透水性鋪裝材料在城市中的應用

史雙紅 陳楚文 潘琤琤 陳敬佑

浙江農林大學 浙江 臨安 311300

倡導綠色城市，就要求在城市物質環境層面，更加考慮人類住區與自然生境的高度協調，注重自然環境的保護、城市效率的提升，加大公共交通的配給、綠色基礎設施的完善以及城市功能混合性的提高［1］。綠色街道作為綠色城市建設的一部分，可以有效地進行雨水的管理，增加對雨水的利用。合理化、最大化應用“透水性鋪裝”，利用其雨水“滲透/下滲”的性能，進行雨水的“自然式”管理，可以有效緩解城市過度的硬化面積對生態環境的影響，緩解城市的不透水鋪裝對生態環境造成的影響。

1 透水性材料的作用

在城市中，為了使用的便利性，人類用各種硬質鋪裝材料取代了天然的地面，而這些材料往往不具備透水性能。這些不透水材料給生態環境帶來了巨大的影響，將原本直接降到地面的雨水阻隔在道路的表層。根據美國環境保護署測算，在未開發利用土地的自然地表條件下，當降雨發生時，只有10%雨量形成地表徑流，50%雨量會形成下滲;而在城市開發建成區，當地表不透水面積達到75%及以上，面對同強度降雨，55%雨量會形成地表徑流，只有15%雨量形成下滲，地表徑流生成量顯著增加，雨水自然下滲量顯著減少［2］，從而引起了一系列的問題。例如，城市的洪澇災害使城市地下水得不到補償，造成地面的沉降;不透水鋪裝的下層很難與空氣進行熱量、水分的交換，使城區的溫度比郊區高2℃ ～3℃，造成“熱島效應”。

由于透水孔隙的存在，采用透水性鋪裝可以使雨水滲透到土壤中，能有效緩解以上問題。據統計，透水性鋪裝使東京市區雨水流出率由51.8%下降到5.4%，大大提高了對雨水資源的利用效率［3］。此外，由于透水性鋪裝本身存在的空隙能夠有效地吸收噪音，故有利于創造舒適的行車環境。

2 應用與發展

2.1 古代的應用

透水性鋪裝材料在國內外應用有著比較悠久的歷史。歐洲古代使用的鋪裝材料主要有砂礫、石材等，如法國巴黎的凡爾賽宮苑景園中遺存著大量的砂礫、巴黎戰神花園樹林草地中的砂礫小徑與草地的布置相得益彰。中國古代使用的透水性鋪裝有青磚、青瓦、砂礫、石板等。例如，蘇州古典園林中的花街鋪地與卵石鋪地在兼具透水性的同時十分美觀，與周圍環境和文化配合十分得體。在北京團城，古人充分利用天然降水，采用倒梯形青磚和深埋滲排涵洞等做法干鋪地面，面層為楔形磚墁地，各邊向內收緊1 cm，磚與磚之間無灰漿黏合，形成了斷面成三角形、縱橫交叉的透水透氣通道，使團城地面高出四周4～5 cm的古樹茁壯成長，有的樹齡已高達800 年之久［4］。

2.2 現代的發展

現代意義上的透水性鋪裝于20世紀30年代在國外開始使用。20世紀60年代，美國首先使用透水性瀝青。比利時于70年代末將透水瀝青混合料用于高速公路面層。20世紀90年代后，使用透水材料代替傳統材料鋪設路面已成為發達國家城市建設的普遍共識。日本自1997年起所有高速公路路面無論是新建還是維修均采用透水性面層。德國計劃要把全國90%的城市路面改成透水性路面。隨著人們環保意識的提高，越來越多的國家使用透水性鋪裝代替不透水鋪裝，以改善城市環境。

我國研究與應用透水性鋪裝的起步較晚，各方面水平均與西方發達國家有很大差距。20世紀90年代，我國開始引進國外的Sureblock磚體。北京市政部門的技術人員根據Sureblock磚體特點開發出了自己的產品。國家建設部在2004年公布的創建國家生態園林城市的評估辦法和標準中，對城市生態環境指標的一項要求就是建成區道路廣場用地中透水面積大于比重50%［5］。2005年，國家發改委頒布了透水磚行業標準，2009年發改委頒布了透水水泥混凝土路面技術規程。透水性鋪裝材料的使用也得到了地方政府的極大支持。杭州市建設委員會出臺了《“一縱三橫”道路整治工程排水式瀝青混凝土面層(OGFC)技術要求》。在北京奧林匹克公園的輕型車道、非機動車道、人行道、廣場等采用透水磚體;杭州的西溪濕地、浙大紫金港校區、環城東路、鳳起路、慶春路等均采用了透水性瀝青混凝土，起到了很好的作用。

3 透水性鋪裝材料的類型和性能

3.1 混凝土類

3.1.1 透水性水泥混凝土

透水性水泥混凝土是以水泥為膠凝材料，采用一個或幾個不同的特殊級配，少用或者不用細骨料配制的具有透水空隙的混凝土。為滿足透水效果，要求混凝土中含有15%～25%的連通空隙率，透水系數1～15 mm/s。但透水性水泥混凝土由于含有較多的孔隙，故對其強度和抗凍性要求較高。透水性混凝土的鋪設需要有與之配套的透水性基層。與傳統的封閉路基結構相比，透水性路基是開放式的，與之配套的墊層多采用級配碎石，土基應整平夯實(如圖1)。透水性混凝土由于制作過程簡單、成本較低因此在鋪裝工程中采用較多。有景觀要求時，可以在配制過程中加入彩色顏料或彩色石料，拌制成彩色混凝土以滿足景觀的要求。

圖1 透水性水泥混凝土路面結構

透水性水泥混凝土由于以水泥作為膠結材料，粘結強度有限，因此在實際應用中會加一些添加劑來增強混凝土的性能。常用的添加劑有硅灰、粉煤灰、聚丙烯纖維、減水劑、聚合物等，以增加透水混凝土的強度，減水劑能夠增加混凝土的和易性能。在成型方法上，一般采用振壓成型法以獲得較優的抗壓強度和透水性能。

透水性水泥混凝土還可以作成磚體。這種磚體具有施工簡易、施工方便、能夠機械化生產等優點，因此在道路工程中大量使用。磚體在加入一些顏料之后，可以形成彩色磚體以滿足景觀需求。

3.1.2 透水性高分子混凝土

透水性高分子混凝土是采用單一粒徑的粗骨料，以瀝青或高分子材料作為膠凝材料配制的混凝土。以瀝青作為膠結料，強度上比水泥混凝土要高。當應用于機動車道時，透水性瀝青混凝土的設計孔隙率一般在18%～23%。應用于非機動車道時，由于寬度有限，壓實困難，設計孔隙率可適當降低。瀝青的耐候性差，在陽光的照射下容易老化，所以其性能受到溫度的影響較大。因此在保證孔隙率的前提下，防止瀝青老化、增加瀝青的穩定性便成為保證質量的關鍵。在配制瀝青混合料時，瀝青要選用高粘度改性瀝青。瀝青要有較小的針入度、較高的軟化點和粘性以及有較好的抗裂性，以避免瀝青面層低溫開裂。當有景觀要求時，也可以在配制時加入顏料，形成彩色瀝青路面，營造多彩的鋪地景觀。常用透水性瀝青混凝土的路面結構面層使用透水性瀝青混凝土，墊層采用級配碎石，墊層與基層之間設置透水性土工織物，基層則要求素土夯實 (如圖2)。

圖2 透水性瀝青混凝土路面結構

混凝土類透水鋪裝材料是以連通孔隙作為透水路徑。隨著使用時間的增長，這些連通孔隙中不可避免地會被泥土、砂礫等阻塞，尤其在中國北方經常遭遇到沙塵天氣的地區會更加嚴重。使用中一般利用高壓清洗車對透水性鋪裝材料進行清洗，以恢復透水路面的性能。

3.2 陶瓷透水磚

陶瓷透水磚是以陶瓷廢料、廢玻璃、黃金尾礦、生活垃圾、建筑垃圾等無機非金屬材料為主，經過粉碎、成型之后經高溫燒制的陶瓷透水磚。陶瓷透水磚利用工業廢料等生產，可以減少工業廢料對環境的污染，加強對建筑垃圾的循環利用，減輕環境負荷，符合建設綠色城市的宗旨。陶瓷透水磚具有高透水性、較大的抗壓強度和抗折強度、孔隙率高、吸引效果好、表面摩擦系數大、裝飾性能好等優點，在使用過程中給人們創造了安靜舒適的生活和交通環境。

由于透水磚本身存在孔隙，因此在使用過程中同樣存在孔隙阻塞的問題。因此，在使用過程中也要注意對透水磚的維護。透水磚路面結構在使用過程中應該設置柔性基層，以利于調節含水量的變化導致的路基變形。因此，透水磚的使用范圍就有一定的限制。透水磚適用于輕型交通，如步行街、非機動車道、小區道路、休閑廣場、停車場等。常用的透水磚結構由透水磚、中砂層、級配碎石、粗砂組成 (圖3)。近年來，透水磚在中國城市的道路中得到了普遍應用，如北京奧林匹克森林公園內的景觀大道、豐臺體育館和世博中心周邊場地等。

圖3 透水磚路面結構

3.3 其他透水性材料

3.3.1 砂土類透水性鋪裝材料

砂土類鋪裝材料按照粒徑大小又可分為砂礫和土。砂礫是指砂和礫石的混合物，常見的卵石也是砂礫的一種。石灰巖土路面是以石灰巖粉鋪設而成，具有彈性強、透水性好等優點，適用于公園園路、庭院的鋪設。對于縱向坡度較大的地區，由于雨水的沖刷會造成石灰巖土的流失，因此不適合采用砂土類路面。采用此路面時，在面層鋪灑穩定劑可以抑制揚塵。砂是鋪設游樂場的理想材料，具有少泥濘、不容易造成外傷等優點。粗砂路面也可加面層穩定劑作為路面鋪設，常作為內庭院、公園園路的鋪設材料。風積沙作為常見的材料，應用在風景區的道路鋪設中可以使道路與周圍環境相得益彰。園林中應用礫石作為鋪地的也十分常見，最常見的要數日本庭院中用來表現枯山水意境的鋪地造景。卵石作為中國園林中一直沿用至今的常用鋪裝材料，在滿足排水功能的同時可以節約成本。用不同顏色的卵石可以組合成各種生動的圖案，使園路別有情趣。

3.3.2 透水性木料鋪裝

透水性木料鋪裝包括木屑鋪裝、木地板鋪裝、木磚鋪裝。木屑及樹皮散鋪，可以模仿森林中腐殖質產生的最初形態，具有質地松軟、透水性強、取材方便、生態可持續性好等優點。但是，這種材料比較松散、消耗性較大，不利于應用在人流較大的地方。木板路地面具有透水性強、有彈性等優點，但成本較高、不耐腐蝕。在應用過程中，應該選擇耐濕性較強的木料。市場中應用較多的木板鋪裝一般為防腐木。由于防腐木經過化學處理，對于周圍環境有一定的污染。木板路常應用在園路、游樂場中。木磚路面也比較柔軟、舒適，但需要進行防腐處理、成本較高、容易起翹，常應用于園路中。

3.3.3 嵌草磚與植草板

嵌草磚有2種類型:一種為在塊料之間留有空隙，在其間種草;另一種是制成可以種草的各種紋樣的混凝土路面磚。植草板是由高密度聚乙烯或PP塑料制成的連串塑料的連鎖結構。嵌草磚和植草板由于承重有限，適用于停車場、人行道、林下休憩空間、樹池的地面鋪裝等交通與承載量不大的環境中。

4 結語

隨著人們對城市生態環境認識的逐步提高，保護和改善生態環境得到了每一個國家的重視。透水性材料能夠很好地保護生態環境，有利于雨水滲入地下。但是，目前透水性鋪裝材料還存在一些問題，其種類和路用性能指標等均存在不同程度的差距，透水性鋪裝材料的產品質量也還存在著很大的提升空間。努力提升透水性鋪裝材料的性能，大力推廣透水性鋪裝材料在城市中的應用，是城市建設不可缺少的一項措施。

［1］王建國，王興平.綠色城市設計與低碳城市規劃:新型城市化下的趨勢［J］．城市規劃，2011，35(2):20－21.

［2］張善峰，王劍云.綠色街道:道路雨水管理的景觀學方法［J］．中國園林，2012，193(1):25 －30.

［3］Schluter W，Chris J.Modelling the outflow from a porous pavement［J］．Urban Water，2002，4(3):245 －253.

［4］薛健，毛培琳.園林與景觀設計資料集:園林道路設計與鋪裝［M］．北京:知識產權出版社，中國水利水電出版社，2007.

［5］張洪清，宋志斌，楊慶，等.透水性鋪裝對城市生態環境改善的分析［J］．水科學與工程技術，2005(增1):37－39.