CN114059411A - 一种海绵城市道路 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种海绵城市道路，包括面层、渗透层和防渗层，所述防渗层包括防渗垫层和防渗结构层，所述防渗垫层为细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰的混合物，所述防渗结构层为粉质粘土和秸秆生物炭粉的混合物。本发明提供的上述海绵城市道路中的秸秆生物炭颗粒具有防渗性，与细砂、粉煤灰混合后，该层几乎不透水，在冻胀作用下，秸秆生物炭、细砂和粉煤灰都不会发生破坏，在过往车辆的荷载作用下，防渗透性功能仍然不会降低，防渗结构层中的粉质粘土具有防渗性，这种防渗层在过往车辆的荷载作用下和冻胀作用下均不会被破坏，从而能在低成本的基础上，避免运行过程中出现路基堵塞、路面破损和路基沉陷破坏问题，且能够加速渗流。
Description
技术领域
本发明属于城市建设技术领域，特别是涉及一种海绵城市道路。
背景技术
海绵城市的目的主要是应对雨水带来的自然灾害，同时实现调节城市气候环境和提高城市人居舒适度的作用。海绵城市道路是海绵城市建设的一个重要组成部分，在加速雨水外排、缓解交通堵塞和改善大气环境等方面能够起到重要的作用，因此，海绵城市道路的安全运行对整个海绵城市体系的安全有效运行具有重要的意义。
在现有技术中，海绵城市的道路具有吸水和透水等功能，但在长期的降雨期，雨水进入路基下层的土壤中，在过往车辆的碾压下，会出现路基翻浆和路面结构破坏的情况。如果降低路基的透水系数，则又会降低整个海绵城市道路的排水能力，同时又容易引起道路路基的堵塞。路基下部设置有防渗层，传统的防渗材料成本高，特别在车辆对路基的碾压作用下以及冬季的冻胀作用下，传统的防渗层又容易失效。例如，现在有一种海绵型城市透水沥青路面，由上至下分别包括：细粒式透水沥青混凝土上面层、大空隙透水沥青混凝土下面层、排水式沥青碎石层、级配碎石层、防渗反滤层及路基。对于岛状冻土区和冻深超过1.5m的季节性冻土区，现在的这种海绵型城市道路的路基直接和雨水接触，路基强度极易在雨水的作用下减弱，因此无法解决冬季冻融的问题，特别是东北地区，冬季和春季的反复冻融作用下，出现道路沉陷破坏，对于具有渗透功能的海绵城市道路，加速了冬季冻融道路路基破坏，这个问题较传统道路更为严重，现有的上述海绵型城市道路中，采用的反滤土工布具有排水功能，主要是保护路基材料颗粒不流失的作用，不具有防渗功能，采用反滤土工布也只能实现保护路基不被雨水冲刷带走，从而引起路基不稳定，雨水是可以通过反滤土工布进入路基土中的，只是在路基土中的水流失的时候土被反向拦截，不被冲刷走。即使这个反滤土工布设置了防渗功能。实际道路在运行过程中，路基是有一定变形的，这个是允许的。因为路基之上从上到下依次为“道路面层、基层和垫层”，在汽车荷载的作用下，从路面开始，影响深度为超过1.0m，特别是重载车辆，影响深度甚至超过1.5m。而道路面层、基层和垫层的总厚度一般为0.5m左右，现有的这种道路的总厚度最大也只有0.76m，路基一定的深度范围是受车辆荷载影响的，因而会产生一定的变形，这个反滤土工布在车辆荷载的作用下被破坏，同时，级配碎石层在土工布之上，在车辆动载和静载的作用，碎石也会破坏土工布。如果铺设多层土工布，道路建设的成本会显著增加，对投资者来说是不可接受的，另外，在冻胀的作用下，反滤土工布也会被破坏，从经济的角度分析，反滤土工布成本高，增加了道路建设的成本。
为此，亟需一种在低成本的基础上，能够防堵塞、加速渗流且能够确保路基稳定的海绵城市道路。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种海绵城市道路，能够在低成本的基础上，避免运行过程中出现路基堵塞、路面破损和路基沉陷破坏问题，且能够加速渗流。
本发明提供的一种海绵城市道路，包括面层、渗透层和防渗层，所述防渗层包括防渗垫层和防渗结构层，所述防渗垫层为细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰的混合物，所述防渗结构层为粉质粘土和秸秆生物炭粉的混合物。
优选的，在上述海绵城市道路中，所述防渗垫层中的秸秆生物炭颗粒的质量为细砂的质量的5％至10％，且所述秸秆生物炭颗粒的粒径为2mm至5mm。
优选的，在上述海绵城市道路中，所述防渗垫层中的粉煤灰的质量占所述细砂的质量的3％至7％。
优选的，在上述海绵城市道路中，所述防渗垫层的厚度为50mm至150mm。
优选的，在上述海绵城市道路中，所述防渗结构层中的秸秆生物炭粉的质量为粉质粘土的质量的3％至5％，且所述秸秆生物炭粉的粒径不大于0.5mm。
优选的，在上述海绵城市道路中，所述防渗结构层中的粉质粘土中的粘粒含量不小于30％。
优选的，在上述海绵城市道路中，所述防渗结构层的厚度为200mm至300mm。
优选的，在上述海绵城市道路中，所述渗透层包括粗料层和细料层，所述粗料层厚度为300mm至500mm，包括级配碎石或卵石，其中粒径为10mm至30mm的级配碎石或卵石占比为30％至45％，所述细料层厚度为100mm至200mm且为粗砂和砾砂的混合物，其中所述粗砂和所述砾砂的比例为1：0.2至1:0.5。
优选的，在上述海绵城市道路中，所述面层包括第一面层和第二面层，其中，所述第一面层为透水沥青层，所述第二面层为透水混凝土层。
优选的，在上述海绵城市道路中，所述海绵城市道路的横断面的中间向两侧呈0.05％至0.1％的坡度。
通过上述描述可知，本发明提供的上述海绵城市道路，由于其中的防渗层包括防渗垫层和防渗结构层，所述防渗垫层为细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰的混合物，所述防渗结构层为粉质粘土和秸秆生物炭粉的混合物，其中防渗垫层中的秸秆生物炭颗粒具有防渗性，特别是与细砂、粉煤灰混合后，该层几乎不透水，在冻胀作用下，秸秆生物炭、细砂和粉煤灰都不会发生破坏，在过往车辆的荷载作用下，秸秆生物炭和粉煤灰都具有可压缩性，即使有少量秸秆生物炭被碾压破碎，炭粉填充细砂中，防渗透性功能仍然不会降低，而且，防渗结构层中的粉质粘土具有一定的防渗性，掺入秸秆生物炭粉后防渗性能进一步提高，这种防渗层在过往车辆的荷载作用下和冻胀作用下均不会被破坏，从而该方案能够在低成本的基础上，避免运行过程中出现路基堵塞、路面破损和路基沉陷破坏问题，且能够加速渗流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种海绵城市道路的实施例的截面示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种海绵城市道路，能够在低成本的基础上，避免运行过程中出现路基堵塞、路面破损和路基沉陷破坏问题，且能够加速渗流。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种海绵城市道路的实施例如图1所示，图1为本发明提供的一种海绵城市道路的实施例的截面示意图，该海绵城市道路的实施例包括面层1、渗透层2和防渗层3，其中面层1和渗透层2的具体结构组成不限，而防渗层3包括防渗垫层301和防渗结构层302，其中，防渗垫层301为细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰的混合物，防渗结构层302为粉质粘土和秸秆生物炭粉的混合物。
需要说明的是，上述秸秆生物炭颗粒可以采用农作物秸秆在缺氧条件下高温碳化制备，碳化温度为300-500℃，升温速率为10-15℃/min，达到碳化温度条件后稳定碳化时间为2-3小时。由于其中的防渗层包括防渗垫层和防渗结构层，防渗垫层为细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰的混合物，防渗结构层为粉质粘土和秸秆生物炭粉的混合物，其中防渗垫层中的秸秆生物炭颗粒具有防渗性，特别是与细砂、粉煤灰混合后，该层几乎不透水，在冻胀作用下，秸秆生物炭、细砂和粉煤灰都不会发生破坏，在过往车辆的荷载作用下，秸秆生物炭和粉煤灰都具有可压缩性，即使有少量秸秆生物炭被碾压破碎，炭粉填充细砂中，防渗透性功能仍然不会降低，而且，防渗结构层中的粉质粘土具有一定的防渗性，掺入秸秆生物炭粉后防渗性能进一步提高，这种防渗层在过往车辆的荷载作用下和冻胀作用下均不会被破坏。
通过上述描述可知，本发明提供的上述海绵城市道路的实施例，能够在低成本的基础上，避免运行过程中出现路基堵塞、路面破损和路基沉陷破坏问题，且能够加速渗流。
在上述海绵城市道路的一个具体实施例中，防渗垫层中的秸秆生物炭颗粒的质量优选为细砂的质量的5％至10％，且秸秆生物炭颗粒的粒径优选为2mm至5mm，进一步的，上述防渗垫层中的粉煤灰的质量可以优选为占细砂的质量的3％至7％，而且，该防渗垫层的厚度可以优选为50mm至150mm，控制粉煤灰的烧失量不大于10％，这样防渗性更好，且能够承受更大载荷，更好避免道路结构在低温天气下被破坏。
在上述海绵城市道路的另一个具体实施例中，上述防渗结构层中的秸秆生物炭粉的质量可以优选为粉质粘土的质量的3％至5％，且秸秆生物炭粉的粒径优选为不大于0.5mm，进一步的，防渗结构层中的粉质粘土中的粘粒含量优选为不小于30％，而且，整个防渗结构层的厚度可以优选为200mm至300mm，粉质粘土具有一定的防渗性，掺入生物炭粉后防渗性能进一步提高。该防渗层在过往车辆的荷载作用下和冻胀作用下均不会被破坏。
继续参考图1，在上述海绵城市道路的又一个具体实施例中，上述渗透层2可以包括粗料层201和细料层202，粗料层厚度为300mm至500mm，包括级配碎石或卵石，其中粒径为10mm至30mm的级配碎石或卵石占比为30％至45％，细料层厚度为100mm至200mm且为粗砂和砾砂的混合物，其中粗砂和砾砂的比例为1：0.2至1:0.5。而且，级配碎石或卵石的压实系数不小于96％，粗料层和细料层的施工过程需分层碾压，控制含泥量不超过0.5％，设置该细料层的目的是防止防渗垫层中掺入的生物炭被破坏和下部防渗结构层6的破坏。
继续参考图1，本领域技术人员可以理解的是，在上述海绵城市道路中，上述面层1可以包括第一面层101和第二面层102，其中，第一面层可优选为透水沥青层，第二面层可优选为透水混凝土层，两者的透水系数均不小于1×10-2cm/s，透水混凝土强度为C20至C30等级。
综上所述，本申请提供的上述海绵城市道路具有如下有益效果：第一，通过道路路面渗流，大颗粒被路面拦截，同时雨水的冲刷作用将大颗粒物从路面冲入道路两侧的排水沟中，有效的避免道路路面渗流堵塞，进而加速雨水的外排速度；第二，道路路基采用上层粗颗粒且下层细颗粒的方式，渗流的雨水主要从粗颗粒中外排，细颗粒中水的流动小，在水的重力作用下，细颗粒更稳定(不宜被水冲刷走)，从而实现道路路基的稳定，另外细颗粒不宜进入粗颗粒中，预防道路路基的堵塞；第三，设置防渗垫层和防渗结构层预防雨水进入到路基下部土壤中，从而引起道路路基的不稳定，预防出现翻浆、路面破损等现象；第四，防渗垫层采用细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰组成，由于秸秆生物炭颗粒为柔性材料，具有一定的弹性，能够起到缓冲的作用，实现预防下部的防渗结构层出现开裂，同时避免冻胀破坏；第五，防渗结构层采用粉质粘土与秸秆生物炭粉均匀混合组成不仅显著降低渗透性，同时避免传统方法采用添加剂对环境的污染影响；第六，本方案所采用的粉煤灰和秸秆生物炭(植物秸秆的利用)均实现废物利用，实现节能环保；第七，本方案方法简单，成本低，资源化利用水平高，可操作性强。
另外，在上述海绵城市道路的一个优选实施例中，海绵城市道路的横断面的中间向两侧可以呈0.05％至0.1％的坡度，可以换算成角度为0.0286°至0.0573°，设置这个坡度的优点包括：第一、确保路面均匀渗透，坡度大雨水在路面的停留时间差异大，坡顶停留时间短，坡底停留时间长，不利用路面的均匀渗透。同时较大的坡度对路面行车造成不利影响，影响行车舒适度和行车安全等，而如果无坡度的话，由于载重车辆会靠路中心行驶，在碾压作用下，道路内侧路面会略低于道路两侧，从而导致雨水向道路中心流，增加道路排水的难度和影响雨天道路行车安全。第二，减少路面光照对行车产生的不良影响。对于无坡度路面，阳光经过路面反射作用，照射到人面部，产生光污染，影响司机驾驶，从而影响行车安全。而向两侧有一个小的坡度后，阳光被反射到道路的两侧，有效的解决光污染影响。
下面以两个例子对上述方案进行说明：
第一个例子是针对城市主干道，该道路宽度为50m，采用海绵城市道路的结构，包括面层、渗透层和防渗层三部分，其中面层分为第一层面层和第二层面层，渗透层分为粗料层和细料层，防渗层分为防渗垫层和防渗结构层；第一层面层为透水沥青，第二层面层为透水混凝土；渗透层中的粗料层为碎石或卵石，细料层为粗砂和砾砂均匀混合组成；防渗垫层由细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰组成，防渗结构层由粉质粘土与秸秆生物炭粉均匀混合组成；第一层面层采用的透水沥青和第二层面层采用的透水混凝土，两者的透水系数均不小于1×10-2cm/s，透水混凝土强度为C30等级。
渗透层中的粗料层为级配碎石(或卵石)，最大粒径小于30mm，且粒径为10mm至30mm为35％至45％，该层厚度500mm，级配碎石(或卵石)的压实系数不小于96％；细料层为粗砂和砾砂均匀混合组成，两者混合的质量比例为1:0.5，该层厚度为200mm，级配碎石(或卵石)的压实系数不小于96％；渗透层中的粗料层3、细料层4施工过程需分层碾压，控制含泥量不超过0.5％。
防渗垫层由细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰组成，细砂中秸秆生物炭的掺入质量比例为10％，秸秆生物炭粒径为2mm至5mm，掺入粉煤灰的质量比例为7％，控制粉煤灰的烧失量不大于10％，该层厚度为80mm至150mm，道路横断面中间向两侧呈0.1％的坡度。
防渗结构层由粉质粘土与秸秆生物炭粉均匀混合组成，生物炭粉的掺入比为粉质粘土质量的5％，该层厚度为300mm；防渗结构层中的粉质粘土中粘粒含量不小于30％，生物炭粉最大粒径不大于0.5mm，该层的渗透系数小于0.5×10-8cm/s。
秸秆生物炭采用玉米秸秆在缺氧条件下高温碳化制备，碳化温度为500℃，升温速率为15℃/min，达到碳化温度条件后稳定碳化时间为2小时。
第二个例子针对的是城市支路，该城市支路宽度为16m，采用的海绵城市道路的结构包括面层、渗透层和防渗层三部分组成，面层分为透水沥青和透水混凝土二层，两者的透水系数均不小于1×10-2cm/s，透水混凝土强度为C20等级。
渗透层中的粗料层的级配碎石(或卵石)最大粒径小于30mm，且粒径为10mm至30mm为30％-40％，该层厚度300mm，级配碎石(或卵石)的压实系数不小于96％；细料层为粗砂和砾砂均匀混合组成，两者混合的质量比例为1:0.2，该层厚度为100mm，级配碎石(或卵石)的压实系数不小于96％；渗透层中的粗料层、细料层施工过程需分层碾压，控制含泥量不超过0.5％。
防渗垫层由细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰组成，细砂中秸秆生物炭的掺入质量比例为5％，秸秆生物炭粒径为2mm至5mm，掺入粉煤灰的质量比例为3％，控制粉煤灰的烧失量不大于10％，该层厚度为50mm至55mm，道路横断面中间向两侧呈0.05％的坡度。
防渗结构层由粉质粘土与秸秆生物炭粉均匀混合组成，生物炭粉的掺入比为粉质粘土的3％，该层厚度为200mm，防渗结构层中的粉质粘土中粘粒含量不小于30％，生物炭粉最大粒径不大于0.5mm，该层的渗透系数小于0.5×10-8cm/s。
秸秆生物炭采用农作物秸秆在缺氧条件下高温碳化制备，碳化温度为300℃，升温速率为10℃/min，达到碳化温度条件后稳定碳化时间为3小时。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种海绵城市道路，包括面层、渗透层和防渗层，其特征在于，所述防渗层包括防渗垫层和防渗结构层，所述防渗垫层为细砂、秸秆生物炭颗粒和粉煤灰的混合物，所述防渗结构层为粉质粘土和秸秆生物炭粉的混合物。
2.根据权利要求1所述的海绵城市道路，其特征在于，所述防渗垫层中的秸秆生物炭颗粒的质量为细砂的质量的5％至10％，且所述秸秆生物炭颗粒的粒径为2mm至5mm。
3.根据权利要求2所述的海绵城市道路，其特征在于，所述防渗垫层中的粉煤灰的质量占所述细砂的质量的3％至7％。
4.根据权利要求3所述的海绵城市道路，其特征在于，所述防渗垫层的厚度为50mm至150mm。
5.根据权利要求1所述的海绵城市道路，其特征在于，所述防渗结构层中的秸秆生物炭粉的质量为粉质粘土的质量的3％至5％，且所述秸秆生物炭粉的粒径不大于0.5mm。
6.根据权利要求5所述的海绵城市道路，其特征在于，所述防渗结构层中的粉质粘土中的粘粒含量不小于30％。
7.根据权利要求6所述的海绵城市道路，其特征在于，所述防渗结构层的厚度为200mm至300mm。
8.根据权利要求1所述的海绵城市道路，其特征在于，所述渗透层包括粗料层和细料层，所述粗料层厚度为300mm至500mm，包括级配碎石或卵石，其中粒径为10mm至30mm的级配碎石或卵石占比为30％至45％，所述细料层厚度为100mm至200mm且为粗砂和砾砂的混合物，其中所述粗砂和所述砾砂的比例为1：0.2至1:0.5。
9.根据权利要求1所述的海绵城市道路，其特征在于，所述面层包括第一面层和第二面层，其中，所述第一面层为透水沥青层，所述第二面层为透水混凝土层。
10.根据权利要求1-9任一项所述的海绵城市道路，其特征在于，所述海绵城市道路的横断面的中间向两侧呈0.05％至0.1％的坡度。
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