海綿城市理念下的城市透水性鋪裝技術探索

陸繼斌 李平菊

海綿城市理念下的城市透水性鋪裝技術探索

陸繼斌 李平菊

城市化的快速發展，在推動我國經濟、社會全面轉型的同時，也帶來了一系列生態問題。而透水性鋪裝技術正是基于現代海綿城市發展建設理念，在低影響開發雨水系統分支下產生的一種新型的水資源控制和調節技術。其不僅能夠對城市水環境資源進行科學調控，而且能夠促進大氣降水按照既定的水文交互機制進行自我凈化及滲流和儲存。對此，本文將重點針對海綿城市理念指導下的城市透水性鋪裝開展的相關內容進行分析。

一、海綿城市理念指導下城市透水性鋪裝技術實施的背景

城市生態功能充分發揮的重要基礎就是城市下墊面。在城市未被充分開發前，城市下墊面的水源涵養及水流滲透性能力較強。因此，在大氣循環及植物的調蓄作用下，城市地下水與地表水徑流能夠得到充分交互與循環。所以，長期以來，城市雨水能夠被地表土壤、植物吸收及自我滲透和蒸發，只有少量降雨以地表徑流的形式，向城市洼地及濕地等區域輸送，最終形成完整的城市水生態循環系統。

但是，在當前城市化迅速發展過程中，城市的構筑物和和地表植被被硬化鋪裝代替，由此使天然可滲透的地表變為瀝青及混凝土和磚石等非滲透性材料。據相關數據統計，當前世界各國不同城市不透水材料的平均鋪裝面積已達50%以上，而在國內的北京及廣州和上海等一線城市，不透水材料鋪裝面積已高達70%左右。城市不透水材料實際鋪裝面積不斷增多，使地表徑流系數不斷增大。隨著城市不透水路面增多，地表徑流也會顯著增加。當城市有強降雨時，由于城市地表不透水。因此，在下墊面影響下，就會使地表的峰現時間和增高洪峰時間提前，由此導致城市地表-地下排水管網流量超負。在此種情形下，就會引發嚴重的城市內澇現象。正是基于此背景，本文將重點探討海綿城市理念指導下城市透水性鋪裝技術實施的相關內容。

二、海綿城市理念指導下城市透水性鋪裝技術實施方案

海綿城市理念下城市透水性鋪裝技術的實施，主要結合城市道路路面進行承載力設計和水文設計：

結合城市降雨和交通及氣候、水文、土壤等條件，確定設計實施目標體系；展開方案設計，確定鋪裝材料厚度及孔隙度；徑流量控制率核實；進一步確定實施方案；驗算鋪裝材料負荷承載力；最終確定方案并展開鋪裝實施。

三、海綿城市理念指導下城市透水性鋪裝技術材料選擇

當前我國海綿城市建設過程中，主要采用三種不同材料作為透水性鋪裝技術實施的材料。一種是包括混凝土透水路面磚及陶瓷透水路面磚和自然砂透水路面磚等材料在內的透水性路面磚。

其主要通過磚體本身的孔隙及面層鋪砌材料的間隙等進行透水。這類材料按照技術工藝又可分為陶瓷和非陶瓷兩類透水磚，其不僅場地適應力強，且施工便捷，成本低廉，但結構平整度不好，縫隙多，重力負荷承載力不強。在施工時，可能會出現結構隆起及松動和破損等情況。因此，可采用石灰石及水泥砂漿和混凝土進行墊層加固，然后再對面層進行鋪砌。

傳統的城市透水性瀝青混合鋪裝材料主要由嵌擠及密實兩種結構組成。其結構孔隙度一般在4%～6%之間，這種材料結構力學性能強，耐久穩定。但透水性不好；而在海綿城市建設中，透水性瀝青混合鋪裝材料主要通過面層材料本身的孔隙及墊層和基層進行透水，結構屬于骨架-孔隙型。在材料配和時，主要采用大粒徑、大比例的粗集料進行配合。通過對礦粉填料及細集料進行嚴格控制，最終可使其透水率高達25%左右。因此，這種材料整體透水性強，結構負荷承載力好，尤其是結構平整美觀，符合現代海綿城市建設要求。

除此之外，還有一種常用的鋪裝材料是由水以及水泥和集料，甚至其它相關增強性材料組成的透水磚等。這類材料主要通過骨料顆粒間可透水的較大間隙進行透水，材料主要由骨架-孔隙型級配的集料與少量細集料、膠結材料和增強材料混合配置而成。因此，材料透水性好，具有拱架結構的優勢。其優點是制作成本低廉，施工方便，可采用機械設備進行規模化作業。但是，因其孔隙度較大，使此種材料整體結構耐久性和穩定性大大降低。

四、海綿城市理念指導下城市透水性鋪裝技術的功能優勢

所謂透水性鋪裝，主要是指采用具有良好透水性和具有一定孔隙的材料，對城市地面進行鋪設，從而使雨水進入鋪裝面層結構深處。在此技術實施基礎上，使城市地表水流能夠通過儲水能力較強的基層下滲到土基內部，從而形成良好的地下水-地表水循環交互作用機制，以此使城市大氣降水順利下滲入地下，并對地下水環境起到良好的凈化作用，城市地面透水性鋪裝循環機理如下：

通過在城市地面鋪裝透水性材料，從而形成良好的水循環交互體系，保證城市在雨天情況下，路面不積水，且確保路面雨水能夠及時排走。當城市在晴天情況下，地表地氣上升，從而有效緩解了城市的“熱島效應”。但是，城市化發展過程中，現代城市建設的基本要求是整潔和美觀、大方。經過水泥混凝土硬化的道路整齊美觀，且堅固耐久，但這種人為的改造和建設方式，從根本上阻礙和制約了城市原始的自然水循環過程。因此，對城市整體的生態環境造成了嚴重影響。隨著海綿城市的建設及城市透水性鋪裝技術的實施，其在我國現代城市建設、發展中起到了積極作用，具體表現如下：

首先，城市透水性鋪裝技術的實施有效對地表徑流起到了良好的削減作用。

由于透水性鋪裝材料具有自然環境中土壤對水分和地表徑流的吸附與儲存功能。因此，在透水性鋪裝材料的作用下，其能夠通過自身孔隙，將城市大氣降水等地表徑流下滲和存儲到城市土壤及地下路基中，從而將城市地表徑流和洪峰削減比率分別控制在30%～80%之間和7%～70%之間。同時，也有效解決了城市地表嚴重的積水問題，使城市地下-地表管網泄洪壓力大大下降。在此技術基礎上，使地下水循環系統的蓄水調節能力提高，加快了地下水與地表水之間的交互。

再者，城市透水鋪裝技術的實施，有效對地下徑流起到了良好的凈化、調節作用。

經過硬化的城市路面中的地表徑流，含有大量油污及大氣懸浮顆粒物和清潔性溶劑，甚至還有大量車輛排放的廢氣及廢渣等污染物質。這類污染性物質與地表水融合，使城市地表徑流水質降為劣V類水，一旦有降雨，其將會通過城市道路排水管網直接進入城市公共區域，最終造成嚴重污染。而通過采用透水性鋪裝技術進行處理，能夠將此類污染物下滲到城市墊層土壤中，使城市土層結構與基層結構具有良好的自然凈化與過濾功能。

其次，城市透水鋪裝技術的實施，得益于透水性鋪裝材料的良好循環交互機理，其能夠將城市地表大量懸浮顆粒及固體污染物降解，從而使城市地表徑流得到凈化，最終使城市地下水環境中的水質不斷提高。

除此之外，由于透水性鋪裝材料具有良好的孔隙度和水資源存儲能力。因此，海綿城市理念指導下的透水性鋪裝技術的實施，其還能夠加快城市地下熱量與地表及地下水分的交換和循環，從而對城市氣候及“熱島效應”起到良好的調節作用。實踐證明，采用透水性鋪裝材料對城市地面進行改造，能夠將城市地面溫度降低約3°～5°，由此有效避免了現代城市干熱及熱島效應等不良現象出現。

五、結語

綜上所述，城鎮化過程中對土地資源高強度開發，使城市地下水環境生態系統發生了巨大變化，最突出的就是城市地面硬化面積越來越大，下墊面的水循環交互機理和機制受到影響。因此，致使城市水文資源調蓄能力大大下降。正是在此背景下，海綿城市建設理念和透水性鋪裝技術產生并得到應用推廣。透水性鋪裝是應對當前我國城鎮化迅速擴張中水環境問題的一種新理念，其有效解決了城市水資源匱乏及洪澇災害頻發等生態問題，成為推動城市化快速發展及海綿城市建設的重要基礎。

（作者單位：陸繼斌，濮陽市市政工程公司；李平菊，濮陽市市容環境衛生管理處）