路面透水性鋪裝材料在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用研究

祝東昇ZHU Dong-sheng；姚陽YAO Yang

（重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

1 海綿城市的概念

海綿城市是我國城市建設(shè)的一個(gè)新概念，旨在提高城市排水處理系統(tǒng)的效率，在處理雨水的過程中，優(yōu)先考慮把雨水留下來，利用自然的力量和資源，將雨水運(yùn)用于人們?nèi)粘Ｉ钪?，建設(shè)具有自然存積、自然滲透、自然凈化的城市。

1.1 我國海綿城市發(fā)展歷程

2013 年之前，我國部分地區(qū)開始進(jìn)行“海綿城市”項(xiàng)目初步嘗試。此前，海綿城市的概念還沒有被廣泛接受，人們無法理解海綿城市將會(huì)對(duì)城市建設(shè)帶來怎樣的好處。2014 年起中央部委牽頭完成兩批海綿城市試點(diǎn)城市的建設(shè)，積累了大量的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)國家住建部要求，2020年前，全國城市建成區(qū)完成海綿城市建設(shè)面積不小于20%，2030 年時(shí)該建設(shè)比例不小于80%。

1.2 海綿城市建設(shè)意義

近年來，我國城市運(yùn)作和居民的日常生活被暴雨引發(fā)的城市內(nèi)澇影響的問題日益增多，這不僅對(duì)城市造成巨大損失，而且引起人們對(duì)城市排水系統(tǒng)建設(shè)和積水久積不下問題的關(guān)注。除采用城市地下管網(wǎng)進(jìn)行排水、城市防洪系統(tǒng)等人工干預(yù)排水方法外，還提出了利用自然力進(jìn)行自然存積、自然滲流等排水防洪策略。海綿城市這一新型概念應(yīng)運(yùn)而生，生態(tài)方法與人工手段相互結(jié)合，可最大限度地解決城市暴雨后內(nèi)澇問題，為緩解城市內(nèi)澇提供了新思路。

2 透水性材料概述

透水性路面鋪裝材料是一種對(duì)材料表層進(jìn)行改良后的新型產(chǎn)品，利用水分子的滲透特性，使?jié)B透進(jìn)材料內(nèi)部的水分子積聚并最終匯入地面土壤層。按照使用的功能不同，可分為透水磚、透水性混凝土材料、自然型透水材料和新型透水材料四類。

2.1 透水性材料種類

2.1.1 透水性混凝土

透水性混凝土也稱為多孔混凝土，是由碎石骨料、水泥漿、透水混凝土專用強(qiáng)化劑和水共同攪拌制成的多孔輕質(zhì)混凝土材料。為了以粉末標(biāo)記的方式均勻分布的瓦片結(jié)構(gòu)，具有透氣性，水透光。它是一種穩(wěn)定的路面鋪裝材料，具有很強(qiáng)的透水性，能在下雨時(shí)吸收雨水，讓雨水滲入地表，通過對(duì)地下水資源的滲透和補(bǔ)充，使地下水位保持穩(wěn)定，具有美觀、耐寒、耐磨、散熱方便、維護(hù)方便等特點(diǎn)。如圖1、圖2 所示。

圖1 透水性混凝土圖

圖2 透水性混凝土圖

2.1.2 透水磚

荷蘭人為解決海上城市建設(shè)中因路面干燥引發(fā)的沉降問題而發(fā)明了透水磚。故也稱為滲水磚、荷蘭磚等，是滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的綠色材料，利用高壓將水泥、砂、礦渣等環(huán)保型原料一次性壓制成上下均勻且不分層的整磚，不能分層壓制與高溫?zé)啤？煞譃榛闲秃头腔闲蛢煞N，如圖3、圖4 所示。

圖3 透水磚圖

圖4 透水磚圖

2.1.3 自然型透水材料

在古代城市的建設(shè)中，天然材料主要用于硬質(zhì)路面鋪裝，如碎石、條石等，由于木材的易得性，大量路面鋪裝以木材嵌草式透水鋪裝為主，發(fā)展至今，雖被各種新型材料代替，但其透水特性沒有改變。如今常用的自然透水鋪裝材料以嵌草磚、防腐木、卵石鋪裝為主，如圖5、圖6 所示。

圖5 嵌草磚圖

圖6 卵石鋪裝圖

2.1.4 新型透水材料

新型透水性材料是在大量建筑材料廢棄物中使用再生骨料，水泥和部分外加劑加以合成而得到。不僅對(duì)城市化過程中所產(chǎn)生的建筑廢料進(jìn)行了回收，也對(duì)減少環(huán)境污染起到了重要作用。這種新型透水鋪裝材料雖有大孔徑和高吸水的特點(diǎn)，然而它們的剛性和承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)其他材料，不能適用于重型車輛通過的路段。

2.2 透水性材料作用

2.2.1 保持地下水的正常循環(huán)

路面透水性鋪裝內(nèi)部是孔隙結(jié)構(gòu)，通過孔隙，水和氣體能夠相互流動(dòng)，上層空氣和下層土壤之間也能通過孔隙進(jìn)行“呼吸”，保證了地下水的正常循環(huán)，對(duì)之前硬質(zhì)鋪裝帶來的弊端起到了極大的改善作用，并且透水性鋪裝材料在滿足居民日?；顒?dòng)這一功能上與普通鋪裝材料是保持一致的。

2.2.2 解決城市內(nèi)澇問題

近年來，城市內(nèi)澇問題日益增多。這與城市中大量不透水的硬質(zhì)鋪裝材料使用密切相關(guān)。在城市地區(qū)的不透水路面上，雨水無法直接滲透進(jìn)地下，大多利用位于地面的排水管網(wǎng)將積留于路面的雨水排入地下，加上我國早期城市規(guī)劃不完善，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后于城市快速發(fā)展速度，導(dǎo)致城市每每在暴雨過后，總是存在內(nèi)澇問題。

2.2.3 減少噪聲污染

噪聲污染已成為城市污染的一個(gè)重要問題。城市車來人往，周圍都是高大的建筑物，噪聲通過建筑物反射形成疊加，加劇了城市噪聲對(duì)人們的困擾。透水性地面鋪裝中特有的孔隙結(jié)構(gòu)能夠很好的吸收傳播中的噪聲，在一定程度上減輕噪聲污染給城市居民帶來的困擾。

3 透水性材料在海綿城市鋪裝設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)和不足

透水性鋪裝材料在雨水處理和小氣候調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著重要作用。使用透水性鋪裝材料，結(jié)合人工干預(yù)和自然干預(yù)的手段共同解決城市內(nèi)澇問題，但透水性材料在有些方面仍需改進(jìn)。

3.1 透水性材料的優(yōu)勢(shì)

在海綿城市中，透水性材料主要是透水磚和透水混凝土組成。透水性材料的使用對(duì)海綿城市設(shè)計(jì)有極其重要的作用：

①減少城市內(nèi)澇現(xiàn)象，城市大多直接使用硬質(zhì)材料進(jìn)行地面鋪裝，在大雨情況下，可能導(dǎo)致城市淹沒和嚴(yán)重水災(zāi)。透水磚以其強(qiáng)度高，滲透率好的特點(diǎn)，可以收集雨水并將雨水滲進(jìn)土壤，從而大大緩解硬化地面中的雨水聚集和漫流現(xiàn)象。

②透水磚可以在很大程度上收集和儲(chǔ)存雨水，然后將雨水用于城市綠化的灌溉方面，達(dá)到循環(huán)雨水的作用，節(jié)約水資源。

③改善城市小氣候，緩解城市熱島效應(yīng)，由于城市玻璃面積大，人工熱源增多，綠地減少，導(dǎo)致城市高溫。透水性材料對(duì)城市的熱效應(yīng)調(diào)節(jié)作用與海洋類似，由于其良好的透水性，在浸水過程中具有較強(qiáng)的控制能力。當(dāng)室內(nèi)溫度較高時(shí)，其中吸收的豐富水分通過自然蒸發(fā)和蒸騰作用調(diào)節(jié)表面溫度，減弱城市熱島效應(yīng)。

④降低城市噪聲，雨落在透水材料上，聲音在材料孔隙中運(yùn)動(dòng)，通過摩擦、撞擊轉(zhuǎn)化成熱能，從而達(dá)到降低了雨水的噪聲的目的。

3.2 透水性材料的不足

透水性材料在調(diào)節(jié)小氣候，緩解城市熱島效應(yīng)、合理利用水資源、降低城市噪音、緩解城市積水問題等方面具重要作用。但在海綿城市建設(shè)仍存在許多缺陷：

①透水磚磚體對(duì)外界環(huán)境有所要求。透水磚鋪貼地面一般采用預(yù)制拼裝技藝，較差的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致透水磚磚體很容易產(chǎn)生破碎、凹陷、斷裂等情況，修補(bǔ)起來非常困難，二次鋪貼補(bǔ)損的耗時(shí)、耗工都會(huì)投入很多。

②透水磚的透水性在使用一年后大大降低，幅度約為50%。

③透水磚不適合大面試使用，由于其預(yù)制拼裝施工工藝，導(dǎo)致小面積拼裝部分會(huì)出現(xiàn)不勻稱、易堵塞、不易清理等現(xiàn)象。

④透水性混凝土需要一次澆筑成型，適用于大面積地面，雖然其透水性能好、使用率高，但維護(hù)周期長，不適用于面積小的場(chǎng)所。

4 海綿城市中透水性材料的應(yīng)用

海綿城市建設(shè)過程中，采用具備良好透水性能的透水性材料，能夠起到節(jié)省材料，降低成本，提高技術(shù)應(yīng)用的效果，達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境相互和諧，構(gòu)建起更加良好生態(tài)的系統(tǒng)，提高建設(shè)項(xiàng)目的施工水平。

①透水鋪裝作為路面鋪裝的一種，如何與時(shí)俱進(jìn)，順應(yīng)當(dāng)下時(shí)代發(fā)展，滿足當(dāng)下審美眼光是其需要考慮的新問題?？紤]當(dāng)?shù)靥厣?，結(jié)合鋪裝地點(diǎn)周圍環(huán)境特點(diǎn)，尺寸和材料質(zhì)感之間的關(guān)系，體現(xiàn)在鋪裝中，還可以改善游人空間的感官體驗(yàn)。

②海綿城市建設(shè)中透水性材料的選擇與各地施工條件的協(xié)調(diào)十分重要。透水性材料的使用往往需要因地制宜，土質(zhì)條件、地下水結(jié)構(gòu)、濕度、氣候、地區(qū)降雨量等因素都對(duì)施工結(jié)構(gòu)有所影響。

③根據(jù)不同地區(qū)建筑業(yè)的實(shí)際狀況，在利用透水性材料建造海綿城市的同時(shí)，建立起一套較為完善的透水材料應(yīng)用機(jī)制。這能更好地提高海綿城市中收集和處理雨水的利用率，對(duì)于解決城市內(nèi)澇與缺水問題具有重要意義。

④透水材料應(yīng)用后，可以改善傳統(tǒng)雨水收集方式，通過材料孔隙結(jié)構(gòu)，減輕噪音問題，增強(qiáng)吸熱效果，緩解城市熱島效應(yīng)，降低城市整體溫度。有利于整體結(jié)構(gòu)的改善，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力，更創(chuàng)造了良好的外觀。這對(duì)加快海綿城市的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，新理念、新模式、新技術(shù)的共同發(fā)展下，形成科學(xué)的管控機(jī)制，以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)發(fā)展的需要。

5 結(jié)論

國內(nèi)研究起步較晚，對(duì)透水性材料仍處于研究和改良階段，然而，透水性材料的發(fā)展與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相對(duì)應(yīng)，也符合生態(tài)學(xué)和美學(xué)發(fā)展的大趨勢(shì)，在發(fā)展過程中遵循著可持續(xù)發(fā)展的理念，目前對(duì)透水性材料的透水率、使用壽命和抗壓性方面正在進(jìn)行研究和開發(fā)。在未來，除了功能性研究外，還應(yīng)注意新型透水科技材料的注入，例如確保材料與環(huán)境相容性，促進(jìn)環(huán)境的改善和人們環(huán)境意識(shí)的提高，同時(shí)在注重透水性材料的結(jié)構(gòu)、顏色和功能的基礎(chǔ)上，采用生態(tài)和科技等多種拼接方法。只有這樣，透水材料的功能性、實(shí)用性和美觀性才能共存。

盡管目前看來透水性材料在某些方面存在著一定不足，但在其發(fā)展過程中一定會(huì)有相應(yīng)的解決辦法。長遠(yuǎn)來看，利用透水性材料建設(shè)“海綿城市”，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是切實(shí)可行的。