基于海綿城市理念的透水鋪裝系統運用分析

單偉宏

（湖南澧水流域水利水電開發有限責任公司，長沙410000）

0 引言

隨著“海綿城市”理念的提出，在全國范圍掀起了一股建設熱潮。2015 年起兩批共30 個海綿城市的建設試點開工建設，直至2019 年試點工作均通過國家專家組驗收，各個試點城市基于主導問題，采用各具特色的技術實施路線，形成了多樣化的海綿城市建設體系，同時也積累了大量的可復制可推廣的經驗。本文主要以海綿城市中透水鋪裝系統的運用為例展開詳細分析。

1 海綿城市理論概述

海綿城市最早是由俞孔堅先生在2003 年提出，并在2012 年正式提出了“海綿城市”的概念。2015 年《國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見》發布后，確立了海綿城市建設總體目標，要求2020 年城市建成區20%以上面積達目標要求；2030 年城市建成區80%以上面積達目標要求。

海綿城市建設的初衷是重塑城市建設區的自然水循環過程，依據功能定位和水文特性的不同，海綿城市系統包括普通下墊面、海綿設施和排水管網共三部分（圖1）。本文以源頭低影響開發設施——透水鋪裝為研究對象展開重點分析，此系統主要是通過透水性好、空隙率高的材料的運用，實現雨水下滲、減少地表徑流，改善城市生態環境。

2 海綿城市透水鋪裝材料種類與結構分析

海綿城市建設中，透水鋪裝被稱為是“會呼吸的”地面鋪裝，通過大空隙結構層、排水滲透設施可使雨水就地消納，達到削減地表徑流和地表與地下含水層建立水文循環等目的。

2.1 透水鋪裝材料種類 透水鋪裝的基本要求是不明顯減少道路使用強度和耐久性，盡可能達到使得雨水滲透到透水鋪裝中，再經過具有短暫性儲水結構的墊層和基層，直接滲透到基礎或者排水管道中去。目前，海綿城市常用透水材料有透水磚、透水瀝青混合料、透水混凝土，主要適用范圍如下：①透水磚：園林公園、小區人行道等；②透水瀝青混合料：人行道、城市廣場、停車場等；③透水混凝土：城市行車主干道、快速行車道等。

圖1 海綿城市系統

2.2 透水鋪裝結構 透水鋪裝主要由透水面層、找平層以及儲水底基層組成，在某些情況下，也設有透水土工布、排水管道，如圖2 為透水鋪裝典型結構。

圖2 透水鋪裝典型結構

透水鋪裝找平層、儲水底基層分別采用粒徑2～5mm骨料、12～40mm 碎石顆粒，具體根據儲水深度需求、當地底土特征確定厚度，透水土工布孔隙通常控制在70～380μm。若是底土的滲透性較差，或是降雨、徑流量超過底土層滲透能力，可設排水管道收集多余的雨水徑流。

3 基于海綿城市理念的透水鋪裝系統運用分析

3.1 項目背景 本項目區位于亞熱帶季風區，季風氣候特征明顯，年平均降水量為1200mm，6～9 月（汛期）是多雨季節，一般占年降水量的40～50%。項目區總面積11.5km2，道路面積約 1.0km2，該片區由于老舊城區較多，合流制管道較多，大部分雨水通過合流管道進入污水處理廠進行處理。

3.2 方案設計 多雨季節降雨量大，初期雨水經管網匯流入污水處理廠，導致污水處理廠負荷過大。片區老舊建筑密集，管網改造困難。經方案比選，建設調蓄池，緩沖初期雨水流量，降低多雨季節時污水處理廠處理負荷。調蓄池建設用地受到限制，因此，提出了強化豎向透水能力，從道路透水鋪裝材料選擇上，實現削峰減流。

3.3 透水鋪裝材料方案比選 ①常見滲透性道路材料比較。對混凝土植草磚、普通透水混凝土（露骨料）、普通透水磚、普通陶瓷磚、普通透水瀝青混合料的抗壓、抗折強度及透水性能，根據相關規范進行測試顯示，五種常見普通透水材料的抗壓、抗折強度均略大于規范要求，抗壓、抗折強度分別為 10～36MPa、4～5MPa；孔隙率均小于 30%，且透水系數值均小于0.8mm/s。②三種新型滲透性道路材料性能分析。采用市售透水磚，對多雨時期的徑流量模擬計算，所需的調蓄池容積在建設中受限。因此開發了如下新型透水材料：1）新型陶瓷透水磚。以陶瓷廢料為主要原料，厚度約10mm，制備原料再加鈉長石、高嶺土、滑石粉、莫來石晶須，改善燒結性能。按設計配方分別稱量原料，配料混合均勻后，壓制成型（壓力10MPa），使用1160℃高溫鍛燒1.5h。2）新型透水混凝土。水泥：P042.5；細骨料：天然砂，含泥量0.8%；粗骨料：再生粗骨料，經人工破碎篩分成5～10mm、10～15mm、5～25mm 三種粒徑；天然粗骨料：粒徑5～10mm；減水劑：含固量20%，減水率27%。采用人工攪拌，機械振搗，骨料吸水率1～3%，混凝土澆筑1d 后，常溫下灑水養護（5～6 次/d），7d 后自然養護。3）新型透水瀝青。采用江陰寶利生產的SBS 成品改性瀝青，HVA 改性劑摻量為瀝青用量8.7%。4）材料性能分析。采用相同測試方法，顯示抗壓、抗折強度和透水能力均有所提高，具體如表1 所示。

表1 三種新型透水材料性能指標

表2 經濟效益分析（萬元）

改善后的新型透水鋪裝材料在強度上較普通透水鋪裝材料更優越，有望將透水鋪裝的應用擴展到城市行車道上。

3.4 透水鋪裝綜合效益分析 ①徑流系數比較。透水鋪裝徑流系數如下：1）普通透水鋪裝：0.40～0.45；2）新型透水鋪裝：陶瓷透水磚：0.30～0.35；透水瀝青：0.35～0.38；透水混凝土：0.40～0.42。三種新型透水鋪裝的徑流系數為0.3～0.5，較市面上的透水瀝青、透水磚等，可削減約0.2。在海綿建設中，通過削減徑流量，可有效縮減調蓄池的體積，對于不便大開挖的老城區的街道改造而言，有利于實現對老城區海綿改造的建設。②經濟性比較。普通透水鋪裝與新型透水鋪裝的經濟效益歸納如表2 所示。③生態效益比較。項目區某住宅區道路雨水口處收集試驗用水，以滲透柱、雨水模擬噴頭、提升水泵、雨水水箱、塑料軟管、轉子流量計以及調節閥組成試驗裝置。依據《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T91—2002）中方法進行檢測，所有結果如圖3 所示。

圖3 不同降雨強度下污染物的去除率

新型透水材料對污染物的去除效果良好，對城市雨水的面源污染治理方面可產生積極影響，它可以有效截留雨水中的污染物，防止雨水排入水體引起富營養化；同時，這對于采用地下水作為供水水源的地區，可避免地下水水源污染，并對地下水水資源進行補充。另外，可以將滲濾水進行集中統一收集，經簡單處理后，作為城市綠化灌溉用水，在一定程度上減少了水處理成本。

4 結語

綜上所述，基于生態發展要求，海綿城市建設理念應運而生，其核心為雨洪管理問題。透水鋪裝系統是重要的源頭低影響開發設施，通過合理選擇透水材料、布置透水鋪裝結構，可有效吸收、存儲地表徑流，同時截留污染物，切實解決內澇災害、水體污染等問題，獲得良好的生態效益。