海綿城市建設(shè)

梁義婕 任霞 李莉

摘要：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)對雨水帶來的自然災(zāi)害等方面具有良好的"彈性"，也可稱之為“水彈性城市”，是新一代城市雨洪管理概念。其中透水鋪裝是使硬化土壤實(shí)現(xiàn)海綿功能的重要手段。文章針對目前市面上常用的透水材料的性能等方面展開研究、分析，為以后透水材料的研究、應(yīng)用提供方向。

[基金項(xiàng)目]四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司院內(nèi)科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：KYYN202011）

[作者簡介]梁義婕（1983—），女，本科，高級工程師，一級注冊建筑師，研究方向?yàn)榻ㄖこ萄芯亢驮O(shè)計(jì)。

1 透水材料研究、發(fā)展的背景

背景：現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展——海綿城市建設(shè)。

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)對雨水帶來的自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，也可稱之為“水彈性城市”，是新一代城市雨洪管理概念。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。

2013年中央城鎮(zhèn)化工作會議，習(xí)總書記提出海綿城市十二字方針 ：自然積存、 自然滲透 、自然凈化 。2015年10月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》，提出了“到2030年城市建成區(qū)80 %以上的面積達(dá)到將70 %的降雨就地消納和利用”的目標(biāo)要求。

四川省政府辦公廳2016年2月印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的實(shí)施意見》，根據(jù)《實(shí)施意見》，我省將統(tǒng)籌推進(jìn)6類重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)：努力推進(jìn)海綿型建筑與住宅小區(qū)建設(shè)，抓好海綿型城市道路和廣場建設(shè)工作，強(qiáng)化海綿型公園綠地建設(shè)，扎實(shí)開展公共服務(wù)設(shè)施海綿體建設(shè)，加強(qiáng)城市排水防澇設(shè)施建設(shè)，抓好城市水系的保護(hù)和修復(fù)工作。

海綿城市建設(shè)六字方針“滲、蓄、滯、凈、用、排”。構(gòu)建海綿城市的第一步就是“滲”。可以避免地表徑流，減少從水泥地面、路面匯集到管網(wǎng)里，同時涵養(yǎng)地下水，補(bǔ)充地下水的不足，還能通過土壤凈化水質(zhì)，改善城市微氣候。而滲透雨水的方法多樣，主要是改變各種路面、地面鋪裝材料，采用透水鋪裝。因此，改進(jìn)路面材料，推廣透水材料路面材料是海綿城市建設(shè)主要抓手。

2 透水材料的定義

透水性材料一般是指能夠使雨水通過，直接滲入路基的材料，具有使水還原于地下的性能，共同特點(diǎn)是降水可以通過其本身與基層相通的滲水路徑滲入下部土壤。

3 透水路面相比傳統(tǒng)路面的優(yōu)勢

3.1 傳統(tǒng)路面主要存在的不足

現(xiàn)代城市化的重要特征之一，即原有的天然植被不斷被建筑物和非透水性硬化地面取代，從而改變自然土壤及下墊層的天然可滲透性，打破了大自然中水與氣的平衡，由此產(chǎn)生了許多負(fù)面影響。主要體現(xiàn)在：

（1）硬化地面使雨水從地面流失或蒸發(fā)掉，阻礙了降水直接補(bǔ)給地下水的途徑，造成城市地下水位下降，也影響地表植物生長。

（2）硬化地面難以與空氣進(jìn)行熱交流、水分交換，對空氣的濕度、溫度調(diào)節(jié)都不足。加上高反射率，在大量吸收、儲存太陽輻射熱之后，又將其釋放出來，形成我們常說的“熱島效應(yīng)”。

（3）硬化地面嚴(yán)重破壞城市地表土壤的動植物生存環(huán)境，改變大自然原有生態(tài)平衡。

（4）暴雨季節(jié)，雨量過度造成硬化地面積水、內(nèi)澇，影響人車出行，甚至造成交通隱患。而我國城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展滯后，使得暴雨時節(jié)城市排水設(shè)施無法有效滿足排水及防洪需求。雨水即使順利通過地下水設(shè)施流入河流，也將路面污染物隨之注入河流，造成二次污染。

（5）硬化路面車輛行駛時噪音較大，雨天易形成積水飛濺，平時容易形成揚(yáng)塵，對人的危害很大。

3.2 透水路面的優(yōu)點(diǎn)

（1）使雨水迅速滲透地下，還原成地下水，保持土壤濕度。

（2）有效調(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度，改善城市熱循環(huán)、反向蒸騰、有效降溫3～5 ℃，緩解城市熱島效應(yīng)。

（3）有效解決汛期的城市內(nèi)澇，河流泛濫和水體污染，減輕城市排水設(shè)施的負(fù)擔(dān)。

（4）防止路面積水、夜間不反光，增加道路安全性和通行舒適性，雨天路面無積水避免輪胎與路面的水膜形成，縮短剎車距離提高行車安全性。

（5）色彩豐富，可鋪設(shè)出格調(diào)高雅的城市景觀道路。

4 主要透水材料分析

根據(jù)近年來的不斷研究，現(xiàn)有的透水材料主要可以分為：普通透水材料、透水瀝青混合料、透水混凝土、透水磚、透水塑膠等。其中工程項(xiàng)目中運(yùn)用最廣泛的材料為：透水瀝青、透水混凝土和透水磚。

4.1 普通透水材料

普通透水材料為普通碎石經(jīng)專業(yè)機(jī)械壓制而成的多孔混凝土，通常造價較低，屬于較為早期的一般化透水材料，用于一般區(qū)域的人行廣場、步道及園路等。

4.2 透水瀝青

透水瀝青是指脫色瀝青與其他顏色涂料、添加劑、石料等材料在一定的溫度下混合攪拌而成，最后制作而成的不同顏色的瀝青混合料，然后進(jìn)行攤鋪和碾壓，形成具有一定強(qiáng)度和路用性能的彩色瀝青混凝土路面。他是一種典型的骨架-空隙結(jié)構(gòu)，粗集料所占比重較大，約占集料總質(zhì)量80 %～85 %的運(yùn)用，通常要求透水瀝青路面的孔隙率為15 %～25 %，具有抗滑、排水、降噪等功能。透水瀝青也滿足車行道路要求，所以適用于行車道、公交車專用道、路口、高速公路服務(wù)區(qū)等重載交通路面。

4.2.1 主要優(yōu)點(diǎn)

（1）透水性：透水速率：不小于0.1 ml/min·cm3。

（2）抗壓強(qiáng)度較高，經(jīng)國家檢測機(jī)關(guān)鑒定，透水混凝土的承載力能夠達(dá)到C20～C25混凝土的承載標(biāo)準(zhǔn)。

（3）防滑性能好。防滑性BPN=50～60。

（4）耐磨性能好，磨坑長度不大于35 mm。

（5）色彩豐富，可定制。

4.2.2 主要缺點(diǎn)

（1）耐高溫性差，夏天爆曬下易軟化，會揮發(fā)難聞氣味。

（2）耐久性較差。顏色容易掉色，一般是使用5年以后顏色就會逐漸淡化。

（3）透水瀝青由于要求長期的透水，其結(jié)構(gòu)面積材料需要大面積接觸雨水，因此透水瀝青面層混合料對瀝青膠黏劑的要求很高，否則長期的雨水浸泡容易出現(xiàn)脫膠的現(xiàn)象。

4.3 透水混凝土

透水混凝土又稱多孔混凝土，無砂混凝土。是由骨料、水泥、增強(qiáng)劑、和水拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，他不含細(xì)骨料。透水混凝土由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)， 故具有透氣、透水和重量輕的特點(diǎn)。透水水泥混凝土分為面層和基層。面層采用細(xì)骨料，厚度在3～5 cm，添加環(huán)氧樹脂膠黏固，完成面刷深層滲透反應(yīng)型耐磨強(qiáng)固劑，可添加不同調(diào)色劑;基層采用粗骨料，厚度在7～10 cm，粗骨料基層可形成較大的透水空隙，滿足主要滲入功能。

4.3.1 主要優(yōu)點(diǎn)

（1）透水性：透水速率：0.5～0.86 ml/min·cm3。

（2）抗壓強(qiáng)度較高，經(jīng)國家檢測機(jī)關(guān)鑒定，透水混凝土的承載力能夠達(dá)到C20～C25混凝土的承載標(biāo)準(zhǔn)。

（3）防滑性能好。防滑性BPN=50～60。

（4）耐磨性能好，磨坑長度不大于35mm。

（5）抗凍融性能好。夏熱冬冷地區(qū)凍融循環(huán)25次，強(qiáng)度損失率不大于20 %。

（6）裝飾效果：透水混凝土擁有色彩優(yōu)化配比方案，能夠配合設(shè)計(jì)師獨(dú)特創(chuàng)意，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境和個性所要求的裝飾風(fēng)格。

（7）高散熱性：材料的密度本身較低（15 %～25 %的空隙）降低了熱儲存的能力，獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)使得較低的地下溫度傳入地面從而降低整個鋪裝地面的溫度，這些特點(diǎn)使透水鋪裝系統(tǒng)在吸熱和儲熱功能方面接近于自然植被所覆的地面。

4.3.2 主要缺點(diǎn)

（1）初期造價比普通混凝土高2～4倍，但是經(jīng)過長期的發(fā)展和研究，價格也在降低，預(yù)計(jì)比普通混凝土貴20～50元/m2。

（2）耐久性較差。顏色容易掉色，一般是使用5年以后顏色就會逐漸淡化。

（3）使用過程中空隙容易被堵塞，從而對其透水性造成一定影響，需要用高壓水槍沖洗。

（4）由于采用開級配混合料，抗疲勞強(qiáng)度較低。

4.4 透水磚

工程中應(yīng)用較多的透水磚主要有2種：硅砂透水磚及陶瓷型透水磚。兩者存在較大區(qū)別。硅砂透水磚采用粒徑相近的砂、石用膠凝材料膠結(jié)，壓制成磚坯，表面細(xì)膩均勻;陶瓷型透水磚將相近粒徑的陶瓷碎片顆粒壓制后，通過高溫高壓燒結(jié)形成磚體，抗壓強(qiáng)度高。

4.4.1 陶瓷透水磚

采用礦渣廢料和陶瓷廢料為原料，經(jīng)二次布料，一次成型，燒成溫度1 200 ℃以上，燒成時間8～12 h。

主要優(yōu)點(diǎn)

（1）透水性：透水速率：不小于1.0 ml/min·cm3。

（2）保水率：不小于0.02 g/cm3。

（3）抗壓強(qiáng)度較高，通常不小于35 MPa。抗折強(qiáng)度不小于3.5 MPa。

（4）防滑性能好。防滑性BPN=60～85。

（5）耐磨性能好，磨坑長度不小于35 mm。

（6）抗凍融性能好。夏熱冬冷地區(qū)凍融循環(huán)25次，單塊質(zhì)量損失率不大于5 %，強(qiáng)度損失率不大于20 %。

（7）良好的生態(tài)環(huán)保性能。可采用陶瓷廢料、下水道污泥顆粒、廢耐材、過火矸等工業(yè)廢料生產(chǎn)，而且可重復(fù)利用。破碎后可再次燒制成磚。

（8）可改善城市微氣候、阻滯城市洪水的形成。陶瓷透水磚的孔隙率在20 %～30 %，本身有良好的蓄水能力，在夏天，雨后水吸滿滲透入地，滋養(yǎng)地氣、涵養(yǎng)水源、對樹木和花草提供水分;在陽光強(qiáng)烈時，水分蒸發(fā)可降低地表溫度，改善微氣候。

（9）色彩豐富，可定制。

4.4.2 沙基透水磚

是以硅砂為主要骨料或面層骨料，以有機(jī)粘結(jié)劑為主要粘結(jié)材料，經(jīng)免燒結(jié)成型工藝后制成，具有透水功能的路面磚。目前透水砂基磚的現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為JG/T376-2012《砂基透水磚》。

4.4.2.1 主要優(yōu)點(diǎn)

（1）傳統(tǒng)透水磚靠內(nèi)部大空隙透水，使用時間長后容易堵塞。砂基透水磚內(nèi)部為微空隙結(jié)構(gòu)，不容易堵塞。透水依靠改變沙子表面特性，同時也改變水的表面張力，達(dá)到快速透水。

（2）透水性：透水速率：不小于1.5 ml/min·cm3。

（3）保水率：不小于0.06 g/cm3。

（4）抗壓強(qiáng)度較高，通常不小于30 MPa?？拐蹚?qiáng)度不小于3.5 MPa。

（5）防滑性能好。防滑性BPN不小于70。

（6）耐磨性能好，磨坑長度不大于35 mm。

（7）抗凍融性能好。凍融循環(huán)25次后，強(qiáng)度損失率不大于20 %。

4.4.2.2 主要缺點(diǎn)

（1）表面容易泛堿：當(dāng)透水地坪繼續(xù)硬化干燥時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部含氫氧化鈣濃度較高的游離水就會逐漸沿透水磚毛細(xì)孔或微裂縫向表面滲出，帶出的氫氧化鈣迅速地吸收空氣中的二氧化碳，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不易溶解于水的白色碳酸鈣，水分蒸發(fā)后殘留在透水地坪表面形成堿白。

（2）透水時效因磚而異，空隙容易儲存臟污，當(dāng)臟污累積到一定程度時會堵塞表面，嚴(yán)重降低透水性。

4.5 透水塑膠

塑膠常用于運(yùn)動場地，表面材料本均有良好的透水性，基層材料常采用不透水材料，導(dǎo)致面層塑膠材料在降雨后將長時間浸泡雨水中，不但場地?zé)o法快速干燥，同時面層材料也容易浸泡后損壞。因此透水塑膠主要是對普通塑膠場地的基層材料進(jìn)行改良。透水塑膠主要用于慢行騎車道或兒童活動場地，面層材料往往選用本具有良好透水性的EPDF顆粒，厚度10～15 mm，基層采用粗料透水混凝土，厚度根據(jù)不同地區(qū)地質(zhì)條件而定。透水塑膠的應(yīng)用，可使塑膠場地快速干燥并得以使用，同時也大大增加了場地的耐久性。

5 透水材料目前存在的問題

目前透水材料的種類繁多，各種質(zhì)量參差不齊，總體上來講目前透水鋪裝還存在一些亟待解決的問題，歸納為5點(diǎn)：

（1）造價普遍比傳統(tǒng)材料高，此因素造成了目前透水材料產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊和推廣困難。

（2）彩色透水材料耐久性差。一般使用5年以后顏色就會逐漸淡化。

（3）透水材料一般是靠內(nèi)部孔隙進(jìn)行透水，所以透水材料表面呈顆粒狀，不夠平滑，容易儲存臟污，當(dāng)臟污累積到一定程度時會堵塞表面，從而對其透水性造成巨大的影響，需要定期用高壓水槍沖洗。但是目前國內(nèi)的透水鋪裝的維護(hù)保養(yǎng)幾乎全無，導(dǎo)致孔隙堵塞問題無法解決，大大減少了透水鋪裝的使用年限。

（4）透水鋪裝墊層的透水性、水穩(wěn)性和無污染問題;透水鋪裝墊層下面土壤的透水性問題。目前，大多數(shù)城市都增設(shè)了透水鋪裝，特別是城市道路邊人行道的透水鋪裝隨處可見，但鋪裝墊層及墊層下面土壤的透水性如何并不清楚，很多鋪裝墊層用水泥硬化，跟做透水鋪裝的目的相背離。

（5）國內(nèi)目前透水性鋪裝的施工質(zhì)量不容樂觀，很多名為透水性鋪裝實(shí)際并不透水或透水性很差。究其原因，一方面是施工單位對于透水性鋪裝的特殊要求缺乏足夠的了解;另一方面是我國目前還沒有制定出相關(guān)的透水性鋪裝施工驗(yàn)收規(guī)范，現(xiàn)行的地面鋪裝施工驗(yàn)收規(guī)范中很多內(nèi)容不適合透水性鋪裝的特殊要求。

6 結(jié)論

透水鋪裝是使硬化土壤實(shí)現(xiàn)海綿功能的重要手段。所有道路平臺的鋪裝理想狀態(tài)應(yīng)該是透水透氣、不污染土壤，可以截留雨水并且不影響植物根系的呼吸，還可以為地面降溫。隨著我國海綿城市建設(shè)的進(jìn)程，國家節(jié)能減排政策的進(jìn)一步推進(jìn)，透水材料在未來10～20年內(nèi)具有廣闊的前景。通過本文前述對各種透水材料的分析，可以得出結(jié)論：

（1）不透水路面已經(jīng)無法滿足目前城市建設(shè)的發(fā)展理念，不利于解決城市內(nèi)澇和熱島效應(yīng)等問題。而透水路面則可以彌補(bǔ)前者的不足之處，符合國家生態(tài)文明指導(dǎo)下的工程建設(shè)理念。

（2）目前我國對透水鋪裝的材料、施工、養(yǎng)護(hù)、驗(yàn)收等方面的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范均還存在較大的不足和空白，可通過創(chuàng)新、引進(jìn)吸收再創(chuàng)造的方式，并結(jié)合我國的實(shí)際情況，形成一套適合我國的透水鋪裝的理論和體系。

參考文獻(xiàn)

[1] 國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見：國辦發(fā)〔2015〕75號[S].

[2] 四川省人民政府辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的實(shí)施意見。川辦發(fā)〔2016〕6號[S].

[3] 胡燦偉。彩色透水整體路面對海綿城市建設(shè)的必要性[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2015（7）： 10-13.

[4] 張棟，齊敏.透水磚的優(yōu)勢及市場前景分析[J].磚瓦，2014（1）： 38-40.