海綿城市理念下的城市透水性鋪裝技術(shù)探索

陸繼斌 李平菊

城市化的快速發(fā)展，在推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)全面轉(zhuǎn)型的同時(shí)，也帶來了一系列生態(tài)問題。而透水性鋪裝技術(shù)正是基于現(xiàn)代海綿城市發(fā)展建設(shè)理念，在低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)分支下產(chǎn)生的一種新型的水資源控制和調(diào)節(jié)技術(shù)。其不僅能夠?qū)Τ鞘兴h(huán)境資源進(jìn)行科學(xué)調(diào)控，而且能夠促進(jìn)大氣降水按照既定的水文交互機(jī)制進(jìn)行自我凈化及滲流和儲(chǔ)存。對(duì)此，本文將重點(diǎn)針對(duì)海綿城市理念指導(dǎo)下的城市透水性鋪裝開展的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。

一、海綿城市理念指導(dǎo)下城市透水性鋪裝技術(shù)實(shí)施的背景

城市生態(tài)功能充分發(fā)揮的重要基礎(chǔ)就是城市下墊面。在城市未被充分開發(fā)前，城市下墊面的水源涵養(yǎng)及水流滲透性能力較強(qiáng)。因此，在大氣循環(huán)及植物的調(diào)蓄作用下，城市地下水與地表水徑流能夠得到充分交互與循環(huán)。所以，長(zhǎng)期以來，城市雨水能夠被地表土壤、植物吸收及自我滲透和蒸發(fā)，只有少量降雨以地表徑流的形式，向城市洼地及濕地等區(qū)域輸送，最終形成完整的城市水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。

但是，在當(dāng)前城市化迅速發(fā)展過程中，城市的構(gòu)筑物和和地表植被被硬化鋪裝代替，由此使天然可滲透的地表變?yōu)闉r青及混凝土和磚石等非滲透性材料。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前世界各國(guó)不同城市不透水材料的平均鋪裝面積已達(dá)50%以上，而在國(guó)內(nèi)的北京及廣州和上海等一線城市，不透水材料鋪裝面積已高達(dá)70%左右。城市不透水材料實(shí)際鋪裝面積不斷增多，使地表徑流系數(shù)不斷增大。隨著城市不透水路面增多，地表徑流也會(huì)顯著增加。當(dāng)城市有強(qiáng)降雨時(shí)，由于城市地表不透水。因此，在下墊面影響下，就會(huì)使地表的峰現(xiàn)時(shí)間和增高洪峰時(shí)間提前，由此導(dǎo)致城市地表-地下排水管網(wǎng)流量超負(fù)。在此種情形下，就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的城市內(nèi)澇現(xiàn)象。正是基于此背景，本文將重點(diǎn)探討海綿城市理念指導(dǎo)下城市透水性鋪裝技術(shù)實(shí)施的相關(guān)內(nèi)容。

二、海綿城市理念指導(dǎo)下城市透水性鋪裝技術(shù)實(shí)施方案

海綿城市理念下城市透水性鋪裝技術(shù)的實(shí)施，主要結(jié)合城市道路路面進(jìn)行承載力設(shè)計(jì)和水文設(shè)計(jì)：

結(jié)合城市降雨和交通及氣候、水文、土壤等條件，確定設(shè)計(jì)實(shí)施目標(biāo)體系；展開方案設(shè)計(jì)，確定鋪裝材料厚度及孔隙度；徑流量控制率核實(shí)；進(jìn)一步確定實(shí)施方案；驗(yàn)算鋪裝材料負(fù)荷承載力；最終確定方案并展開鋪裝實(shí)施。

三、海綿城市理念指導(dǎo)下城市透水性鋪裝技術(shù)材料選擇

當(dāng)前我國(guó)海綿城市建設(shè)過程中，主要采用三種不同材料作為透水性鋪裝技術(shù)實(shí)施的材料。一種是包括混凝土透水路面磚及陶瓷透水路面磚和自然砂透水路面磚等材料在內(nèi)的透水性路面磚。

其主要通過磚體本身的孔隙及面層鋪砌材料的間隙等進(jìn)行透水。這類材料按照技術(shù)工藝又可分為陶瓷和非陶瓷兩類透水磚，其不僅場(chǎng)地適應(yīng)力強(qiáng)，且施工便捷，成本低廉，但結(jié)構(gòu)平整度不好，縫隙多，重力負(fù)荷承載力不強(qiáng)。在施工時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)隆起及松動(dòng)和破損等情況。因此，可采用石灰石及水泥砂漿和混凝土進(jìn)行墊層加固，然后再對(duì)面層進(jìn)行鋪砌。

傳統(tǒng)的城市透水性瀝青混合鋪裝材料主要由嵌擠及密實(shí)兩種結(jié)構(gòu)組成。其結(jié)構(gòu)孔隙度一般在4%～6%之間，這種材料結(jié)構(gòu)力學(xué)性能強(qiáng)，耐久穩(wěn)定。但透水性不好；而在海綿城市建設(shè)中，透水性瀝青混合鋪裝材料主要通過面層材料本身的孔隙及墊層和基層進(jìn)行透水，結(jié)構(gòu)屬于骨架-孔隙型。在材料配和時(shí)，主要采用大粒徑、大比例的粗集料進(jìn)行配合。通過對(duì)礦粉填料及細(xì)集料進(jìn)行嚴(yán)格控制，最終可使其透水率高達(dá)25%左右。因此，這種材料整體透水性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)負(fù)荷承載力好，尤其是結(jié)構(gòu)平整美觀，符合現(xiàn)代海綿城市建設(shè)要求。

除此之外，還有一種常用的鋪裝材料是由水以及水泥和集料，甚至其它相關(guān)增強(qiáng)性材料組成的透水磚等。這類材料主要通過骨料顆粒間可透水的較大間隙進(jìn)行透水，材料主要由骨架-孔隙型級(jí)配的集料與少量細(xì)集料、膠結(jié)材料和增強(qiáng)材料混合配置而成。因此，材料透水性好，具有拱架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。其優(yōu)點(diǎn)是制作成本低廉，施工方便，可采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行規(guī)模化作業(yè)。但是，因其孔隙度較大，使此種材料整體結(jié)構(gòu)耐久性和穩(wěn)定性大大降低。

四、海綿城市理念指導(dǎo)下城市透水性鋪裝技術(shù)的功能優(yōu)勢(shì)

所謂透水性鋪裝，主要是指采用具有良好透水性和具有一定孔隙的材料，對(duì)城市地面進(jìn)行鋪設(shè)，從而使雨水進(jìn)入鋪裝面層結(jié)構(gòu)深處。在此技術(shù)實(shí)施基礎(chǔ)上，使城市地表水流能夠通過儲(chǔ)水能力較強(qiáng)的基層下滲到土基內(nèi)部，從而形成良好的地下水-地表水循環(huán)交互作用機(jī)制，以此使城市大氣降水順利下滲入地下，并對(duì)地下水環(huán)境起到良好的凈化作用，城市地面透水性鋪裝循環(huán)機(jī)理如下：

通過在城市地面鋪裝透水性材料，從而形成良好的水循環(huán)交互體系，保證城市在雨天情況下，路面不積水，且確保路面雨水能夠及時(shí)排走。當(dāng)城市在晴天情況下，地表地氣上升，從而有效緩解了城市的“熱島效應(yīng)”。但是，城市化發(fā)展過程中，現(xiàn)代城市建設(shè)的基本要求是整潔和美觀、大方。經(jīng)過水泥混凝土硬化的道路整齊美觀，且堅(jiān)固耐久，但這種人為的改造和建設(shè)方式，從根本上阻礙和制約了城市原始的自然水循環(huán)過程。因此，對(duì)城市整體的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。隨著海綿城市的建設(shè)及城市透水性鋪裝技術(shù)的實(shí)施，其在我國(guó)現(xiàn)代城市建設(shè)、發(fā)展中起到了積極作用，具體表現(xiàn)如下：

首先，城市透水性鋪裝技術(shù)的實(shí)施有效對(duì)地表徑流起到了良好的削減作用。

由于透水性鋪裝材料具有自然環(huán)境中土壤對(duì)水分和地表徑流的吸附與儲(chǔ)存功能。因此，在透水性鋪裝材料的作用下，其能夠通過自身孔隙，將城市大氣降水等地表徑流下滲和存儲(chǔ)到城市土壤及地下路基中，從而將城市地表徑流和洪峰削減比率分別控制在30%～80%之間和7%～70%之間。同時(shí)，也有效解決了城市地表嚴(yán)重的積水問題，使城市地下-地表管網(wǎng)泄洪壓力大大下降。在此技術(shù)基礎(chǔ)上，使地下水循環(huán)系統(tǒng)的蓄水調(diào)節(jié)能力提高，加快了地下水與地表水之間的交互。

再者，城市透水鋪裝技術(shù)的實(shí)施，有效對(duì)地下徑流起到了良好的凈化、調(diào)節(jié)作用。

經(jīng)過硬化的城市路面中的地表徑流，含有大量油污及大氣懸浮顆粒物和清潔性溶劑，甚至還有大量車輛排放的廢氣及廢渣等污染物質(zhì)。這類污染性物質(zhì)與地表水融合，使城市地表徑流水質(zhì)降為劣V類水，一旦有降雨，其將會(huì)通過城市道路排水管網(wǎng)直接進(jìn)入城市公共區(qū)域，最終造成嚴(yán)重污染。而通過采用透水性鋪裝技術(shù)進(jìn)行處理，能夠?qū)⒋祟愇廴疚锵聺B到城市墊層土壤中，使城市土層結(jié)構(gòu)與基層結(jié)構(gòu)具有良好的自然凈化與過濾功能。

其次，城市透水鋪裝技術(shù)的實(shí)施，得益于透水性鋪裝材料的良好循環(huán)交互機(jī)理，其能夠?qū)⒊鞘械乇泶罅繎腋☆w粒及固體污染物降解，從而使城市地表徑流得到凈化，最終使城市地下水環(huán)境中的水質(zhì)不斷提高。

除此之外，由于透水性鋪裝材料具有良好的孔隙度和水資源存儲(chǔ)能力。因此，海綿城市理念指導(dǎo)下的透水性鋪裝技術(shù)的實(shí)施，其還能夠加快城市地下熱量與地表及地下水分的交換和循環(huán)，從而對(duì)城市氣候及“熱島效應(yīng)”起到良好的調(diào)節(jié)作用。實(shí)踐證明，采用透水性鋪裝材料對(duì)城市地面進(jìn)行改造，能夠?qū)⒊鞘械孛鏈囟冉档图s3°～5°，由此有效避免了現(xiàn)代城市干熱及熱島效應(yīng)等不良現(xiàn)象出現(xiàn)。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城鎮(zhèn)化過程中對(duì)土地資源高強(qiáng)度開發(fā)，使城市地下水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化，最突出的就是城市地面硬化面積越來越大，下墊面的水循環(huán)交互機(jī)理和機(jī)制受到影響。因此，致使城市水文資源調(diào)蓄能力大大下降。正是在此背景下，海綿城市建設(shè)理念和透水性鋪裝技術(shù)產(chǎn)生并得到應(yīng)用推廣。透水性鋪裝是應(yīng)對(duì)當(dāng)前我國(guó)城鎮(zhèn)化迅速擴(kuò)張中水環(huán)境問題的一種新理念，其有效解決了城市水資源匱乏及洪澇災(zāi)害頻發(fā)等生態(tài)問題，成為推動(dòng)城市化快速發(fā)展及海綿城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)。

（作者單位：陸繼斌，濮陽(yáng)市市政工程公司；李平菊，濮陽(yáng)市市容環(huán)境衛(wèi)生管理處）