新型環(huán)保材料在“海綿城市”建設(shè)中的應(yīng)用技術(shù)研究

尹偉華

(四川森普管材股份有限公司，四川 德陽(yáng) 610014)

1 海綿城市概念

在城市化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的矛盾日漸突出的當(dāng)下，為了營(yíng)造健康、綠色、宜居的城市環(huán)境，我國(guó)提出建設(shè)遵循自然排水規(guī)律的雨洪管理體系——海綿城市。主要解決日益發(fā)展起來(lái)的大城市病——頻繁出現(xiàn)的內(nèi)澇、城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致的極端天氣和城市黑臭水體等問(wèn)題。

海綿城市又稱(chēng)低影響開(kāi)發(fā)（LID）。LID英文的全稱(chēng)是Low lmpact Development，是20世紀(jì)90年代末發(fā)展起的暴雨管理和面源污染處理技術(shù)，旨在通過(guò)分散的，小規(guī)模的源頭控制來(lái)達(dá)到對(duì)暴雨所產(chǎn)生的徑流和污染的控制，使開(kāi)發(fā)地區(qū)盡量接近于自然的水文循環(huán)。

LID低影響開(kāi)發(fā)是一種可輕松實(shí)現(xiàn)城市雨水收集利用的生態(tài)技術(shù)體系，其關(guān)鍵在于原位收集、自然凈化、就近利用或回補(bǔ)地下水。

低影響開(kāi)發(fā)強(qiáng)調(diào)城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)應(yīng)減小對(duì)環(huán)境的沖擊，其核心是基于源頭控制和延緩沖擊負(fù)荷的理念，構(gòu)建與自然相適應(yīng)的城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)，合理利用景觀空間和采取相應(yīng)措施對(duì)暴雨徑流進(jìn)行控制，減少面源污染。

2 國(guó)家海綿城市建設(shè)總體目標(biāo)

建設(shè)海綿城市被列入中國(guó)第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要中100個(gè)重大工程及項(xiàng)目之一。國(guó)辦發(fā)〔2015〕75號(hào)文提出明確目標(biāo)：

（1）通過(guò)海綿城市建設(shè)，最大限度地減少城市開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，將70%的降雨就地消納和利用。

（2）到2020年，城市建成區(qū)20%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求。

（3）到2030年，城市建成區(qū)80%以上的面積達(dá)到目標(biāo)要求。

3 市場(chǎng)前景

住建部城建司副司長(zhǎng)章林偉曾進(jìn)行過(guò)深入研究，綜合各地已經(jīng)開(kāi)展的低影響開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)踐，對(duì)海綿城市建設(shè)投資進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析。海綿城市的建設(shè)涉及到滲、滯、蓄、凈、用、排等工程技術(shù)設(shè)施，具體包括排水防澇設(shè)施、城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)建設(shè)、雨污分流改造、雨水收集利用設(shè)施、污水再生利用、漏損管網(wǎng)改造等等，總的建設(shè)成本大概在1.6億～1.8億元/km2。其中滲、滯、蓄等源頭減排項(xiàng)目投資約占1/3。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2014年年末，中國(guó)城市建成區(qū)面積已經(jīng)達(dá)到4.98萬(wàn)km2。依據(jù)住建部對(duì)海綿城市試點(diǎn)投資估算，到2020年，城市建成區(qū)20%以上的面積要建成海綿城市，建設(shè)面積達(dá)到9 960 km2，預(yù)算投資達(dá)到15 936億～17 928億元。到2030年，城市建成區(qū)80%以上的面積要建成海綿城市，建設(shè)面積達(dá)到39 840 km2，預(yù)算投資達(dá)到63 744億～71 712億元。

從國(guó)家層面的規(guī)劃目標(biāo)、城市建成區(qū)面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、住建部對(duì)海綿城市試點(diǎn)投資估算以及滲、滯、蓄等源頭減排項(xiàng)目投資占比等方面分析，這將是一個(gè)萬(wàn)億級(jí)的巨大蛋糕，海綿城市的建設(shè)周期至少將持續(xù)開(kāi)發(fā)15～20年。

4 海綿城市建設(shè)用核心產(chǎn)品

要實(shí)現(xiàn)雨水安全就地消納和利用的目標(biāo)，我公司開(kāi)發(fā)了系列海綿城市建設(shè)用新型建材產(chǎn)品——天然彩石透水坪、便捷下沉式綠地儲(chǔ)水罐、綠地雨水口、棄流器等，其中以天然彩石透水坪、便捷下沉式綠地儲(chǔ)水罐產(chǎn)品最具代表性，為推動(dòng)國(guó)家海綿城市建設(shè)具有重要意義。

4.1 天然彩石透水坪

4.1.1 材料選擇與制作工藝

四川森普管材股份有限公司開(kāi)發(fā)的天然彩石透水坪所用原材料無(wú)毒環(huán)保如圖1，色彩自然，具有生態(tài)、透水、透氣及較好的防滑功能，是新一代透水地坪的典型代表。

圖1 天然彩石透水坪圖

天然彩石透水坪選用純天然彩色花崗巖石材邊角余料加工而成，極大限度地利用資源，變廢為寶。花崗巖具有硬度高（肖氏硬度大于HS70）、耐磨損、不易風(fēng)化、色澤美觀，色彩可保持百年以上等特點(diǎn)，粒徑方面經(jīng)過(guò)大量測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，采用4～6 mm粒徑的圓滑（無(wú)尖角）石粒黏合強(qiáng)度和透水性能最優(yōu)。

除石材的選擇外，更重要的是選擇黏合劑的性能，我們選用KRYPTON CHEMICAL的專(zhuān)用黏合劑，不僅固化時(shí)間短，黏合強(qiáng)度高，老化性能好，黃變時(shí)間超過(guò)10年。

森普研制的天然彩石透水坪孔隙達(dá)到30%，透水率可達(dá)95%以上；透水坪抗壓強(qiáng)度達(dá)到8 MPa及以上。天然彩石透水坪鋪裝工藝易于掌握，材料準(zhǔn)備好后可在現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)配現(xiàn)鋪；鋪裝后2 h可定型，48 h后可承載；后期維護(hù)方便，使用成本低。該透水坪雨水回收率高且不會(huì)對(duì)回收的雨水有二次污染，利于雨水再次利用。

4.1.2 天然彩色透水坪的應(yīng)用

4.1.2.1 天然彩色透水坪的路基結(jié)構(gòu)

通過(guò)實(shí)際工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)透水鋪裝目的，路基必須精心設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)計(jì)的透水路面路基分為全透型和不透型兩種，可根據(jù)實(shí)際情況選用合適的透水路基，均可有效實(shí)現(xiàn)雨水的快速下滲。

（1）全透型路基

全透型路基結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 全透型路基

適用范圍：綠道、公園健身休閑所、城市廣場(chǎng)、非機(jī)動(dòng)車(chē)道等輕載荷區(qū)域。天然真彩石透水坪充分體現(xiàn)天然石材豐富自然的視覺(jué)效果，還可以利用色彩搭配，進(jìn)行拼花設(shè)計(jì)，裝飾效果美觀大方，見(jiàn)圖3。

圖3 全透型路基適用場(chǎng)景圖

推薦使用于新建透水設(shè)施，全透型路基可就地將雨水最大程度的下滲，回補(bǔ)地下水，實(shí)現(xiàn)“將雨水留下來(lái)”的目標(biāo)，保持水土平衡，本地土壤飽和后多余的水通過(guò)滲濾管排放到雨水井或雨水收集罐，可最大程度的節(jié)約水資源，還減少雨水管網(wǎng)的壓力。

（2）不透型路基

不透型路基結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 不透型路基

適用范圍：游泳池、洗浴中心、別墅庭院、生態(tài)停車(chē)場(chǎng)等輕載荷區(qū)域，見(jiàn)圖5。

圖5 不透型路基適應(yīng)場(chǎng)景圖

推薦使用于新建或改建原有混凝土路面，路面采用透水路面，可實(shí)現(xiàn)路面不積水。一方面，雨水通過(guò)坡度自然排水到市政雨水管網(wǎng)中，底層路基采用不透水的混凝土，使路面的承載能力更高，可用于小型生態(tài)停車(chē)場(chǎng)。另一方面，配合使用雨水收集管路和儲(chǔ)水裝置可將雨水完全儲(chǔ)存下來(lái)，經(jīng)處理后可用于洗車(chē)、澆灌等中水再利用，最大程度的提高水資源的利用率。

4.1.2.2 施工過(guò)程簡(jiǎn)單方便、快捷

天然彩色透水坪施工過(guò)程能耗極低，施工現(xiàn)場(chǎng)僅需用攪拌機(jī)將石粒和黏合劑進(jìn)行充分混合，將其直接鋪裝在做好的基礎(chǔ)層上；再用人工將其攤平，靜壓；最后根據(jù)承載強(qiáng)度設(shè)計(jì)調(diào)整微振和靜壓的次數(shù)，并將其磨平。該產(chǎn)品可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的工況方便的調(diào)整工藝配方和施工節(jié)奏，具有較強(qiáng)的項(xiàng)目適應(yīng)性。

天然彩透水坪與透水混凝土（染色）或普通膠黏石相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。該產(chǎn)品具有色彩豐富、自然美觀、圖案靈活、經(jīng)久耐用、透水環(huán)保、維護(hù)簡(jiǎn)便、施工方便快捷，綜合使用成本最優(yōu)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種透水性景觀道路、人行道、公園和廣場(chǎng)等場(chǎng)所，也可應(yīng)用到室內(nèi)浴場(chǎng)、泳池等場(chǎng)所，是一種會(huì)呼吸的生態(tài)地面，也可作為藝術(shù)景觀鋪裝材料。

4.2 便捷下沉式綠地儲(chǔ)水罐

高密度聚乙烯制品作為新型的環(huán)境友好材料，它具有低碳節(jié)能、生態(tài)環(huán)保等特點(diǎn)，優(yōu)異的柔性能很好適應(yīng)地質(zhì)環(huán)境的變化，全生命周期免維護(hù)使用，目前已廣泛用于社會(huì)各行各業(yè)。雨污水用的聚乙烯雙壁波紋管作為21世紀(jì)新型的環(huán)保材料在國(guó)外已使用了幾十年，在國(guó)內(nèi)也應(yīng)用了近20年，它具有環(huán)保、內(nèi)壁光滑、抗外壓強(qiáng)度高等特點(diǎn)，得到了市場(chǎng)的廣泛好評(píng)。我們是基于海綿城市建設(shè)中所用到的PP模板蓄水池同樣功能并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)而開(kāi)發(fā)的新型建材產(chǎn)品——便捷式儲(chǔ)水罐如圖6。便捷式儲(chǔ)水罐將選定口徑和環(huán)剛度的聚乙烯雙壁波紋管用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)用開(kāi)孔機(jī)按要求滲透率進(jìn)行科學(xué)開(kāi)孔；將預(yù)設(shè)好長(zhǎng)度的開(kāi)孔聚乙烯雙壁波紋管的兩端進(jìn)行封堵，形成罐體；再用確保過(guò)濾效果的優(yōu)質(zhì)土工布將罐體包覆，避免泥沙等雜物進(jìn)入罐體，避免造成泥沙淤積和影響雨水的滲透。將其配合綠化帶、植草溝、下凹式綠地進(jìn)行科學(xué)合理布設(shè)，下雨時(shí)用于儲(chǔ)水，可有效減緩排水管道壓力，進(jìn)而解決城市內(nèi)澇；天晴時(shí)通過(guò)罐體上的滲濾孔將儲(chǔ)存的雨水緩慢釋放到土壤中，滋養(yǎng)綠地植物和保持當(dāng)?shù)厮疗胶?，有效避免城市小氣候的形成?/p>

圖6 便捷下沉式綠地儲(chǔ)水罐結(jié)構(gòu)圖

4.2.1 便捷式儲(chǔ)水罐具有以下主要特點(diǎn)

（1）開(kāi)孔率可調(diào)

便捷式儲(chǔ)水罐的開(kāi)孔率可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，開(kāi)孔率為1%～3%。還可根據(jù)需要設(shè)計(jì)半開(kāi)孔（儲(chǔ)水、回用）和全開(kāi)孔（滯水、緩釋?zhuān)?/p>

（2）強(qiáng)度高

罐體強(qiáng)度主要由聚乙烯雙壁波紋管體提供，聚乙烯雙壁波紋管兼具柔韌性和高環(huán)剛度，特別是敷設(shè)后同壓實(shí)回填物形成管土共同作用，確保了產(chǎn)品的使用安全性。

（3）儲(chǔ)水量大

形成罐體后，管道內(nèi)部全部為儲(chǔ)水區(qū)，可根據(jù)需求選用不同口徑的管道進(jìn)行安裝。以DN/ID500為例，6 m長(zhǎng)管道容積超過(guò)1 m3，它的占地面積僅為3 m2。合理的布局將形成一個(gè)巨大的儲(chǔ)水空間且不影響其綠地原有功能。

（4）綜合成本低

便捷式儲(chǔ)水罐為工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，施工方便快捷，免維護(hù)或極低維護(hù)成本，易于搬遷和重復(fù)利用。

（5）綠色、環(huán)保

便捷式儲(chǔ)水罐的主要材料為聚乙烯材料，聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性好，不存在水質(zhì)的二次污染問(wèn)題。

4.2.2 便捷式儲(chǔ)水罐的應(yīng)用

便捷式儲(chǔ)水罐采用罐體并列平鋪方式，根據(jù)儲(chǔ)水量設(shè)計(jì)和選用罐體規(guī)格決定鋪設(shè)的數(shù)量。罐體規(guī)格有DN200～DN500，環(huán)剛度一般選擇SN8（更高要求需要定制）。

便捷式儲(chǔ)水罐可鋪設(shè)于綠化帶、植草溝、下凹式綠地等地基下方，適用于需要滯水、蓄水的大部分區(qū)域，完全可替代PP模塊水池、硅砂水池、玻璃鋼水池等見(jiàn)表1。

表1 便捷式儲(chǔ)水罐與PP模塊水池的對(duì)比

便捷式儲(chǔ)水罐具有同原波紋管同等的高環(huán)剛度特性，并兼具高滲透功能，在雨量較大時(shí)，土壤含水量飽和后，雨水可快速滲透進(jìn)罐體內(nèi)部，利用罐體內(nèi)部巨大的空間將水暫時(shí)蓄存起來(lái)，減緩排水系統(tǒng)壓力。雨過(guò)天晴后再緩慢由滲濾孔滲到土壤中以滋養(yǎng)綠地植物和土壤，最大程度的將雨水“留”下來(lái)，保持水土平衡，是新一代儲(chǔ)水裝置的典型代表。

海綿城市的建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工程，在國(guó)家的支持與引導(dǎo)下，各方力量也在積極行動(dòng)，經(jīng)過(guò)多年的試點(diǎn)與建設(shè)，目前已取得一些明顯的成效和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。這項(xiàng)工程還需各方持續(xù)參與與推進(jìn)，相信不久的將來(lái)，青山綠水環(huán)繞將不再是奢望與夢(mèng)想！