本实用新型涉及透水路面领域，特别涉及到一种可透水截水的城市路面结构。
背景技术：
城市传统路面大多是沥青、混凝土、石板材等材料组成的硬质路面，它的优点是整齐耐用，最大的缺点是不透水。不透水路面失去地表温度、湿度的调节能力，缺乏蒸腾效应，加上混凝土的热惰性，不透水路面将储蓄的热量以长波辐射的形式加热近地面的空气，导致近地面空气平均气温升高，加剧城市热岛效应。同时，在城市化进程中，可储水也可透水的土层、草坪被铲除，导致雨水不能有效地储存于地表土层也不能渗入地下，增大地面径流量。在强降雨时，地下水位上涨，城市地下水道系统和排水沟渠无法及时排掉强降雨形成的地面径流，导致城市内涝。
相对于硬化地面而言，近年来发展出来的海绵城市透水性地面能够将雨水有效的积蓄在路基当中，不仅可以有效的补充地下水源，又可以通过蒸发冷却作用带走路面大部分的热量，从而有效的降低路面的温度，缓解城市热岛效应。我国还出台了各项标准鼓励透水路面的发展，如2004年建设部公布的创新国家生态园林城市的评估办法中，对建成区道路广场用地中透水路面占地面比重≥50%作为一项硬性指标。新颁布的jgj286—2013《城市居住区热环境设计标准》以及gb/t50378—2014《绿色建筑评价标准》也对透水铺装做了规定性要求。透水路面的主要形式以透水砖和透水混泥土为主，其透水蒸发的原理主要是，雨天积水通过易渗透的路面渗入下方的保水层和路基泥土层，干燥炎热的天气，透水路面通过蒸发保水层的水分，以及保水层通过毛细吸收作用将路基泥土层的水分吸收至上表面蒸发，起到降低路面温度的作用。
传统的典型透水路面为结构如图1所示：路面在土基上建造，自上而下设置透水面层、透水找平层、透水基层和透水底层。其中透水面层可采用透水砖或透水混凝土等，具有一定的空隙率和透水系数，利于雨水向下渗透；透水找平层具有不小于面层渗透系数，常采用细石混凝土、干砂、碎石或石屑等作为材料，其有效孔隙率不小于面层；透水基层，其渗透系数同样需大于面层，宜采用级配碎石、中、粗砂或天然级配砂砾等进行铺装；透水底层采用级配碎石或者透水混凝土，透水混凝土的有效孔隙率应大于10%，砂砾料和砾石的有效孔隙率应大于20%。
但经过试验研究发现，现有的传统透水路面在自然条件下（干燥状态），其最高温度和表面温度在昼夜均大于普通路面，这是因为透水路面表面粗糙，其表面的阳光吸收率要高于普通密实路面，因此吸收更多的太阳热辐射。只有当降雨或者人工洒水后，透水路面内部及保水层中的水分才可通过蒸发作用，带走孔隙内部的热量，大幅降低透水路面温度和近地层空气温度。客观上，透水路面的降温效益的长短很大程度上取决于截留在路面中水分的多少。
但是由于传统透水路面的渗透速率过快，不能有效地将雨水截留于路面，以备热天蒸发冷却路面。因此，传统透水路面在只有在表面湿润的情况下能够有效降低表面温度。传统透水路面在长时间的阳光照射下反而增加了路面温度，加剧了城市热岛效应，对车辆和行人不利。
我们通过专利和文献检索，也发现了一些现有关于海绵城市透水路面的相关资料，例如：
1、一种海绵城市道路用材料，申请号：cn201710656479.8；申请人：四川云图瑞科技有限公司；摘要：一种海绵城市道路用材料，包括路面层，所述路面层下方设有蓄水层，蓄水层下方设有透水层，所述路面层上方设有吸水层，其中，路面层为混凝土层，混凝土层上还设有若干通孔，蓄水层为多孔吸水材料，透水层为多孔砖，所述吸水层为多孔沥青混凝土层。利用该材料铺设的道路路面吸水性、透水性好，能够快速吸收和排出雨水，避免雨水聚集，保障城市交通安全运行。其中蓄水层的多孔吸水材料为多孔玄武岩颗粒。
2、海绵城市市政道路，申请号：cn201721406737.9；申请人：台州市康程建设工程有限公司；摘要：一种海绵城市市政道路，由上至下包括透水混凝土路面层、粗砂层、碎石层、基层，透水混凝土路面层中穿设有用于排水的排水管道，透水混凝土路面层上开设有用于与排水管道连通的排水孔，排水管道连接有用于蓄水的蓄水井，蓄水井由不透水混凝土制成，其技术方案要点是水既可蓄存在碎石层内，又可蓄存在蓄水井内，该海绵城市市政道路的蓄水能力较强。
3、一种海绵城市雨水收集生态路面，申请号：cn201621068203.5；申请人：沈阳建筑大学；摘要：一种海绵城市雨水收集生态路面，下层为透水砂层，上层为存水透水路面砖，带孔顶面位于最顶部，透水底面的下方为透水砂层；当路面有坡度时，竖向支撑肋优先与坡度的方向垂直。本实用新型的有益效果是构造简单、受力性能好、加工简便，大量的快速收集临时储水腔能够通过透水孔快速收集并储存，并通过后续一段时间的长期渗水、净水，实现了高效的雨水利用与防灾作用。
从以上公开文献中看出，现有的城市透水路面有些仅考虑渗水透水的功能，文件1虽然也设置了蓄水层，但是蓄水层的多孔吸水材料为多孔玄武岩颗粒，蓄水量小，且水分流失较快，蓄水效果不佳；文件2也设置了排水管道，但排水管开在路面层，不利于路面的强度，且水分在渗入碎石层之前，就已经被排水管排干，不利于蓄水效果；文件3的存水透水路面砖虽有储水的功能，但是砖体储水腔中的水难以向上运输，储存的水利用效果不佳。
技术实现要素：
本实用新型提供一种可透水截水的城市路面结构，既能在满足透水要求的前提下，还可利用其截水结构截留地面径流更多的水分，减少排入地下的水量，以供热天蒸发。延缓内涝的发生，同时又截取了内部水分在热天蒸发，降低路面温度，缓解城市热岛效应。如路面水量较多，还可利用其溢水管结构将多余的水分直接排入排水沟中，本发明对减少城市内涝、调节地下水平衡及建造新型海绵城市提供了新的思路。
本实用新型通过以下技术方案实现：
一种可透水截水的城市路面结构，包括由上至下的多层结构：透水面层、透水找平层、土工布层、透水基层和透水底层，路面结构铺设在土基层上方。相比传统透水路面，增加了土工布层，土工布层优选使用hdpe土工膜，hdpe具有很好的防腐性能、电性能、防潮性能、防渗漏性能、拉伸强度高，所以是很适用于电线电缆、工程防渗、养殖防渗、油罐防渗、地下室防渗、人工湖防渗等领域。hdpe膜是高分子聚合物无毒、无味、无臭的白色颗粒，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，具有较高的刚性和韧性，机械强度好，耐环境应力开裂与耐撕裂强度性能好，可耐酸、碱、有机溶剂等腐蚀，是一种环保的绿色建筑材料。
透水层可采用透水砖或透水混凝土等铺设，透水系数大于1×10-4m/s，有效孔隙率不小于8%，透水混凝土的有效孔隙率不小于10%，厚度为60-80mm。
透水找平层采用细石混凝土、干砂、碎石或石屑等铺设，渗透系数不小于面层，有效孔隙率不小于面层，厚度为20mm~50mm。
透水基层渗透系数应大于面层，底基层采用级配碎石、中、粗砂或天然级配砂砾等铺设；宜采用级配碎石或者透水混凝土，透水混凝土的有效孔隙率应大于10%，厚度为100-150mm。
透水底层采用砂砾料和砾石铺设，有效孔隙率大于20%，厚度为150-200mm。
所述透水找平层设置若干溢水管，溢水管向下穿过土工布层，另一端从透水基层穿出至排水沟。当地面渗入水量较大，水积聚在土工膜以上，到达管口的高度后，从溢水管溢出，流出土工布层，防止积水过多。
所述溢水管在透水基层的部分，溢水管上设置多个孔洞。溢出的水流经透水基层，可将一部分水渗出到透水基层，保持路面结构内部的含水率，如透水基层含水率足够，多余的水分则直接通向排水沟排出。
所述透水面层除了普通的透水砖或透水混凝土以外，还可以为截水砖，所述截水砖包括最上方的截水砖面层，截水砖面层下方为截水砖截水层，截水砖截水层侧面和底面包覆截水砖硬质保护层，截水砖底面有高低端面，在高端面处设置溢水口。此截水砖的结构、功能和制作方法，本申请人已经于2019年3月15日申请的专利：一种保水降温截水砖及其制造方法（2019101985874）进行了详细的说明。
所述截水砖面层为天然花岗岩颗粒、金刚砂与改性环氧树脂胶合而成；截水砖面层材料允许地面径流和雨水通过的同时过滤掉水中的大颗粒物质，防止堵塞；天然花岗岩和金刚砂通过改性环氧树脂粘结一体后，截水砖面层具备耐磨特性，可保护截水砖长时间使用而不磨损，并具有靓丽的外观；改性环氧树脂优选水性环氧树脂，其分子式中具有亲水集团，具有较低的憎水性，对水分的吸收和渗透具有良好效果。
所述截水砖截水层由碎石骨料、矿渣、水泥、聚丙烯纤维、减水剂、聚氨酯胶黏剂与水混合后制得；其中碎石骨料优选人工再生骨料，较天然砂石骨料具有吸水性好，透水系数高的优点；水泥可选用硅酸盐水泥、硫酸盐水泥和铁铝酸盐水泥等；聚丙烯纤维长度优选50mm，起到连接各骨料的作用，增强骨料间连接强度，使骨料之间不易脱离分裂，增强截水砖的抗压、抗折等力学性能，也大大提高了截水转抗冻开裂的能力；聚氨酯胶黏剂起到了增强水泥与骨料之间连接的作用，在水泥浆与骨料之间形成较高粘接力的膜，最后形成一种互穿的网状结构，大大提高了混凝土的结构强度。
所述截水砖硬质保护层为密级配水泥混凝土制得；截水砖硬质保护层用于增强截水砖表面强度和刚度，也将截水砖截水层与下方的渗透层隔离开，防止水分直接从截水层底部渗入基质地面中。
所述截水砖底面可为凹弧形、凹圆柱型或凹矩形结构；优选为凹弧形结构。
本实用新型有益效果是：
当降雨或人工补水落在砖表面时，截水砖内水开始积累后水位慢慢抬升，超过预埋于砖内的溢水口的高度后，水从溢水口流出。进入找平层中，随着降雨的继续，雨水又重新被大量截留在透水找平层中，当超过找平层蓄水容量后，雨水会从溢水口流出，进入溢水管排出，一部分的雨水由溢水管的孔洞中流入透水基层中，另一部分的雨水会流出排水沟内，用于植被灌溉。优化后透水砖路面构造实现了“先蓄后排”的功能，与普通透水砖典型构造路面相比，优化后透水砖路面将地面径流暂时就地截取，有效减少排入地下的水量，以空间换时间，延缓内涝的发生，同时又截取了更多的水分留在砖体内以供热天蒸发，降低路面显热散失，缓解城市热岛效应。同时，找平层内截留的大量水分可以通过毛细作用迁移至截水砖面层，继续蒸发排干砖内的水分，等待下一场降雨的地面径流，可实现循环利用。
通过室内降雨模拟实验，比较两者单位面积内的截水能力的差异，然后对比了两种类型透水铺装在湿热地区夏季蒸发降温的降温效果：
1、本实用新型可透水截水路面的保水蓄水能力远大于普通透水路面，如图5所示，在相同雨强17.8mm时，在40分钟降水条件下，相同单位面积，本实用新型截水量为8.16l/m2，而普通透水截水量仅为0.91l/m2，防止水分过多流失。
2、本实用新型可透水截水路面降温效果远优于普通透水路面，本实用新型路面构造储存的水分因为距离地表面距离近，可以快速通过毛细作用迁移到表面蒸发，从而降低路面的温度，在图6所示的室外蒸发降温实验温度曲线图中，分别将普通透水路面和本发明可透水截水路面进行室外蒸发降温实验，并记录其表面温度，得到结果温度曲线图所示，从中可以明显看出，8月份高温气候条件下，本实用新型表面温度大大低于普通透水砖表面温度。本实用新型在前两天表面温度与普通透水路面相近，再经过三天的暴晒后，两者表面温度开始出现10℃的温差，证明使用本实用新型可以降低地表温度，有效地缓解的城市热岛效应。
附图说明
图1为传统的典型透水路面结构示意图；
图2为本发明可透水截水的城市路面结构示意图；
图3为截水砖内部结构示意图；
图4为截水砖仰视外形示意图；
图5为降雨实验结果对比图，其中左图代表本实用新型可透水截水路面；右图代表普通透水路面；
图6为室外蒸发降温实验中，保水降温截水砖和普通透水砖湿状态下的表面温度对比图；
图中标号说明：
1、透水面层；11、截水砖面层；12、截水砖截水层；13、截水砖硬质保护层；14、截水砖溢水口；15、截水砖溢水线；2、透水找平层；3、土工布层；4、透水基层；5、透水底层；6、土基层；7、溢水管；8、排水沟。
具体实施方式
实施例1
一种可透水截水的城市路面结构，包括由上至下的多层结构：透水面层1、透水找平层2、土工布层3、透水基层4和透水底层5，路面结构铺设在土基层6上方；透水面层1为普通透水砖，透水找平层2为中砂层，透水基层4为透水混凝土层，透水底层5为级配碎石层；
所述透水找平层2设置若干pvc溢水管7，溢水管7向下穿过hdpe土工膜层3，另一端从透水基层4穿出至排水沟8；
所述溢水管7在透水基层4的部分，溢水管7上设置多个孔洞；
所述透水面层1为截水砖，截水砖包括最上方的截水砖面层11，截水砖面层11下方为截水砖截水层12，截水砖截水层12侧面和底面包覆截水砖硬质保护层13，截水砖底面为弧面，在弧面高端面处设置溢水口14。
1.一种可透水截水的城市路面结构，其特征在于：包括由上至下的多层结构：透水面层（1）、透水找平层（2）、土工布层（3）、透水基层（4）和透水底层（5），路面结构铺设在土基层（6）上方。
2.根据权利要求1所述的可透水截水的城市路面结构，其特征在于：所述透水找平层（2）设置若干溢水管（7），溢水管（7）向下穿过土工布层（3），另一端从透水基层（4）穿出至排水沟（8）。
3.根据权利要求2所述的可透水截水的城市路面结构，其特征在于：所述溢水管（7）在透水基层（4）的部分，溢水管（7）上设置多个孔洞。
4.根据权利要求1所述的可透水截水的城市路面结构，其特征在于：所述透水面层（1）为截水砖，截水砖包括最上方的截水砖面层（11），截水砖面层（11）下方为截水砖截水层（12），截水砖截水层（12）侧面和底面包覆截水砖硬质保护层（13），截水砖底面有高低端面，在高端面处设置溢水口（14）。
技术总结