海綿城市中的人行道面層材料比選

章佳棟

（上海浦東新區(qū)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，上海市 200127）

海綿城市中的人行道面層材料比選

章佳棟

（上海浦東新區(qū)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，上海市 200127）

近年來(lái)，暴雨積澇已成為我國(guó)大部分地區(qū)城市化所面臨的關(guān)鍵課題。傳統(tǒng)城市道路存在的排水能力低效、雨水資源浪費(fèi)等問(wèn)題，已嚴(yán)重阻礙了城市的可持續(xù)發(fā)展。分析了我國(guó)傳統(tǒng)排水系統(tǒng)現(xiàn)狀，以上海現(xiàn)有人行道面層鋪磚材料為例，重點(diǎn)分析比較了同質(zhì)磚、舒布洛克磚及鋼渣混凝土透水系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用情況，闡述了在建設(shè)海綿城市的背景下，采用和推廣新材料、新技術(shù)的迫切性。

人行道材料，海綿城市，排水系統(tǒng)

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)推進(jìn)城市化的步伐正在不斷加大。城市化的進(jìn)程不僅帶來(lái)了社會(huì)的高速發(fā)展，也帶來(lái)了嚴(yán)重的城市內(nèi)澇災(zāi)害。“2012年7月21日發(fā)生在北京市因遭遇特大暴雨，導(dǎo)致多處被淹，經(jīng)濟(jì)損失百億元”[1]，“2013年7月19日發(fā)生在云南省昆明市因遭受強(qiáng)降雨而造成內(nèi)澇現(xiàn)象”[2]，“2015年6月15日發(fā)生在上海市因遭遇特大暴雨，導(dǎo)致多處被淹”[3]。近年來(lái)城市內(nèi)澇案例數(shù)量之多令人咋舌。防治積澇災(zāi)害已成為我國(guó)城市化進(jìn)程中不可避免的課題。

造成現(xiàn)代城市內(nèi)澇災(zāi)害的主要原因有兩方面：自然方面和人為方面。從自然方面來(lái)說(shuō)，近年來(lái)，全球氣候變暖，厄爾尼諾現(xiàn)象嚴(yán)重，南北方降雨不均衡，導(dǎo)致城市出現(xiàn)內(nèi)澇；從人為因素來(lái)講，城市建筑面積以及硬化地面面積過(guò)大，植物覆蓋率過(guò)小，傳統(tǒng)的排水管道已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代城市對(duì)吸水和存水能力的要求，是城市內(nèi)澇的主要原因。在我國(guó)，更多的城市在發(fā)展過(guò)程中往往忽略了環(huán)境的承載能力，致使延續(xù)了十幾年甚至幾十年、上百年及以上的生態(tài)平衡被打破，造成了更加嚴(yán)重的、復(fù)雜的生態(tài)型內(nèi)澇。

目前，各城市針對(duì)內(nèi)澇災(zāi)害所采取的措施主要有加大管徑、增建蓄水池、增加綠化面積、修建泵站等。傳統(tǒng)工程建設(shè)需要占用大量的城市空間，同時(shí)地下工程還不利于養(yǎng)護(hù)，廢棄后又容易造成對(duì)環(huán)境的二次污染，而加大綠化面積又限制了城市用地，加劇了城市用地緊張等問(wèn)題。

為此，部署加快雨水蓄排順暢、合理利用的海綿城市建設(shè)，有效推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化，成為我國(guó)城市發(fā)展的主流方向。

2 我國(guó)傳統(tǒng)排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)城市排水的一個(gè)主要的場(chǎng)所在城市道路。一般的城市道路以道路橫坡及縱坡排放路面水至雨水口，再通過(guò)雨水管匯集至水體。這種排水方法及思想隨著城市的發(fā)展已嚴(yán)重滯后，隨之而來(lái)的問(wèn)題也日益凸顯。主要存在以下幾個(gè)方面因素。

（1）排水壓力大

隨著現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，硬化道路的覆蓋面積日益擴(kuò)大，自然路面的面積隨之減少，城市道路極小的透水率加大了城市內(nèi)澇發(fā)生的概率，也增大了城市排水系統(tǒng)的壓力。

（2）嚴(yán)重污染

城市道路路面水中含有多種污染物及垃圾，諸如汽車(chē)油污、城市垃圾、路面砂礫等。這些污染物及垃圾隨著雨水徑流一同排放至水體，是造成水體污染的重要因素。

（3）水資源流失

中國(guó)目前16個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）人均水資源量低于嚴(yán)重缺水線，有6個(gè)省、區(qū)人均水資源量低于500 m3[4]。中國(guó)的雨水資源較為豐富，但是有八成以上的雨水資源被白白浪費(fèi)，沒(méi)有有效利用。

（4）環(huán)境破壞

人類(lèi)生存范圍的擴(kuò)大，不可避免地對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生破壞，如植被破壞、城市熱島效應(yīng)、噪聲污染等，對(duì)城市居民的生活造成不小的影響。

綜上所述，傳統(tǒng)的城市道路排水系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)今城市的排水需求，因此需要一種新型的設(shè)計(jì)思路和建設(shè)思想來(lái)改善排水問(wèn)題。

3 上海在建設(shè)海綿城市中所采取的措施

上海具有地下水位高、土地利用率高、不透水面積比例高和土壤入滲率低的“三高一低”特點(diǎn)。推進(jìn)海綿城市建設(shè)是建設(shè)綠色、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展的國(guó)際化大都市的重要舉措。目前，國(guó)家已明確：到2020年，城市建成區(qū)20%以上的面積達(dá)到海綿城市建設(shè)目標(biāo)要求；到2030年，城市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求。

在實(shí)踐過(guò)程中，上海作為國(guó)際化的大都市，使用的新技術(shù)及新材料一直位于全國(guó)前列。下面以人行道面層砌塊為例，對(duì)其應(yīng)用情況進(jìn)行分析介紹。

（1）同質(zhì)磚

同質(zhì)磚人行道鋪裝適用于各類(lèi)道路，其面層材料一般采用水泥混凝土預(yù)制塊。按其結(jié)構(gòu)受力形式可分為連鎖型、非連鎖型；按其成品顏色可分為本色和彩色。水泥混凝土預(yù)制塊厚度不應(yīng)小于60 mm；如用于有機(jī)動(dòng)車(chē)輛通行的出入口，其厚度不應(yīng)小于80 mm。其抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于等于30 MPa，其抗折強(qiáng)度應(yīng)大于等于3.5 MPa。其面層直接承受行人或車(chē)輛（進(jìn)出口坡）荷載，同時(shí)受自然因素的影響，應(yīng)堅(jiān)實(shí)、平整、抗滑、耐久。

整平層宜采用干拌水泥砂、砂（石屑）、水泥砂漿、水泥凈漿等，其原材料主要為砂、石屑和水泥，厚度宜取20～40 mm。整平層起調(diào)平或粘接作用。為確保鋪裝質(zhì)量，在面層與基層之間設(shè)置整平層。

根據(jù)上海市《道路人行道設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（DB31/T 436.2—2009），同質(zhì)磚人行道基層一般采用C20～C30普通水泥混凝土的剛性基層。常用厚度為100～200 mm?；鶎又饕惺苄腥嘶蜍?chē)輛的豎向荷載，并擴(kuò)散至土基，基層應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

人行道墊層材料可采用未篩分碎石或13.2～19.0 mm碎石，以及符合路用性能要求的路面舊料和性能穩(wěn)定的礦渣顆粒。墊層材料最大粒徑應(yīng)小于等于37.5 mm，顆粒質(zhì)硬無(wú)泥，壓碎值應(yīng)小于等于40%。厚度一般取100～150 mm。墊層應(yīng)有利于排水，改善水文條件，防止土壤對(duì)上層材料污染。

（2）舒布洛克磚

上海地區(qū)半透水性人行道面層一般采用舒布洛克透水磚。其主要材料同樣為預(yù)制水泥混凝土。其最為重要的兩個(gè)指標(biāo)分別是抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)。抗壓強(qiáng)度是舒布洛克磚承載能力的保證，要求材料致密，空隙少；透水系數(shù)是指體現(xiàn)舒布洛克磚滲透能力的指標(biāo)，要求材料具有一定的連通空隙。兩者相互矛盾又缺一不可。根據(jù)透水磚行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，舒布洛克磚的抗壓強(qiáng)度等級(jí)一般大于等于30 MPa，透水系數(shù)大于等于0.01 cm/s，其抗折強(qiáng)度很高，能適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉陷。

舒布洛克磚鋪裝除面層外，下部結(jié)構(gòu)一般與上海市常規(guī)同質(zhì)磚結(jié)構(gòu)相同。其面層積水滲透至基層后，通過(guò)埋置于基層的排水管，就近排入河道或雨水井，起到一定的輔助排水能力。

舒布洛克磚使用年限可超過(guò)20 a，同體材質(zhì)在惡劣的環(huán)境下也不褪色。舒布洛克地磚抗高溫、抗凍融能力強(qiáng)。舒布洛克磚采用六面高頻振搗，骨料分布均勻，表面比較粗糙，可以應(yīng)對(duì)車(chē)輛急剎車(chē)等高度摩擦力和沖擊力。如今，舒布洛克磚的使用在上海地區(qū)是主流的輔助排水手段，其生產(chǎn)及鋪裝技術(shù)也已完善。

（3）鋼渣混凝土透水系統(tǒng)

鋼渣是鋼材工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中生成的固體廢棄物，目前，我國(guó)每年都有數(shù)百萬(wàn)噸的排放量增長(zhǎng)，其再回收利用的潛力巨大。用鋼渣做成的道路材料，其抗破碎能力強(qiáng)，已經(jīng)有很多國(guó)家將其作為優(yōu)質(zhì)集料使用。

鋼渣混凝土透水系統(tǒng)采用多種單級(jí)配鋼渣作為集料，是按“無(wú)砂”混凝土技術(shù)配制的具有高強(qiáng)度、高透水性能的路面材料。

鋼渣混凝土透水系統(tǒng)由墊層、基層及面層疊加而成。利用墊層大空隙、基層中等空隙、面層微小空隙的結(jié)構(gòu)形式，形成自上而下、由小到大的空隙結(jié)構(gòu)，使面層到土壤具備有效透水孔隙，從而達(dá)到透水效果，在市政道路排水系統(tǒng)中可起到極大的輔助排水作用。

鋼渣混凝土透水磚抗壓強(qiáng)度等級(jí)大于等于40 MPa，抗折強(qiáng)度等級(jí)大于等于5.0 MPa，透水系數(shù)大于等于0.02 cm/s，均等于或高于同類(lèi)產(chǎn)品。鋼渣混凝土透水基層強(qiáng)度等級(jí)不低于C20，符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009）的規(guī)定，能夠承受行人或車(chē)輛的豎向荷載。鋼渣混凝土透水系統(tǒng)的透水能力優(yōu)于舒布洛克磚的半透水能力，在各方面甚至能夠取代舒布洛克磚的使用，但是其在上海地區(qū)的使用較少，各地區(qū)的使用頻率不均勻，加之成本等因素的影響，其并未在上海地區(qū)得到有效推廣。

4 比較

隨著城市建設(shè)步伐的加快，城市的地表逐漸被鋼筋混凝土及不透水路面覆蓋。目前在上海大多數(shù)人行道面層（市政道路）仍以不透水、密實(shí)材料為主。傳統(tǒng)的不透水人行道存在下列問(wèn)題：雨天人行道雨水通過(guò)漫流方式經(jīng)道路雨水口排放，人行道濕滑，一旦積水易使行人濕鞋，影響行人行走的安全性和舒適性。半透水性人行道（舒布洛克磚等）雖然可起到有效的輔助排水作用，且有利于排放路面水，但并不能起到補(bǔ)給地下水的作用。采用鋼渣混凝土人行道面層透水系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

（1）改善城市土壤生態(tài)環(huán)境。鋼渣混凝土透水系統(tǒng)能夠有效提升城市土壤透氣、透水能力，改善土壤內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境，為城市植被涵養(yǎng)水分，減輕城市綠化的養(yǎng)護(hù)負(fù)擔(dān)。

（2）保護(hù)地下水資源。鋼渣混凝土透水系統(tǒng)與其他不透水及半透水材料不同，它能夠使地表水有效通過(guò)自身滲入土壤，從而補(bǔ)充城市地下水，使地球水資源的循環(huán)得以保護(hù)。

（3）減輕城市內(nèi)澇影響。我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展相對(duì)滯后，不能滿(mǎn)足暴雨時(shí)城市排水及防洪的要求，路面時(shí)常出現(xiàn)不同程度的積水，而不透水面層更是加劇了城市排水系統(tǒng)的壓力。鋼渣透水混凝土系統(tǒng)可以有效緩解城市排水的壓力，這對(duì)城市排水是有利的。

（4）緩解城市熱島效應(yīng)。鋼渣透水混凝土系統(tǒng)面層材料具有自上而下，由小及大的空隙結(jié)構(gòu)，可以在陽(yáng)光照射下將結(jié)構(gòu)及土壤中的水分蒸發(fā)，從而吸收大量的熱量，降低地表溫度，有效緩解城市熱島效應(yīng)。

5 結(jié)論

綜上所述，鋼渣透水混凝土系統(tǒng)能夠有效改善城市土壤生態(tài)環(huán)境，保護(hù)城市地下水資源，減輕城市內(nèi)澇影響，緩解城市熱島效應(yīng)，同時(shí)其材料取自工業(yè)廢棄物，開(kāi)發(fā)成本低廉，具有巨大的發(fā)展空間。因此，鋼渣透水混凝土系統(tǒng)的利用，在上海海綿城市的發(fā)展中應(yīng)得到大力的推廣及使用。

按照住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部海綿城市專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃編制要求，上海下一步將構(gòu)建海綿城市建設(shè)專(zhuān)家技術(shù)支撐體系，建立專(zhuān)家?guī)?，建立健全海綿城市建設(shè)項(xiàng)目認(rèn)定、績(jī)效評(píng)價(jià)和評(píng)估考核體系。同時(shí)，在實(shí)踐中探索成熟的指標(biāo)，將逐步納入強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)體系。將圍繞海綿城市建設(shè)區(qū)域，梳理海綿城市建設(shè)項(xiàng)目，建立信息系統(tǒng)，制定實(shí)施計(jì)劃，有序推進(jìn)全上海的海綿城市建設(shè)。因此有效利用新型的鋼渣混凝土透水系統(tǒng)，是上海發(fā)展海綿城市的有效技術(shù)及方式。

[1]關(guān)桂峰.北京特大暴雨已致190萬(wàn)人受災(zāi)，經(jīng)濟(jì)損失近百億[EB/OL].(2012-07-23)[2017-01-16].http://www.bjnews.com.cn/news/ 2012/07/23/212041.html.

[2]殷志浩.延安昆明廈門(mén)加盟“城市看?！?，“7·21”一年后城市內(nèi)澇依舊“內(nèi)急”[N].新聞晨報(bào)，2013-7-22（A10、11）.

[3]李榮.特大暴雨襲擊上海 局部雨量超過(guò) 200毫米[EB/OL]. (2015-06-17)[2017-01-16].http://news.xinhuanet.com/local/2015-06/17/c_1115643334.htm.

[4]林森.21世紀(jì)中國(guó)水危機(jī)[J].城市防震減災(zāi)，2000（6）:20-23.

TU992

B

1009-7716（2017）04-0124-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.036

2017-02-16

章佳棟（1990-），男，浙江上虞人，助理工程師，從事道路工程設(shè)計(jì)工作。