。
其中：
所述的多孔沥青上面层为反向横坡设置，即多孔沥青上面层的路面外侧高于路面内侧，横坡坡度为1～2％；使外侧道路补水管中的补给水源沿多孔沥青上面层内部横向缓慢流动，降雨时雨水沿道路横坡进入线性排水管中以收集雨水；路面内侧与线性排水管连接形成路面内部水循环。
所述的多孔沥青上面层由开级配大孔隙透水沥青混凝土铺筑，为增加路面的排水空间和改善保水效果，适当增加多孔沥青混凝土的空隙率及多孔沥青上面层厚度，空隙率为23％～27％、厚度为100～200mm、最大公称粒径为13mm；其级配组成为：尺寸为16.0mm的方孔筛，通过率为100％；尺寸为13.2mm的方孔筛，通过率为88％～100％；尺寸为9.5mm的方孔筛，通过率为52％～70％；尺寸为4.75mm的方孔筛，通过率为10％～30％；尺寸为2.36mm的方孔筛，通过率为10％～21％；尺寸为1.18mm的方孔筛，通过率为8％～16％；尺寸为0.6mm的方孔筛，通过率为6％～15％；尺寸为0.3mm的方孔筛，通过率为4％～10％；尺寸为0.15mm的方孔筛，通过率为3％～7％；尺寸小于0.075mm的方孔筛，通过率为2％～4％。
所述封层为乳化沥青封层，位于柔性中面层和多孔沥青上面层之间；所述路基为压实土基。
所述的柔性中面层采用80mm的密级配沥青路面混合料，最大公称粒径为20mm；
柔性下面层采用100mm的密级配沥青路面混合料，最大公称粒径为25mm。
所述的半刚性基层采用粒径为200～250mm的水泥稳定碎石，其最大公称粒径为31.5mm。
所述的温度传感器分布于多孔沥青上面层内部，用来监测路面温度，温度传感器距离多孔沥青上面层上表面的距离为4～6cm；当路面温度高于40℃时，控制器打开补水泵，为路面补水降温。
所述道路补水管沿道路边缘(道路最高处)纵向设置埋设于多孔沥青上面层的底部，雨水收集池通过连接水管为道路补水管供水；补水管为常见节水灌溉中的滴灌，灌水器流量为3～5L/h，总出水量为1.2～2.5m3/s，间距为10～15cm设置，滴灌带直径为1～2cm。
所述的雨水收集池与溢流管和市政供水管连接中，溢流管和市政供水管连接于雨水收集池的顶部，溢流管与市政排水管相连以排出雨水收集池中多余的水；市政供水管用来在干旱少雨季节为路面水循环供水。
所述的水泵位于雨水收集池内，是指水泵位于雨水收集池的池底。
所述的雨水收集池内设置有水位监测器，其数据与外部控制器共享，当雨水收集池内液面高度小于30cm时，控制器自动打开市政供水管阀门，通过市政供水管补充雨水收集池用水过程中损失的水量。
所述雨水弃流池顶部设置雨水篦防止树叶等较大体积污染物进入，雨水弃流池内设置截污挂篮可过滤线性排水管所带来的小污染物，雨水弃流池底部设置有隔板，将底部的弃流管与底部的连接水管接口隔开，隔板高度为雨水弃流池高度的4/5～5/6，在隔板上方布设金属滤网，用于雨水弃流池内多余的水流通过并流入弃流管。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明提供的水循环排水降温路面，通过道路结构内部水循环完成路面排水、保水降温等功能：
1、通过增大多孔沥青上面层的厚度和空隙率，改善了排水路面的削减径流和延缓峰值的效果；
2、路面横坡反向设置，降雨时利用水流横向流动收集雨水，并通过连接水管与雨水弃流池和雨水收集池连接，构成内部水循环体系，有效利用了城市降雨等水资源；
3、外部控制器和内部埋设的传感器实时监控路面温度，利用滴灌技术为路面供水降温，有效节约了城市用水，并显著降低沥青路面车辙等高温病害的发生，延长了沥青路面的使用寿命。
该发明在城市道路建设中，将产生很好的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明的水循环排水降温路面整体结构示意图；
图2是本发明的水循环排水降温路面内部水循环流向示意图；
图3是本发明的水循环排水降温路面中雨水弃流池示意图；
图4是本发明的水循环排水降温路面中雨水收集系统示意图；
图5是本发明的水循环排水降温路面中自动控制系统示意图；
图6是本发明的水循环排水降温路面中道路补水示意图；
图7是本发明实施例中的模型及温度传感器布置示意图；
图8是本发明实施例中试件表面降温效果图；
图9是本发明实施例中试件距表面5cm深度处降温效果图；
图中有：1-温度传感器、2-多孔沥青上面层、3-封层、4-柔性中面层、5-柔性下面层、6-线性排水管、7-连接水管、8-半刚性基层、9-路基、10-雨水收集池、11-水泵、12-溢流管、13-水位监测器、14-控制器、15-雨水弃流池、16-截污挂篮、17-市政供水管、18-弃流管、19-金属滤网、20-雨水篦、21-市政排水管、22-道路补水管和23-隔板。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
实施例1
一种水循环排水降温路面(如图1所示)，包括多孔路面结构、路面补水系统、雨水收集系统和自动控制系统；所述多孔沥青路面由多孔沥青上面层2、封层3、柔性中面层4、柔性下面层5、半刚性基层8和路基9组成；所述雨水收集系统由线性排水管6、雨水弃流池15、连接水管7、雨水收集池10、溢流管12、市政供水管17构成；所述自动控制系统由水位监测器13、温度传感器1、水泵11以及外部控制器14构成；所述路面补水系统由道路补水管22构成；
其中线性排水管6沿道路中央分隔带纵向设置，位于多孔沥青上面层2底部，雨水弃流池15在半刚性基层8上方，通过连接水管7与线性排水管6相连，雨水收集池10位于雨水弃流池15的下方，通过连接水管7与雨水弃流池15相连，雨水收集池10位于路基9内，雨水收集池10与溢流管12和市政供水管17连接；雨水收集池10内部设置有水位监测器13；所述水泵11位于雨水收集池10内，通过连接水管7与道路补水管22连接；所述的道路补水管22埋设于多孔沥青上面层2内部，所述的温度传感器1分布于多孔沥青上面层2内部。
如图2所示，所述多孔路面结构为反向横坡设置，横坡设置为2％，降雨时雨水渗入多孔沥青上面层2，通过雨水收集系统净化并蓄积，雨水收集池10中多余的水通过溢流管12排入市政排水管21，当路面温度过高时自动控制系统启动水泵11为路面供水降温；
优选地，市政供水管17和溢流管12都位于雨水收集池10顶部，其中市政供水管17设计直径为20cm，溢流管12设计直径为20cm；
所述多孔路面结构的多孔沥青上面层2由开级配大孔隙沥青混凝土铺筑，为增加路面的排水空间和改善保水效果，适当增加多孔沥青混凝土的空隙率及多孔沥青上面层2厚度，空隙率为25％，推荐厚度为150mm；
多孔沥青上面层2采用的沥青混凝土为配合比经过优化的透水沥青混凝土(PAC-13)，级配为-尺寸为16.0mm的方孔筛，通过率为100％，尺寸为13.2mm的方孔筛，通过率为90％，尺寸为9.5mm的方孔筛，通过率为60％，尺寸为4.75mm的方孔筛，通过率为22％，尺寸为2.36mm的方孔筛，通过率为14％，尺寸为1.18mm的方孔筛，通过率为11％，尺寸为0.6mm的方孔筛，通过率为9％，尺寸为0.3mm的方孔筛，通过率为6％，尺寸为0.15mm的方孔筛，通过率为4％，尺寸小于0.075mm的方孔筛，通过率为2％；
所述多孔路面结构的基层8和柔性中面层4、柔性下面层5分别采用传统的半刚性材料和密集配沥青混凝土；所述封层3为乳化沥青封层3，位于柔性中面层4和多孔沥青上面层2之间；所述路基9为压实土基；
所述沥青路面的柔性中面层4采用80mm的沥青路面混合料(AC-20)，最大公称粒径为20mm；
所述沥青路面的柔性下面层5采用100mm的沥青路面混合料(AC-25)，最大公称粒径为25mm；
所述沥青路面的基层8采用200～250mm的沥青路面混合料水泥稳定碎石，其最大公称粒径为31.5mm；
所述多孔沥青上面层2内部布设温度传感器1，用来监测路面温度，当温度传感器1温度示数高于40℃时，控制器14打开补水水泵11为路面补水降温，推荐埋设深度为距离路表4～6cm；
所述道路补水管22沿道路边缘(道路最高处)纵向设置埋设于多孔沥青上面层2的底部，雨水收集池10通过连接水管7为道路补水管22供水，补水管为常见节水灌溉中的滴灌形式，其中灌水器流量为3L/h，总出水量为1.2m3/s，间距为10cm设置，滴灌带直径为1cm；
优选地，所述雨水收集池10底含有水泵11，通过连接水管7为道路补水管22供水；池顶布设溢流管12，与市政排水管21相连以排出雨水收集池10中多余的水；池顶布设市政供水管17，用来在干旱少雨季节为路面水循环供水；优选地，连接水管7设计直径均为20cm；
所述线性排水管6沿道路中央分隔带纵向设置，低于多孔沥青上面层2，与雨水弃流池15相连；雨水弃流池15与雨水收集池10用连接水管7相连接；雨水收集池10位于路基9内，通过连接水管7与道路补水管22连接；其中，所述线性排水管6的安全排水量为6.2L/s，其直径为20cm；
如图3所示，所述雨水弃流池15顶部设置雨水篦20防止树叶等较大体积污染物进入，雨水弃流池15内设置截污挂篮16可过滤线性排水管6所带来的小污染物，底部的弃流管18和底部的连接水管7之间设置隔板23，隔板高度23高度为雨水弃流池高度的4/5～5/6，上方布设金属滤网19，用于雨水弃流池15内多余的水流通过并流入弃流管18；优选地，弃流管18位于雨水弃流池15底部，设计直径为10cm；其中，所述雨水弃流池15的设计间距为40m，容积为1m3，长200cm、宽50cm、高100cm；
如图4、图5所示，所述雨水收集池10内有水位检测器，其数据与控制器14共享；当雨水收集池10内水位高度小于30cm时，通过市政供水管17补充雨水收集池10用水过程中损失的水量；优选地雨水收集池10通常埋设在距离路表面80cm深度，容积为15m3，长500cm，宽200cm，高150cm；
对本发明提供的一种水循环排水降温路面的实际效果进行测试：
试验室内按所述要求制备两个多孔沥青上面层2模型，模拟实际降雨排水及保水降温效果，并进行对比实验，其参数为：厚度为15cm、路面横向宽度为30cm、纵向长度为30cm、实际空隙率为24.7％。
在沥青路面模型1外侧按10cm间距布设3个滴水孔，补水流量为3L/h，模型2为对照试验，不设置滴水孔。
为了避免灯光照射的相互干扰，在两模型之间搭设了木质材料的隔板。
沿路面横向，在多孔沥青上面层2表面及距离路表面5cm深度处分别埋设4个温度传感器1，纵向间距为10cm，横向布设间距为10cm(如图7所示)。
所述室内模型，除路面顶部外，模型底部及四周均粘贴防水隔热棉，在阻止降水侧漏的同时，防止模型四周与外界形成空气对流影响试验结果，防水隔热棉产于旺卓橡塑科技(上海)有限公司。
两个路面模型顶部均布设花洒莲蓬头，控制降水量与设计降雨强度一致。
两个路面模型均在相同功率275W的单个加热灯下分别照射，加热灯距路表高度为60cm，调整加热灯位置，使灯光完全集中于路面模型照射。
一、降雨径流控制
根据南京市暴雨强度计算公式：式中i为设计降雨强度、单位mm/min；P设计降雨重现期、单位a；t为降雨历时、单位为min；
本实例取重现期5年、设计降雨历时为2小时，得到设计降雨强度为0.63mm/min，径流控制效果见表1。
表1
测试时间(min) 30 60 90 120
总降雨量(cm<sup>3</sup>) 1701 3402 4536 6804
模型1路表径流量(cm<sup>3</sup>) 0 0 0 0
模型2路表径流量(cm<sup>3</sup>) 0 0 0 0
在设计降雨强度下，两路面模型路表均为产生径流，试验结果表明，增大多孔沥青上面层2空隙率和厚度显著提高了排水路面的削减径流和蓄水效果。
二、降温效果测试
待路面模型内部水分蒸发完全，进行降温效果测试，分别用加热灯照射6h，试验中沥青路面模型1通过外侧滴水孔为路面补水降温，对照组模型2不进行补水，测试仪器每隔10s记录一次路表温度及距路表5cm深度处的温度，试验结果如图8和图9所示。
从表2可以看出，本发明对沥青路面进行补水降温，在测试时间为6h时路表和距路表5cm处的降温效果分别达到了17.4℃和15.5℃，降温效果显著。
表2

Claims (10)

1.一种水循环排水降温路面，其特征在于：该排水降温路面包括多孔沥青路面、雨水收集系统、路面补水系统和自动控制系统；
所述多孔沥青路面的结构从上到下依次为多孔沥青上面层(2)、封层(3)、柔性中面层(4)、柔性下面层(5)、半刚性基层(8)和路基(9)；
所述的雨水收集系统由线性排水管(6)、雨水弃流池(15)、连接水管(7)、雨水收集池(10)、溢流管(12)、市政供水管(17)构成；
所述路面补水系统由道路补水管(22)构成；
所述自动控制系统由水位监测器(13)、温度传感器(1)、水泵(11)以及外部控制器(14)构成；
其中线性排水管(6)沿道路中央分隔带纵向设置，位于多孔沥青上面层(2)的底部，雨水弃流池(15)在半刚性基层(8)上方，并通过连接水管(7)与线性排水管(6)相连，雨水收集池(10)位于雨水弃流池(15)的下方，通过连接水管(7)与雨水弃流池(15)相连，雨水收集池(10)位于路基(9)内，雨水收集池(10)与溢流管(12)和市政供水管(17)连接；雨水收集池(10)内部设置有水位监测器(13)；所述水泵(11)位于雨水收集池(10)内，通过连接水管(7)与道路补水管(22)连接；所述的道路补水管(22)埋设于多孔沥青上面层(2)内部，所述的温度传感器(1)分布于多孔沥青上面层(2)内部。
2.如权利要求1所述的一种水循环排水降温路面，其特征在于：所述的多孔沥青上面层(2)为反向横坡设置，即多孔沥青上面层(2)的路面外侧高于路面内侧，横坡坡度为1.5％～2％。
3.如权利要求1所述的一种水循环排水降温路面，其特征在于：所述的多孔沥青上面层(2)由大孔隙透水沥青混凝土铺筑，空隙率为23％～27％、厚度为100～200mm、最大公称粒径为13mm，其级配组成为：尺寸为16.0mm的方孔筛，通过率为100％；尺寸为13.2mm的方孔筛，通过率为88％～100％；尺寸为9.5mm的方孔筛，通过率为52％～70％；尺寸为4.75mm的方孔筛，通过率为10％～30％；尺寸为2.36mm的方孔筛，通过率为10％～21％；尺寸为1.18mm的方孔筛，通过率为8％～16％；尺寸为0.6mm的方孔筛，通过率为6％～15％；尺寸为0.3mm的方孔筛，通过率为4％～10％；尺寸为0.15mm的方孔筛，通过率为3％～7％；尺寸小于0.075mm的方孔筛，通过率为2％～4％。
4.如权利要求1所述的一种水循环排水降温路面，其特征在于：所述的柔性中面层(4)采用80mm的密级配沥青路面混合料，最大公称粒径为20mm；柔性下面层(5)采用100mm的密级配沥青路面混合料，最大公称粒径为25mm。
5.如权利要求1所述的一种水循环排水降温路面，其特征在于：所述的半刚性基层(8)采用粒径为200～250mm的水泥稳定碎石，其最大公称粒径为31.5mm；所述封层(3)为乳化沥青封层；所述路基(9)为压实土基。
6.如权利要求1所述的一种水循环排水降温路面，其特征在于：所述的溢流管(12)与市政排水管(21)相连。
7.如权利要求1所述的一种水循环排水降温路面，其特征在于：所述的雨水弃流池(15)的顶部设置有雨水篦(20)，在雨水弃流池(15)内设置截污挂篮(16)过滤线性排水管(6)带来的小污染物，雨水弃流池(15)底部设置有隔板(23)，将底部的弃流管(18)与底部的连接水管(7)接口隔开，隔板(23)高度为雨水弃流池(15)高度的4/5～5/6，在隔板(23)上方布设金属滤网(19)。
8.如权利要求1所述的一种水循环排水降温路面，其特征在于：所述的温度传感器(1)分布于多孔沥青上面层(2)内部，温度传感器(1)距离多孔沥青上面层(2)上表面的距离为4～6cm。
9.如权利要求1所述的一种水循环排水降温路面，其特征在于：所述的道路补水管(22)采用滴灌方式，灌水器流量为3～5L/h，总出水量为1.2～2.5m3/s，间距为10～15cm设置，滴灌带直径为1～2cm。
10.如权利要求1所述的一种水循环排水降温路面，其特征在于：所述的雨水收集池(10)与溢流管(12)和市政供水管(17)连接中，溢流管(12)和市政供水管(17)连接于雨水收集池(10)的顶部；所述的水泵(11)位于雨水收集池(10)内，是指水泵(11)位于雨水收集池(10)的池底。
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