居住區透水鋪裝的設計應用淺析

劉小楓， 李建貴

(新疆農業大學林學院， 新疆烏魯木齊 830052)

居住區透水鋪裝的設計應用淺析

劉小楓， 李建貴

(新疆農業大學林學院， 新疆烏魯木齊 830052)

透水鋪裝在減少徑流和削弱徑流峰值方面具有顯著作用，是海綿城市建設十分重要的一項措施。居住區通過各種鋪裝材料拼貼組合營造不同空間氛圍，而現有透水材料不能完全滿足居住區對于美觀度的需求。文章建議通過縫隙和混合下滲模式解決雨水從鋪裝面層到基礎的滲透路徑，使居住區透水鋪裝材料的選擇更廣，為透水鋪裝在居住區的普及提供可行性支撐。

透水鋪裝； 居住區； 景觀設計

2014年末，《海綿城市建設技術指南(試行)》由住房與城鄉建設部頒布發行[1]。《指南》明確給出海綿城市建設具體措施，旨在將城市逐步建設成為能夠解決降雨自然積存、滲透和凈化的綠色生態城市，自此海綿城市建設提升到國家戰略層面。

1 透水鋪裝的意義

透水鋪裝是一種最佳的海綿城市建設措施，和傳統鋪裝方式比較具有以下幾方面優勢：

(1)透水鋪裝良好的下滲特性保證雨天能有效減少徑流和降低徑流峰值[2-3]。路面徑流產生受阻，路面積水的減少保證了出行和財產安全。

(2)透水鋪裝將城市水循環重新連通，降雨能夠通過透水鋪裝過濾下滲，補充地下水，保持土壤濕度[4]。

(3)透水鋪裝對地表徑流引起的污染物(如碳氫化合物、重金屬、懸浮固體等)擴散有顯著的抑制作用。透水鋪裝的吸附功能能明顯減少徑流污染物濃度：Carsten Dierkes通過實驗得出透水鋪裝對溶解性重金屬的吸附消解能力顯著[5]；Wilson研究多孔表面對油污的攔截，結果表明多孔透水材料能很好截留烴類化合物[6]；透水鋪裝對不同類型的污染物凈化能力不同，有研究表明去除率在40 %～90 %之間[7]。

(4)透水鋪裝表面的凹凸和多孔結構能吸收車行噪音，為居住區營造安靜舒適的環境。

2 常見透水鋪裝材料和結構

2.1 透水面層材料

景觀中常見的透水鋪裝面層材料有透水磚、透水混凝土和自然型透水材料。

透水磚是由不同材料混合，通過特殊工藝壓制成為一定規格的磚塊。水泥混凝土、陶瓷原料、自然砂基是最常見的三種透水磚主要材料。

透水混凝土是特定粒徑的骨料被膠凝材料包裹與水拌合后形成的多孔骨架結構水，通過骨料之間的點接觸承重，以孔隙作為透水儲水通道。透水性水泥混凝土和透水性瀝青是目前市面上相似的兩種透水混凝土，因膠凝材料和施工方法不同而存在細微差異。

透水混凝土是由水泥、骨料(碎石、貝殼碎片等具有一定強度的材料)、添加劑(外加劑、顏料等)和水混合而成的一種多孔輕質混凝土；而透水性瀝青是將脫色瀝青與各種顏色石料、色料和添加劑等材料在特定溫度下混合攪拌得到的瀝青混合料。透水瀝青強度高于透水水泥混凝土材料，在市政道路建設中被更廣泛的使用。鋼渣透水瀝青是一種新型綠色材料，鋼渣透水瀝青是將煉鋼過程產生的廢料作為骨料加入透水瀝青中，解決了優質集料不足的同時又將廢棄資料合理高效利用。鋼渣瀝青在環保特性上優于普通瀝青混凝土，對建設“資源節約型、環境保護型”社會具有重大意義。此外經測試，鋼渣瀝青比一般瀝青在防滑性能上也更突出。

自然型透水材料包括卵石、嵌草鋪地、木料、樹皮等天然材料。我國傳統園林中隨處可見鵝卵石鋪成的園路，不僅美觀又能起到透水的作用。

這些材料和做法都具有一定的局限性，比如在耐久性方面透水磚要差一些，而耐久性好的彩色混凝土大面積使用時，美觀程度上不是很優秀。各類材料的各項性能見表1，為不同場地使用提供依據。

表1 不同透水面層材料特性

2.2 透水鋪裝的結構

圖1 透水鋪裝結構

透水鋪裝結構大致分為面層、找平層、基層、墊層和土基層(圖1)。

面層是直接被接觸和看到的材料，對美觀性、耐久性和強度方面有很高的要求。面層的透水能力直接影響降雨能否在徑流和積水產生前迅速下滲。目前用于景觀工程上的面層材料眾多，文章上節已作羅列總結，在實際工程中應結合各材料特性根據預期承載情況和氣候環境等因素靈活選擇。面層厚度根據材料模塊和承載力決定，一般不小于40 mm。

找平層是透水鋪裝面層到基層頂面的過渡。目的主要是平整基層頂面，為面層提供一個良好的施工條件；此外找平層能過濾通過面層下滲的雨水，避免雨水攜帶雜質堵塞基層孔隙并凈化下滲水質。在面層材料為透水磚等小模塊材料時，找平層常采用粗砂、中砂或干硬性砂漿來整平基層，起到穩定面層模塊的作用；而當面層材料為透水混凝土這樣的整體鋪設材料時，常使用小粒徑的級配碎石，主要目的是填平基層頂面孔隙，增大面層和基層的接觸，能強化承載力。找平層的厚度一般不小于30 mm。

基層可分為透水基層和半透水基層(圖2)。半透水基層不具有透水性，下滲雨水到達半透水基層表面后通過找坡側向流動進入排水管網。常見的半透水基層不透水部分從上至下依次為水泥混凝土、砂礫墊層和穩定土基層。透水基層具有下滲和蓄水功能，常選用多孔水泥穩定碎石、級配砂礫、級配碎石、透水水泥混凝土、大粒徑透水瀝青混合料等作為基層材料[8]。基層的孔隙率影響基層強度，孔隙率越大強度越小，故半透水基層強度大于透水基層[9]。

(a) 透水基層結構

(b) 半透水基層結構

墊層位于土基層之上，起到改善和調整土基層水分和溫度的功能，土基層狀況不良的情況下墊層的存在尤其重要。墊層設置能改善土基層的承載能力，保障基層以上部分強度，減少受到土基層溫度和濕度的影響。另一方面在全透水情況下，墊層能有效阻止土基層水飽和時黏土顆粒上浮堵塞基層。墊層一般采用小粒徑的碎石或中粗砂等。

土基層是整個鋪裝系統的最底層，是鋪裝結構的關鍵，設計中應考慮不同荷載對土基的要求，以及泡水狀態下的整體強度和穩定性。土基層也是雨水下滲最后一步，相比墊層、基層、找平層和面層，土基層的孔隙率最低，土基層的下滲能力直接影響整個透水鋪裝的下滲能力。應從土質選擇、施工技術等方面把控土基層質量，保證最終透水性和荷載能力。

3 居住區透水鋪裝設計

透水材料的強度與孔隙率呈反比，孔隙率越大則強度越弱；而孔隙率又直接影響材料的透水性[10]。所以應該合理考慮場地承載選用適當的鋪面材料，在滿足預估承載力的前提下討論鋪裝的透水性。居住區硬質場地根據使用功能和承重要求劃分為：消防通道、游步道和活動場地。其中對承重要求依次為消防通道>活動場地≥游步道。考慮承重和景觀需求，選擇不同的面層材料和基礎做法。

3.1 消防道路

消防通道具有通車需求，一般而言選用強度大的透水混凝土，保障其穩定性和耐久性。透水混凝土的強度取決于骨料自身的強度及粒徑大小，此外膠凝物質(如瀝青和水泥等)的粘結能力也會對強度造成影響。在具體工程中應依據實際情況選擇不同強度的骨料種類和粒徑，提高膠凝材料的性能。例如，選擇以花崗巖等高強度的骨料；采用TPS改性瀝青，此瀝青在60℃的動力粘度高達117 000 Pa·S，是普通瀝青的千倍之多。對于強度要求特別高的路段可選擇半透水模式，即面層使用透水混凝土而基層半透水鋪裝結構。

3.2 游步道和活動場地

游步道和活動場地一般沒有通車需求，故對整體鋪裝強度要求不高，原則上可采用全透水鋪裝模式。根據不同景觀需求可選擇透水磚、天然透水材料和透水混凝土面層。然而這些透水性面層材料往往不能完全滿足居住區對美觀度的要求，為提升整體品質面層材料可采用花崗巖為主、透水材料為輔的模式。根據花崗巖的使用量可分為：全部使用花崗巖的縫隙滲透模式；花崗巖和透水材料結合的分散滲透模式。

3.2.1 縫隙滲透模式

縫隙滲透模式是指鋪裝面層為不透水模塊時，在模塊間留10 mm左右的拼接縫，并用透水性材料填充(如中砂)固定，落到模塊上的雨水能迅速透過接縫流向鋪裝基礎，避免徑流產生。基礎采用透水材料，則雨水能夠進一步過濾下滲，補充地下水或流入雨水收集系統(圖3)。

圖3 縫隙式滲透鋪裝結構

為提高縫隙下滲效率可在不透水模塊邊緣5 mm處切45°角，一定程度上相當于拓寬了下滲縫隙，同時也增加了鋪裝模塊的細節設計(圖4)。

圖4 切角處理示意

3.2.2 混合滲透模式

混合滲透模式是指采用透水材料和不透水材料結合的方式，在平面上設計成不同的圖案，雨水通過透水面層下滲。這種方式根本上與縫隙式滲透模式一致，為不透水面層尋找下滲通道，用下滲通道(縫隙或透水面層)將不透水面層劃分成小塊面域，阻礙徑流匯聚。鋪裝基礎采用透水材料(圖5)。

平面圖案設計應考慮不透水材料模數，可設計成點、線、面的形式(圖6)，具體組合方式設計師可根據需求自由發揮。

圖5 混合式滲透模式結構

3.3 排水管的設置

考慮有些居住區景觀處于地下車庫頂板上，雨水無法下滲補充地下水，在透水鋪裝的蓄水基層鋪設多孔盲管，盲管連接主要雨水收集管道，將無法下滲的雨水集中收集利用或排放(圖7)。即便是沒有地下車庫頂板的區域，在土壤下滲能力弱的情況下也可以加設盲管輔助排水，能有效提高暴雨時透水鋪裝系統的雨水徑流控制能力。

實際項目中，如果土壤下滲能力強，同時地庫頂板考慮了排水坡度，則可以不設多孔盲管。

(a) 點狀組合

(b) 線狀組合

(c) 面狀組合

圖7 增設盲管鋪裝結構

4 結束語

透水鋪裝措施是控制雨水徑流的重要手段，對海綿城市建設效果顯著。透水鋪裝核心是雨水能夠透過面層短時間內下滲，避免徑流產生，雨水在基層繼續下滲或有序收集。保證雨水能有效通過鋪裝面層，除了選用透水性面層材料外，縫隙下滲模式和混合下滲模式在滿足美觀需求的同時解決了下滲問題。這兩種方式不僅能達到透水鋪裝的要求，還能滿足居住區對于鋪裝面層美觀度的需求。

[1] 住房城鄉建設部.海綿城市建設技術指南：低影響開發雨水系統構建(試行)[EB/OL].(2014-10-22)[2017-04-01].

[2] Scholz M. Wetland systems to control urban runoff[J]. Wetland System to Control Urban Runoff, 2006,4(2) : 315-325.

[3] 趙飛,張書函,陳建剛,等.透水鋪裝雨水入滲收集與徑流削減技術研究[J]. 給水排水,2011(s1):254-258.

[4] 王俊嶺,王雪明,張安,等. 基于“海綿城市”理念的透水鋪裝系統的研究進展[J]. 環境工程, 2015, 33(12):1-4.

[5] Dierkes C, Kuhlmann L, Kandasamy J. Pollution retention capability and maintenance of permeable pavements[J]. Global Solutions for Urban Drainage,2002:8-13.

[6] Wilson S, Newman A P, Puehmeier T, et al. Performance of an oil interceptor incorporated into a pervious pavement[J]. ICE Proceedings, Engineering Sustainability,2003,156(1):51-58.

[7] Fletcher T, Duncan H, Poelsma P. Stormwater Flow and Quality and the Effectiveness of Non-Proprietary Stormwater Treatment Measures: A Review and Gap Analysis[R]. CRC for Catchment Hydrology, 2004．

[8] 張欣紅,何鑫. 幾種透水人行道材料的分析與應用[J]. 城市道橋與防洪,2011(8):129-131.

[9] 王玉梅,鄭志恒,譚英紅,等. 多孔再生骨料混凝土強度及透水性能研究[J]. 混凝土,2015(7):26-30.

[10] 趙舶汛,孫立東,李汝凱,等. 聚氨酯碎石透水路面測試研究[R]. 2013年度西部地區公路學會學術年會.重慶:2013.

S731.5

A

[定稿日期]2017-06-11

劉小楓(1989～)，男，碩士研究生。

李建貴(1971～)，男，博士，教授，博士生導師。