透水磚應用于海綿城市建設的若干問題探討

馬成龍

（浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231）

近年來，隨著氣候的不斷惡化，城市內澇問題頻發。以往的城市建設以不透水鋪裝為主，導致城市地表大面積硬化，透水性差，甚至不具備透水能力，這是城市內澇的主要誘因。為保障城市健康發展，國家積極推動海綿城市建設，而透水磚的應用可以為海綿城市建設提供有力支持。透水磚具有較高的環保與生態價值，同時透水性能強，可解決不透水鋪裝造成的問題。

1 海綿城市概述

海綿城市，顧名思義，即像海綿一樣的城市，具有海綿一樣的彈性、吸水能力和蓄水能力，同時具備較強的水資源釋放能力。面對洪澇災害時，海綿城市可以借助自身的吸水和蓄水能力，降低洪澇災害造成的影響。在干旱缺水時，海綿城市可以釋放水資源，緩解缺水壓力。與傳統的城市建設理念不同，海綿城市建設更加注重生態修復以及水資源利用，不僅有助于規避城市內澇，還能起到凈化城市環境、保障城市生態健康發展的作用。海綿城市能實現雨水在城市中的積蓄、滲透與凈化，還可以在必要時實現對雨水的利用，是保障城市可持續發展的有效措施[1-2]。

相關研究證明，海綿城市對緩解徑流污染以及控制城市內澇有重要作用，借助海綿城市建設，可以在暴雨時有效減小總徑流量，同時降低溢流率[3]。目前，我國已經在多個城市開展了海綿城市試點建設，并取得了顯著成效。我國幅員遼闊，城市眾多，不同城市有著不同的環境特點，有的城市降雨量較大，進而面臨巨大的內澇壓力；有的城市處于干旱地區，因此缺水情況十分嚴重。但是無論哪種城市，海綿城市建設都有助于緩解城市發展過程中的水資源問題[4-5]。以往很多城市都會面臨“逢雨必澇，雨停即旱”的尷尬局面。在

強降雨時，城市發生內澇，環境會受到破壞；降雨停止后，城市立即面臨水資源不足的問題，對城市的發展造成了不利影響。因此，探索水危機的解決措施始終是城市發展的關鍵。解決水危機是一項系統性工程，并非一朝一夕可以實現。有的城市在海綿城市建設過程中存在急功近利的現象，比如直接將鋪裝完成的磚挖除，然后種上植物，通過這種方式加快海綿城市建設的步伐。但是這種方式過于偏激，沒能認識到海綿城市建設是一項綜合性、系統性工程，需要站在整體的角度解決問題，應積極參考成功經驗，引進先進技術，保證海綿城市建設順利開展，更有效地解決城市水危機。例如哈爾濱群力雨洪公園、六盤水城市海綿系統等，都是比較成功的案例，可以為其他城市的海綿城市建設提供參考。

2 透水磚應用于海綿城市建設探討

2.1 透水磚概述

2.1.1 透水磚的特點

海綿城市建設的目的在于保障城市生態健康發展，同時解決城市水危機。海綿城市建設也可以看作對城市防洪排澇設施和技術的完善與改進，涉及雨水的回收再利用和管理等方面的問題。因此，在海綿城市建設過程中，必然會應用大量透水性材料，而透水磚便是主要的透水性材料[6-7]。透水磚也屬于鋪裝材料，與傳統的鋪裝材料相比，透水磚的生態價值更高、透水能力更強。傳統的不透水鋪裝導致城市地表大面積硬化、透水性差，甚至不具備透水能力，不僅容易引發城市內澇，還容易造成城市污染，破壞城市生態，不利于緩解水危機，甚至會加劇城市水危機。透水磚則不同，其內部存在大量孔隙，形成了完善的排水通道。透水磚的孔隙率與其排水性能成正比，即透水磚的孔隙率越高，排水性能越好。例如有些透水磚的透水率可以達到20 mm/s，應用這種透水磚可以應對60 mm/h的降雨量。在降雨過程中，借助透水磚可以保證降雨的滲透率，有效緩解城市排水系統的壓力，更好地規避城市內澇問題，同時也可以極大地提升城市的蓄水能力，使寶貴的水資源得到更好的利用。降雨之后，由于溫度提升以及光照作用，儲存在透水磚中的水分慢慢被蒸發，提升了城市濕度，同時吸收了大量熱能，起到了調節城市溫度與濕度的作用。此外，透水磚還具有多方面的作用，如透水磚的色彩豐富，可以增強城市的美感與藝術性。再比如透水磚能吸收噪音，可以有效緩解城市的噪聲污染，凈化城市環境。

2.1.2 透水磚的種類

透水磚的種類較多，主要有以下4類：（1）普通透水磚。普通透水磚最為常見，以普通碎石的多空混凝土材料為主。通常情況下，普通透水磚主要用于人行道建設。（2）混凝土透水磚。混凝土透水磚的主要材料為混凝土，同時增加透水劑用量，使混凝土透水磚具備透水能力。這種類型的透水磚制作工藝簡便，并且成本相對較低，主要用于車行道建設以及高速公路建設。（3）聚合物纖維混凝土透水磚。這種類型的透水磚以水泥聚合物增強劑、花崗巖石骨料、聚丙烯纖維等為主要材料，對制作工藝要求較高，通常用于廣場或者住宅小區人行道建設。（4）彩石復合混凝土透水磚。這種類型透水磚的主要特點是色彩鮮艷，通常用于園林景觀建設或者中心廣場建設等，能有效提升相關場景的藝術感。但是這種類型的透水磚成本相對較高，會在很大程度上限制其應用范圍。

2.2 透水磚應用若干問題分析

2.2.1 系統適配性的評估

海綿城市建設需要將城市中的植物、湖泊等作為生命共同體，共同構建一個完整的系統，起到改善水環境以及修復城市水生態的作用，是保障城市可持續發展的重要舉措，極大地提升了城市的水資源承載能力。因此，海綿城市建設是一項系統性工程，不能以單一地提升城市排水能力為目的，也不能片面強調提高雨水利用率[8-9]。透水磚的應用可以為系統性工程建設提供有力支持，在海綿城市建設過程中，鋪裝透水磚能更好地補充地下水，提升對雨水的凈化和貯存能力，同時起到削減峰值流量以及控制徑流總量的作用。但是在透水磚的應用過程中，需要結合雨水微循環系統的要求，否則透水磚鋪裝容易變成不積水鋪裝，與海綿城市建設的初衷相悖。在海綿城市建設過程中，對透水磚的應用需要充分評估透水磚應用場地的適配性，以充分發揮透水磚的優勢，真正為海綿城市建設提供有力支持。對適配性的評估需要廣泛收集相關材料，如透水磚應用場地的地質勘查數據、城市所在地的氣象資料以及城市總體規劃方面的資料等。在此基礎上，還要進行現場調研，掌握土層結構、土壤滲透系數等方面的數據資料。全面且準確的資料是評估適配性的重要參考，能保障適配性評估結果的科學性與可靠性。結合評估結果判斷應用場地是否適宜應用透水磚，并對透水磚鋪裝面積作出科學界定。此外，適配性評估還可以解決“怎么建”的問題，能為透水磚鋪裝施工提供參考依據，有助于提升透水磚鋪裝施工方案的科學性。

透水磚鋪裝主要分為兩種類型，一種為轉輸型，另一種為蓄水型。以轉輸型透水鋪裝為例，在鋪裝施工過程中，為了實現水資源的轉輸，需要在透水基層的下部設置相應的排水系統，借助排水管或者排水溝渠起到水流引導和水流輸送的作用，將滲入的雨水轉輸至相應的位置進行處理或者利用，以免雨水排入城市排水管道，有助于減輕城市排水系統的壓力，同時也能極大地提升水資源的利用率。再以蓄水型鋪裝為例，可以使雨水直接蓄存在土壤基層孔隙中或者蓄存在透水基層的孔隙中。蓄水型鋪裝的應用對土壤的透水系數有一定的要求，需要其大于1.0×10-3mm/s，如果土壤的透水系統不能滿足要求，可以考慮采用轉輸型透水鋪裝模式或者進行土體改良。在透水鋪裝過程中，還要注重保障與周圍環境的協調性，如透水磚的顏色、透水磚鋪裝形式以及透水磚鋪裝圖案等，這是影響城市景觀的關鍵因素。只有保障透水磚鋪裝與周邊環境相協調，才能更好地發揮透水磚的作用。

2.2.2 透水基層厚度的確定

透水磚鋪裝結構設計一方面要保障結構的透水能力，另一方面要考慮結構的荷載強度。通常情況下，在透水磚鋪裝結構設計過程中，先以荷載強度為基礎進行設計，然后進行透水能力方面的設計。目前，我國對透水磚鋪裝結構的設計規范尚不完善，在荷載強度設計過程中可以參照《城鎮道路路面設計規范》，保障結構的荷載強度符合標準要求。對透水性方面的設計尚無統一要求和方法，因此，需要結合不同地區的不同特點和海綿城市建設的實際需求進行透水能力設計，準確驗算透水和蓄水能力。對透水磚鋪裝結構透水能力的驗算比較復雜，并且沒有統一的驗算方法。如果在降水過程中，透水磚鋪裝最大滲透量與基層空隙中的水和滲入土基的水總量相等，可以按照以下公式進行驗算：

式中：H基代表透水路面結構厚度（不包括透水磚面層厚度），mm；i代表設計降雨強度，mm/h；k土代表土基的平均滲透系數，cm/s；t代表降雨持續時間（一般按2 h計），h；v代表結構層（基層）的平均空隙率，%。

在應用上述公式進行驗算時，如果驗算結果難以符合要求，需要適當增加透水路面結構的厚度H基。此外，還可以提高平均空隙率或者提升土基的平均滲透系數。這些方式都能促進透水磚結構透水能力的提升。如果采取以上措施依然無法滿足要求，說明該位置不適宜采用蓄水型透水鋪裝，應考慮采用轉輸型透水鋪裝模式。

2.2.3 透水能力的保護與恢復

通常情況下，與基層相比，透水鋪裝面層的空隙以及孔隙率都較小，因此，面層堵塞現象的發生概率較高。一旦透水鋪裝面層發生堵塞現象，會對整體透水能力造成不利影響。面對這種情況，相關人員需要加強透水能力的保護與恢復。首先，要從透水磚的生產環節入手，將面層施工安排在最后，避免其他環節施工對面層造成不利影響。其次，在透水磚出廠之后，需要對其面層進行覆蓋保護，在灌縫和表面清理完成后將覆蓋保護去除。通過這種方式可以對面層起到有效的保護作用，避免在施工過程中導致鋪裝面層堵塞。在透水磚的應用過程中，其滲透效果會隨著服役時間的延長而不斷減弱，這種趨勢在服役兩年之后表現得尤為明顯，面層瞬時下滲速度會明顯減緩，進而影響地表水下滲速度，容易造成地表積水。相較于透水磚鋪裝初期，其作用和效果明顯減弱。之所以會出現這種狀況，主要原因在于以下3個方面：首先，下墊層的透水系數逐漸減小。其次，透水磚在服役階段會受到外界環境的影響，導致其表面的孔隙被堵塞。如垃圾、灰塵等的堆積，使透水磚表面孔隙堵塞，導致其滲透能力下降，影響雨水下滲速度，造成地面積水。透水磚在海綿城市建設中的應用存在“重建設、輕管理”的現象，在透水磚鋪裝過程中往往能保障施工質量，但是在透水磚服役階段缺乏有效的管理和維護，導致透水磚的性能不斷下降甚至喪失作用。因此，要注重對透水磚服役階段的管理，加強清潔，以減少堵塞。例如，可以借助真空吸塵器對透水磚鋪裝表層空隙進行清潔，幫助透水磚有效恢復透水能力，甚至可以達到鋪裝之初的水平。最后，可以采用高壓沖洗的方式幫助透水磚恢復滲透能力。這種方式比較適合應用年限較長的透水磚維護，還可以借助壓力吹掃的方式幫助透水磚恢復透水能力。總之，維護的方式方法較多，并且隨著技術的發展與完善，透水磚透水能力的恢復效果越來越顯著。

3 結語

透水磚是海綿城市建設的重要設施，對規避城市內澇、解決城市水危機以及緩解城市熱島效應等具有重要作用。但在透水磚的應用過程中，需要充分評估其適配性，并合理確定透水基層的厚度，同時還要加強維護，保障其透水能力。