海綿城市中的人行道面層材料比選

章佳棟

（上海浦東新區規劃建筑設計有限公司，上海市 200127）

海綿城市中的人行道面層材料比選

章佳棟

（上海浦東新區規劃建筑設計有限公司，上海市 200127）

近年來，暴雨積澇已成為我國大部分地區城市化所面臨的關鍵課題。傳統城市道路存在的排水能力低效、雨水資源浪費等問題，已嚴重阻礙了城市的可持續發展。分析了我國傳統排水系統現狀，以上海現有人行道面層鋪磚材料為例，重點分析比較了同質磚、舒布洛克磚及鋼渣混凝土透水系統的特點及應用情況，闡述了在建設海綿城市的背景下，采用和推廣新材料、新技術的迫切性。

人行道材料，海綿城市，排水系統

1 概述

隨著社會經濟的不斷發展，我國推進城市化的步伐正在不斷加大。城市化的進程不僅帶來了社會的高速發展，也帶來了嚴重的城市內澇災害。“2012年7月21日發生在北京市因遭遇特大暴雨，導致多處被淹，經濟損失百億元”[1]，“2013年7月19日發生在云南省昆明市因遭受強降雨而造成內澇現象”[2]，“2015年6月15日發生在上海市因遭遇特大暴雨，導致多處被淹”[3]。近年來城市內澇案例數量之多令人咋舌。防治積澇災害已成為我國城市化進程中不可避免的課題。

造成現代城市內澇災害的主要原因有兩方面：自然方面和人為方面。從自然方面來說，近年來，全球氣候變暖，厄爾尼諾現象嚴重，南北方降雨不均衡，導致城市出現內澇；從人為因素來講，城市建筑面積以及硬化地面面積過大，植物覆蓋率過小，傳統的排水管道已無法滿足現代城市對吸水和存水能力的要求，是城市內澇的主要原因。在我國，更多的城市在發展過程中往往忽略了環境的承載能力，致使延續了十幾年甚至幾十年、上百年及以上的生態平衡被打破，造成了更加嚴重的、復雜的生態型內澇。

目前，各城市針對內澇災害所采取的措施主要有加大管徑、增建蓄水池、增加綠化面積、修建泵站等。傳統工程建設需要占用大量的城市空間，同時地下工程還不利于養護，廢棄后又容易造成對環境的二次污染，而加大綠化面積又限制了城市用地，加劇了城市用地緊張等問題。

為此，部署加快雨水蓄排順暢、合理利用的海綿城市建設，有效推進新型城鎮化，成為我國城市發展的主流方向。

2 我國傳統排水系統現狀

傳統城市排水的一個主要的場所在城市道路。一般的城市道路以道路橫坡及縱坡排放路面水至雨水口，再通過雨水管匯集至水體。這種排水方法及思想隨著城市的發展已嚴重滯后，隨之而來的問題也日益凸顯。主要存在以下幾個方面因素。

（1）排水壓力大

隨著現代化城市的快速發展，硬化道路的覆蓋面積日益擴大，自然路面的面積隨之減少，城市道路極小的透水率加大了城市內澇發生的概率，也增大了城市排水系統的壓力。

（2）嚴重污染

城市道路路面水中含有多種污染物及垃圾，諸如汽車油污、城市垃圾、路面砂礫等。這些污染物及垃圾隨著雨水徑流一同排放至水體，是造成水體污染的重要因素。

（3）水資源流失

中國目前16個省（市、區）人均水資源量低于嚴重缺水線，有6個省、區人均水資源量低于500 m3[4]。中國的雨水資源較為豐富，但是有八成以上的雨水資源被白白浪費，沒有有效利用。

（4）環境破壞

人類生存范圍的擴大，不可避免地對自然環境產生破壞，如植被破壞、城市熱島效應、噪聲污染等，對城市居民的生活造成不小的影響。

綜上所述，傳統的城市道路排水系統已經無法滿足當今城市的排水需求，因此需要一種新型的設計思路和建設思想來改善排水問題。

3 上海在建設海綿城市中所采取的措施

上海具有地下水位高、土地利用率高、不透水面積比例高和土壤入滲率低的“三高一低”特點。推進海綿城市建設是建設綠色、生態、可持續發展的國際化大都市的重要舉措。目前，國家已明確：到2020年，城市建成區20%以上的面積達到海綿城市建設目標要求；到2030年，城市建成區80%以上的面積達到目標要求。

在實踐過程中，上海作為國際化的大都市，使用的新技術及新材料一直位于全國前列。下面以人行道面層砌塊為例，對其應用情況進行分析介紹。

（1）同質磚

同質磚人行道鋪裝適用于各類道路，其面層材料一般采用水泥混凝土預制塊。按其結構受力形式可分為連鎖型、非連鎖型；按其成品顏色可分為本色和彩色。水泥混凝土預制塊厚度不應小于60 mm；如用于有機動車輛通行的出入口，其厚度不應小于80 mm。其抗壓強度應大于等于30 MPa，其抗折強度應大于等于3.5 MPa。其面層直接承受行人或車輛（進出口坡）荷載，同時受自然因素的影響，應堅實、平整、抗滑、耐久。

整平層宜采用干拌水泥砂、砂（石屑）、水泥砂漿、水泥凈漿等，其原材料主要為砂、石屑和水泥，厚度宜取20～40 mm。整平層起調平或粘接作用。為確保鋪裝質量，在面層與基層之間設置整平層。

根據上海市《道路人行道設計和施工質量驗收規范》（DB31/T 436.2—2009），同質磚人行道基層一般采用C20～C30普通水泥混凝土的剛性基層。常用厚度為100～200 mm。基層主要承受行人或車輛的豎向荷載，并擴散至土基，基層應具有一定的強度和穩定性。

人行道墊層材料可采用未篩分碎石或13.2～19.0 mm碎石，以及符合路用性能要求的路面舊料和性能穩定的礦渣顆粒。墊層材料最大粒徑應小于等于37.5 mm，顆粒質硬無泥，壓碎值應小于等于40%。厚度一般取100～150 mm。墊層應有利于排水，改善水文條件，防止土壤對上層材料污染。

（2）舒布洛克磚

上海地區半透水性人行道面層一般采用舒布洛克透水磚。其主要材料同樣為預制水泥混凝土。其最為重要的兩個指標分別是抗壓強度和透水系數。抗壓強度是舒布洛克磚承載能力的保證，要求材料致密，空隙少；透水系數是指體現舒布洛克磚滲透能力的指標，要求材料具有一定的連通空隙。兩者相互矛盾又缺一不可。根據透水磚行業標準，舒布洛克磚的抗壓強度等級一般大于等于30 MPa，透水系數大于等于0.01 cm/s，其抗折強度很高，能適應基礎不均勻沉陷。

舒布洛克磚鋪裝除面層外，下部結構一般與上海市常規同質磚結構相同。其面層積水滲透至基層后，通過埋置于基層的排水管，就近排入河道或雨水井，起到一定的輔助排水能力。

舒布洛克磚使用年限可超過20 a，同體材質在惡劣的環境下也不褪色。舒布洛克地磚抗高溫、抗凍融能力強。舒布洛克磚采用六面高頻振搗，骨料分布均勻，表面比較粗糙，可以應對車輛急剎車等高度摩擦力和沖擊力。如今，舒布洛克磚的使用在上海地區是主流的輔助排水手段，其生產及鋪裝技術也已完善。

（3）鋼渣混凝土透水系統

鋼渣是鋼材工業生產過程中生成的固體廢棄物，目前，我國每年都有數百萬噸的排放量增長，其再回收利用的潛力巨大。用鋼渣做成的道路材料，其抗破碎能力強，已經有很多國家將其作為優質集料使用。

鋼渣混凝土透水系統采用多種單級配鋼渣作為集料，是按“無砂”混凝土技術配制的具有高強度、高透水性能的路面材料。

鋼渣混凝土透水系統由墊層、基層及面層疊加而成。利用墊層大空隙、基層中等空隙、面層微小空隙的結構形式，形成自上而下、由小到大的空隙結構，使面層到土壤具備有效透水孔隙，從而達到透水效果，在市政道路排水系統中可起到極大的輔助排水作用。

鋼渣混凝土透水磚抗壓強度等級大于等于40 MPa，抗折強度等級大于等于5.0 MPa，透水系數大于等于0.02 cm/s，均等于或高于同類產品。鋼渣混凝土透水基層強度等級不低于C20，符合現行行業標準《透水水泥混凝土路面技術規程》（CJJ/T 135—2009）的規定，能夠承受行人或車輛的豎向荷載。鋼渣混凝土透水系統的透水能力優于舒布洛克磚的半透水能力，在各方面甚至能夠取代舒布洛克磚的使用，但是其在上海地區的使用較少，各地區的使用頻率不均勻，加之成本等因素的影響，其并未在上海地區得到有效推廣。

4 比較

隨著城市建設步伐的加快，城市的地表逐漸被鋼筋混凝土及不透水路面覆蓋。目前在上海大多數人行道面層（市政道路）仍以不透水、密實材料為主。傳統的不透水人行道存在下列問題：雨天人行道雨水通過漫流方式經道路雨水口排放，人行道濕滑，一旦積水易使行人濕鞋，影響行人行走的安全性和舒適性。半透水性人行道（舒布洛克磚等）雖然可起到有效的輔助排水作用，且有利于排放路面水，但并不能起到補給地下水的作用。采用鋼渣混凝土人行道面層透水系統具有以下幾個方面的優勢：

（1）改善城市土壤生態環境。鋼渣混凝土透水系統能夠有效提升城市土壤透氣、透水能力，改善土壤內部的生態環境，為城市植被涵養水分，減輕城市綠化的養護負擔。

（2）保護地下水資源。鋼渣混凝土透水系統與其他不透水及半透水材料不同，它能夠使地表水有效通過自身滲入土壤，從而補充城市地下水，使地球水資源的循環得以保護。

（3）減輕城市內澇影響。我國城市基礎設施發展相對滯后，不能滿足暴雨時城市排水及防洪的要求，路面時常出現不同程度的積水，而不透水面層更是加劇了城市排水系統的壓力。鋼渣透水混凝土系統可以有效緩解城市排水的壓力，這對城市排水是有利的。

（4）緩解城市熱島效應。鋼渣透水混凝土系統面層材料具有自上而下，由小及大的空隙結構，可以在陽光照射下將結構及土壤中的水分蒸發，從而吸收大量的熱量，降低地表溫度，有效緩解城市熱島效應。

5 結論

綜上所述，鋼渣透水混凝土系統能夠有效改善城市土壤生態環境，保護城市地下水資源，減輕城市內澇影響，緩解城市熱島效應，同時其材料取自工業廢棄物，開發成本低廉，具有巨大的發展空間。因此，鋼渣透水混凝土系統的利用，在上海海綿城市的發展中應得到大力的推廣及使用。

按照住房和城鄉建設部海綿城市專項規劃編制要求，上海下一步將構建海綿城市建設專家技術支撐體系，建立專家庫，建立健全海綿城市建設項目認定、績效評價和評估考核體系。同時，在實踐中探索成熟的指標，將逐步納入強制性標準體系。將圍繞海綿城市建設區域，梳理海綿城市建設項目，建立信息系統，制定實施計劃，有序推進全上海的海綿城市建設。因此有效利用新型的鋼渣混凝土透水系統，是上海發展海綿城市的有效技術及方式。

[1]關桂峰.北京特大暴雨已致190萬人受災，經濟損失近百億[EB/OL].(2012-07-23)[2017-01-16].http://www.bjnews.com.cn/news/ 2012/07/23/212041.html.

[2]殷志浩.延安昆明廈門加盟“城市看海”，“7·21”一年后城市內澇依舊“內急”[N].新聞晨報，2013-7-22（A10、11）.

[3]李榮.特大暴雨襲擊上海 局部雨量超過 200毫米[EB/OL]. (2015-06-17)[2017-01-16].http://news.xinhuanet.com/local/2015-06/17/c_1115643334.htm.

[4]林森.21世紀中國水危機[J].城市防震減災，2000（6）:20-23.

TU992

B

1009-7716（2017）04-0124-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.036

2017-02-16

章佳棟（1990-），男，浙江上虞人，助理工程師，從事道路工程設計工作。