海綿城市理念下陶瓷厚板透水鋪裝系統(tǒng)探索

莊德輝

(廣東金意陶陶瓷集團有限公司)

城市化是我國社會全面發(fā)展的重要推動力，然而高強度高密度的城市土地開發(fā)改變了原來的生態(tài)系統(tǒng)，破壞了原有的水文循環(huán)機制，導(dǎo)致城市水文調(diào)節(jié)能力下降。雨水長期無法回滲地下，地下水位逐年下降；強降雨常常導(dǎo)致城市內(nèi)澇；不透水路面阻隔地面和大氣之間水分和熱量交換，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)。解決地下水位下降、城市內(nèi)澇和城市熱島效應(yīng)等問題，是推動海綿城市建設(shè)的主要原因之一。

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的彈性，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水釋放并加以利用，提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能、緩解城市熱島效應(yīng)和減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生。

海綿城市應(yīng)遵循生態(tài)優(yōu)先的原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，最大限度保護原有河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等不受開發(fā)活動的影響；也包括綠地、花園、廣場、可滲透路面等城市配套設(shè)施，重新構(gòu)建“降水-徑流-下滲-回用”的良性循環(huán)。

圖1 海綿城市示意圖

實現(xiàn)海綿城市理念，透水鋪裝是一項重要的措施。透水鋪裝是指雨水可以直接透過的人工鋪筑面。透水鋪裝要求中間層與基層必須透水，且面層采用可透水的鋪裝材料或利用鋪裝手法使水可以順利通過面層材料之間的接縫到達中間層和基層，實現(xiàn)滲透和保持雨水的功能。

第一類透水鋪裝：面層采用可透水的鋪裝材料，這類透水鋪裝最常用的是透水磚，靠貫通的毛孔透水。但透水磚強度偏低，自身承載力低，易破損，寒冷地區(qū)還有被凍融破壞的風(fēng)險。毛孔易被沙礫粉塵等堵塞，難以清理，導(dǎo)致后期透水效果越來越差，逐漸失去透水作用；且路面積水會滋生青苔，防滑性下降，行人容易摔倒。這就要求透水磚鋪裝路面必須進行后期維護，但目前投入運營的透水磚鋪裝路面基本沒有進行長期維護的。

第二類透水鋪裝：面層材料本身不透水，利用鋪裝手法使水可以順利通過面層材料之間的接縫到達透水的中間層和基層。這類透水鋪裝最常用的材料是石材，其裝飾效果和耐用程度比透水磚好，但石材存在易破裂和耐候性差等問題；同時石材資源不可再生，石材開采對環(huán)境的破壞無法復(fù)原，這些問題都限制了石材的使用。

尋找和研發(fā)更好的面層材料和相應(yīng)的透水鋪裝系統(tǒng)，是海綿城市建設(shè)中一個值得研究的課題。陶瓷厚板透水鋪裝系統(tǒng)就是基于解決上述問題，參考第二類透水鋪裝模式，以陶瓷厚板替代天然石材作為面層材料的一種新型透水鋪裝。

陶瓷厚板透水鋪裝系統(tǒng)基本構(gòu)造分為四層：面層、中間層、基層（含墊層）和土基（圖2）。以陶瓷厚板為面層，使用特殊設(shè)計的EPP 透水墊板及PE 支撐墊作為中間層，雨水通過陶瓷厚板接縫進入中間層匯合滲入基層或土基，補充地下水源，或匯入集水設(shè)施進行凈化回用，最大限度減少地面徑流。

⑴面層：

圖2 陶瓷厚板透水鋪裝系統(tǒng)基本構(gòu)造圖

透水鋪裝面層是整個鋪裝結(jié)構(gòu)與大氣接觸的界面，是實現(xiàn)鋪地與大氣之間水分和熱量交換的窗口，并直接承受交通荷載，因此面層必須堅固、平整、耐用，美觀，具有良好的透水性、施工便利性和經(jīng)濟性。

本文中透水鋪裝面層材料采用的陶瓷厚板，是近年出現(xiàn)的一種新材料，指厚度20mm 以上的瓷質(zhì)板材（吸水率不超過0.5%，一般小于0.1%）。陶瓷厚板各項性能指標(biāo)（表1）遠遠優(yōu)于天然石材，20mm 陶瓷厚板抗彎強度超過40MPa，承載力相當(dāng)于1.5～2 倍厚度的花崗巖的承載力。陶瓷厚板替代或部分替代天然石材用于戶外墻地面裝飾，可以減少石材開采對環(huán)境的破壞，實現(xiàn)綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

面層的陶瓷厚板通過中間層的聚乙烯（PE）支撐墊支撐、固定及保持接縫一致，用粗砂或粗砂與水泥干拌灌縫，雨水可以通過接縫往下層滲透。

⑵中間層：微發(fā)泡聚丙烯(EPP)透水墊板+聚乙烯（PE）支撐墊

目前國內(nèi)的透水鋪裝系統(tǒng)，沒有中間層這個概念，這里參考國外一些公司的做法設(shè)置了中間層。中間層主要作用是支撐和固定面層的陶瓷厚板，增加透過面層的雨水與基層的接觸面積，并將面層所受荷載分散傳遞到基層，以及緩和基層變形對面層產(chǎn)生的應(yīng)力。

中間層分為敷設(shè)于基層表面的微發(fā)泡聚丙烯(EPP)透水墊板，及置于其上用于支撐和固定面層陶瓷厚板的聚乙烯（PE）支撐墊（圖3）。

圖3 中間層結(jié)構(gòu)示意圖

微發(fā)泡聚丙烯(EPP) 制品具有超強的抗震吸能性能、形變后恢復(fù)率高、耐化學(xué)腐蝕、耐油和耐熱隔熱性好等優(yōu)點，可回收利用，可自然降解，是一種應(yīng)用廣泛的環(huán)保材料。

采用特殊設(shè)計的EPP 透水墊板，表面有導(dǎo)水槽和排水孔，每片墊板周邊都有榫槽連鎖設(shè)計（圖4）。透過面層的雨水經(jīng)過導(dǎo)水槽匯入排水孔流向基層，垂直滲透率（Vertical Permeability）＞1mm/sec，擴大排水孔徑可以有效提高垂直滲透率。

EPP 透水墊板規(guī)格為900mm×600mm×20mm，密度0.06g/cm3，單片質(zhì)量0.6kg，吸水率0.25%，彈性模量7.5MPa，抗拉強度0.1MPa，抗壓強度壓縮25%時為0.39MPa，壓縮50%時為0.55MPa，壓縮75%時為0.94MPa。

表1 陶瓷厚板與石材各項性能比較

圖4 EPP 透水墊板

聚乙烯（PE）支撐墊也稱作分隔片，起到支撐和固定面層陶瓷厚板、保持面層接縫一致和傳遞分散面層所受荷載的作用。支撐墊上的凸臺設(shè)計有不同寬度，以控制面層陶瓷厚板間的接縫，可根據(jù)需要設(shè)計，有3mm、5mm、8mm、10mm 等（圖5）。PE 支撐墊具有強度高、韌性好、承重強、重量輕、不吸水、耐油、耐腐蝕的優(yōu)點，能提供穩(wěn)定的支撐力。

圖5 PE 支撐墊

⑶基層

基層（含墊層）是直接承受上部荷載并傳入土基的受力層，同時是透水鋪面實現(xiàn)透水和保水功能的關(guān)鍵。根據(jù)透水鋪裝所承受的交通荷載和當(dāng)?shù)亟涤隊顩r等，針對性選擇基層材料和設(shè)計基層結(jié)構(gòu)，基層厚度根據(jù)保水量設(shè)計，基層壓實度不宜小于93%（重擊實試驗標(biāo)準(zhǔn)），回彈模量不小于80MPa。

基層做法是在夯實的土基上先鋪透水土工織物，防止水分作用下土基顆粒反滲入基層，造成基層空隙堵塞和土基流失。其上再用級配碎石或大孔隙水泥穩(wěn)定碎石做成墊層，墊層上鋪透水混凝土基層（透水混凝土設(shè)計空隙率建議20%～30%，水灰比0.3～0.45，加減水劑時0.22～0.35，28d 彎拉強度不小于3.5MPa），這樣可以大幅度提高鋪面結(jié)構(gòu)整體剛度和承受荷載的能力。

當(dāng)土基透水能力有限，或透水鋪裝對土基強度和穩(wěn)定性存在較大潛在風(fēng)險時，可采用半保水鋪裝結(jié)構(gòu)（圖6）：在透水基層內(nèi)設(shè)置透水管或排水板，在土基上表面敷設(shè)隔水薄膜，滲入基層的雨水不進入土基，而是通過基層底部的透水管匯入雨水收集設(shè)施，以保護土基、提高透水鋪面承載能力和保持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和堅固性。

圖6 半保水基層透水鋪裝結(jié)構(gòu)圖

公園人行園路等透水鋪裝，透水基層可以采用簡易做法：在夯實的土基上直接鋪透水土工織物，其上再鋪找平砂層，厚度一般50mm 左右。找平砂層應(yīng)使用粗中砂，避免使用細砂；可用少量干硬性水泥，與粗中砂拌和成砂漿，使找平砂層更為穩(wěn)定和堅固。其上鋪微發(fā)泡聚丙烯(EPP) 透水墊板和聚乙烯（PE）支撐墊作為中間層，再鋪設(shè)面層陶瓷厚板。

⑷土基：

透水鋪面的土基要承擔(dān)雨水滲透和為其上的鋪面結(jié)構(gòu)提供支撐平臺的作用。作為整個透水鋪裝的最底層，土基的好壞是整個鋪裝結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵所在。透水鋪面的破壞，一般都是由于雨水對土基的浸潤和沖刷，使整個結(jié)構(gòu)體系變得軟弱喪失穩(wěn)定性。

土基一般直接用素土夯實。土基壓實度不宜過大，一般控制在90%～93%（重型擊實試驗標(biāo)準(zhǔn)），回彈模量不宜小于30MPa。沙性土基是最優(yōu)良的土基類型，可適用于所有透水鋪裝場合。粉性和泥性土基滲透不良，可采用摻配砂石的方法予以改良，對原土基進行一定厚度的換填。如遇特殊情況，土基另行處理。

為了提高鋪面承載能力、保護土基和保持整個系統(tǒng)穩(wěn)定和堅固性，可采用半保水透水鋪裝（圖6）和提高土基模量的方法。

⑸鋪裝邊界空間處理

邊界空間指人行通道與綠地、建筑或設(shè)施間的交接空間。該類型的空間不便于行人通行，但需要承載人行道上的一些功能設(shè)施，如花壇、樹池、坐凳等。邊界空間的處理可以增強透水鋪裝場地應(yīng)對雨水的能力，彌補透水鋪裝滲透能力的不足。

陶瓷厚板透水系統(tǒng)可以和其他材料如石板、礫石、卵石、草皮、塑膠、金屬、瀝青混凝土等完美結(jié)合，增強系統(tǒng)的透水功能和裝飾效果。

邊界空間的處理方式主要有三種：

①卵石緩沖帶邊界

卵石緩沖帶為雨水進入綠地提供過濾緩沖作用，且使道路更加美觀。

②滲透雨水溝邊界

滲透雨水溝可以對透水鋪裝面來不及處理的徑流雨水進行收集。

③雨水花池邊界

雨水花池是將人行空間中的綠地、樹池、花壇等休憩性空間做成雨水花池的形式，形成一個個生態(tài)綠島，起到空間和生態(tài)集約的效果。

海綿城市建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，這里沒有涉及所有環(huán)節(jié)。文中提出的陶瓷厚板透水鋪裝方案，可用于非機動車道、人行道、園路（階梯、磴道、棧道、廊橋、汀步等）、室外停車場、公共廣場、休閑廣場、景觀水體等場所，具有安全環(huán)保、強度高、耐候性好、節(jié)約資源、維護成本低等諸多優(yōu)點和廣闊的前景，可以滿足海綿城市透水鋪貼各方面要求，已通過小型測試，后期如能建設(shè)示范案例，根據(jù)實際效果進行完善，進而制定和修改相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，推廣和擴大使用規(guī)模，可為海綿城市建設(shè)提供有益的借鑒和補充。