透水鋪裝應用于海綿城市建設中的若干問題探究

賈剛龍 彭汝江 劉愛花

摘要：在城鎮化進程日益加快、城鎮內澇頻發的境況下，國家大力倡導低影響開發理念，構建與自然相適應的排水系統，透水鋪裝在海綿城市中的透水能力備受關注。本文針對透水鋪裝在海綿城市建設中常見問題進行探究分析。

Absrtact： Under the circumstances of accelerating urbanization and frequent waterlogging in cities and towns， the country vigorously advocates the concept of low-impact development， and builds a drainage system that adapts to nature. The water-permeable ability of permeable pavement in sponge cities has attracted much attention.This paper explores and analyzes the common problems of permeable pavement in sponge city construction.

關鍵詞：透水鋪裝；結構層；耐久性；穩定性；景觀效果

Key words： permeable pavement；structural layer；durability；stability；landscape effect

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）16-0119-03

0 引言

2011年，中國城鎮化率首次超過50%，標志著我國從一個農業大國邁入一個城市化工業大國。城鎮化的快速發展使得城市群落的快速壯大，人口迅速向城鎮聚攏，原有城市區域迅速擴大，導致當今城市面臨的城市內澇、空氣污染、地下水位下降、原有生物棲息地喪失等一系列突出矛盾，在這種形勢下低影響開發（LID）理念開始被人們重視。

近幾年，在國家政策引導下，海綿城市建設在全國范圍內逐步推廣，城市的低影響開發建設凸顯顯著成效。滲透型鋪裝在海綿體城市建設中的功效日益顯著，以下根據透水鋪裝在施工過程中出現的問題進行探討。

1 滲透型鋪裝優點

滲透型鋪裝也稱透水鋪裝，工程建設中常用的主要類型主要包括：透水水泥混凝土路面、透水瀝青混凝土路面及透水磚路面等，根據結構層功能不同分為蓄水型和轉輸型兩大類，因其特有的大空隙、高滲透性等功能，被廣泛用于公園、廣場、停車場、人行道以及車流量和荷載較小的道路。

1.1 有效減小地表徑流

透水鋪裝路面一般由土基、基層、找平層及面層構成，基層一般采用級配碎石或無砂透水混凝土，找平層一般采用水泥砂漿或中粗砂，面層根據景觀效果不同一般采用大空隙的透水磚、透水水泥（或瀝青）混凝土混凝土等材料鋪面。利用其空隙結構將降雨產生的地表徑流滲透入土基中，對徑流削減比率在30%～80%，洪峰削減比率在7%～70%。透水鋪裝的高滲透性能有效的降低降雨產生的地表徑流，以減小暴雨引起的城市內澇問題。

1.2 有效的防止地表徑流對土壤的污染

因人口、車輛及工業在城市的集中度較高，使得路面的地表徑流中含有大量的大氣懸浮物、車輛和工廠排放物及油污等污染物，傳統硬化路面在徑流形成過程中，這些污染物通過排水管道被帶入公共水域或土壤中，對水體造成不可估量的破壞。而透水鋪裝路面結構特有的空隙結構能夠吸附部分顆粒物，減少城鎮效應對土壤及水體的污染，相關研究表明：透水性路面對徑流雨水中金屬元素Cu、Pb、Zn、FCa的去除率分別為20%～99%，74%～99%，73%～99%，98%～99%。因此，透水鋪裝能對地表徑流起到良好過濾作用，進而保護城市土壤及水體。

1.3 維持城鎮良好的居住生態環境

傳統城鎮建設以防水為主，阻隔雨水對路面及其結構層的浸蝕，導致原有自然生態系統遭到破壞。在低影響開發理念引導下，建設的透水鋪裝路面在滿足道路一般承載力要求的前提下，具有良好的透水透氣性，透水鋪裝的空隙結構中儲存的水分能夠保持土壤的濕度，加強地上、地下水分及熱量的交換，調節城鎮區域氣候，以緩解城鎮的“熱島效應”，有研究表明透水鋪裝路面比傳統路面溫度低約3～5℃。

2 滲透型鋪裝應用過程中存在的問題

2.1 透水性能耐久性差

透水鋪裝的面層為多孔材料。首先，在保證滲透性的同時，其面層空隙易被灰塵、砂土、油污及有機物顆粒等堵塞，隨著使用年限的增長，透水性逐漸下降。透水瀝青路面實踐發現，透水排水能力在投入使用2年后降低了60%以上，4年后基本喪失透水能力。其次，透水鋪裝面層為開級配的多孔結構，與傳統粗集料支撐-細集料填縫-膠凝材料粘結的連續級配結構相比，承受水平荷載的能力降低，面層更易損壞，長期使用后會出現面層磨損，色澤鮮亮度降低等問題。

2.2 整體結構穩定性差

目前透水鋪裝主要應用于公園、廣場、停車場、人行道等小荷載場所，主要原因是由于土基滲透系數遠小于透水基層的滲透系數，在透水鋪裝在飽水情況下，土基與基層接觸面的土壤易達到土壤液限，使土壤呈現流態，造成基層不穩，承載力嚴重下降，主要反映：面層脫空，出現凹凸不平，影響美觀和使用年限。

2.3 景觀效果受限

人行空間作為通行空間的重要功能空間，要求人行空間與立體空間的充分融合，傳統花崗巖石材鋪裝能夠體現厚重、沉穩的公共空間格局，營造典雅、精致的空間氛圍，花崗巖的高硬度性、耐磨性能夠經受高人流量的踩踏，比較適用于能體現厚重歷史底蘊的公眾場合和商務區域。而透水鋪裝面層材料存在空隙大、反光性低、耐磨性差等問題，在立體環境氛圍的塑造上更多體現出的休閑、陽光的氛圍，適用于生態公園、濕地公園、中小學校園等。

3 針對應用過程中問題的討論與分析

3.1 透水性能耐久性討論

首先，針對透水性能下降問題，應在使用過程中加強路面維護，根據相關經驗，主要采取的方法有：一是用真空吸塵器對透水鋪裝表層孔隙清掃至少4次/年，其恢復效果比較理想而且管理成本與傳統鋪裝相當；二是采用高壓沖洗，能較好的恢復滲透能力；三是采用壓力吹掃的方法。其次，目前透水及不透水鋪裝均采用C30強度等級的面磚，而透水鋪裝面層的多孔特性導致其表面易損壞，可在今后設計和使用過程中適當提高透水面層強度。

3.2 結構層穩定性討論

透水結構層發生局部不均勻沉降主要由于土基飽水失穩造成，在問題分析過程中應主要從結構層透水系數入手，不同結構層透水系數如表1所示。

從表1分析可以看出透水結構層失穩主要原因：土基滲透系數遠小于結構層的滲透系數。土工布垂直滲透系數一般為1×10-5～1×10-3m/s，與砂性土滲透系數接近，因此，建議在設計與施工過程中，在土基與結構層接觸面增設滲透系數與土基相近的土工布，一方面可以讓土基從浸水狀態變為慢滲狀態，以防止土基頂層出現的飽水失穩情況發生；另一面方保證土基受力的整體均衡性，從而達到保持土基穩定的目的。

3.3 景觀效果討論

在需要營造莊嚴、肅穆或典雅、精致的場所，須大量使用花崗巖石材鋪面，透水鋪裝面積不得不減少。試驗表明，透水鋪裝面積在整體硬化面中所占比例不宜小于1/2，當透水鋪裝比例小于1/3時，硬化鋪裝地面對降雨徑流的控制能力會明顯下降。在設計及施工中可通過以下幾種方式結合使用，將傳統豎向滲水方式改為水平轉蓄滲水：

方法一：首先，可增設縫隙式排水溝，溝側壁增加滲水孔；其次，在整體鋪裝中以點式或線式的方式嵌入透水鋪，以達到不影響景觀效果而減小透水鋪裝的目的；第三，花崗巖石材基層采用透水混凝土，保證縫隙式排水溝及透水鋪裝中存儲的水能夠及時在水平方向排開，以達到控制降雨徑流的效果。

方法二：在不影響景觀效果的情況下，每隔一定距離采用縫隙式盲溝實現雨水的入滲，在盲溝末端收集雨水。

4 結束語

自2015年國家首批海綿城市試點至今，海綿城市建設力度不斷加大，各地政府、企業積極響應，海綿城市對城鎮生態環境改善效果顯著。隨著建設面積不斷增大、使用年限不斷增長，城市的低影響開發仍存在一些問題，如材料技術仍不是很成熟，管理上存在重建設、輕維護等問題。隨著新技術不斷革新、施工經驗的不斷累積，透水鋪裝在海綿城市建設中的應用亦會愈加成熟。

參考文獻：

[1]李浩.城鎮化率首次超過50%的國際現象觀察[J].城市規劃學刊，2013（1）：43-50.

[2]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，2011，37（S1）：254-258.

[3]Ahiablame L M，Engel B A，Chaubey I，Effectiveness of Low Impact Development Practices：literature review and suggestions for future research[J].Water，Air，and Soil Pollution，2012，223（7）：4253-4273.

[4]劉連新，張偉勤.高原環境建筑材料[M].北京：中國建材工業出版社，2010：110-112.

[5]王華.透水鋪裝在海綿城市中的應用[J].山西建筑，2016，42（7）：143-144.

[6]韋甦，吳力平，李軍.透水磚應用于海綿城市建議的若干問題探討[J].中國給水排水，2017，33（12）：1-5.

[7]周利睿，耿飛，等.透水鋪裝技術的發展現狀[J].結構設計與施工技術，2016（07）：37-39.