新型環保材料在“海綿城市”建設中的應用技術研究

尹偉華

(四川森普管材股份有限公司，四川 德陽 610014)

1 海綿城市概念

在城市化發展與生態環境的矛盾日漸突出的當下，為了營造健康、綠色、宜居的城市環境，我國提出建設遵循自然排水規律的雨洪管理體系——海綿城市。主要解決日益發展起來的大城市病——頻繁出現的內澇、城市熱島效應導致的極端天氣和城市黑臭水體等問題。

海綿城市又稱低影響開發（LID）。LID英文的全稱是Low lmpact Development，是20世紀90年代末發展起的暴雨管理和面源污染處理技術，旨在通過分散的，小規模的源頭控制來達到對暴雨所產生的徑流和污染的控制，使開發地區盡量接近于自然的水文循環。

LID低影響開發是一種可輕松實現城市雨水收集利用的生態技術體系，其關鍵在于原位收集、自然凈化、就近利用或回補地下水。

低影響開發強調城鎮開發應減小對環境的沖擊，其核心是基于源頭控制和延緩沖擊負荷的理念，構建與自然相適應的城鎮排水系統，合理利用景觀空間和采取相應措施對暴雨徑流進行控制，減少面源污染。

2 國家海綿城市建設總體目標

建設海綿城市被列入中國第十三個五年規劃綱要中100個重大工程及項目之一。國辦發〔2015〕75號文提出明確目標：

（1）通過海綿城市建設，最大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響，將70%的降雨就地消納和利用。

（2）到2020年，城市建成區20%以上的面積達到目標要求。

（3）到2030年，城市建成區80%以上的面積達到目標要求。

3 市場前景

住建部城建司副司長章林偉曾進行過深入研究，綜合各地已經開展的低影響開發建設項目的實踐，對海綿城市建設投資進行統計數據分析。海綿城市的建設涉及到滲、滯、蓄、凈、用、排等工程技術設施，具體包括排水防澇設施、城鎮污水管網建設、雨污分流改造、雨水收集利用設施、污水再生利用、漏損管網改造等等，總的建設成本大概在1.6億～1.8億元/km2。其中滲、滯、蓄等源頭減排項目投資約占1/3。

據統計，截止到2014年年末，中國城市建成區面積已經達到4.98萬km2。依據住建部對海綿城市試點投資估算，到2020年，城市建成區20%以上的面積要建成海綿城市，建設面積達到9 960 km2，預算投資達到15 936億～17 928億元。到2030年，城市建成區80%以上的面積要建成海綿城市，建設面積達到39 840 km2，預算投資達到63 744億～71 712億元。

從國家層面的規劃目標、城市建成區面積統計數據、住建部對海綿城市試點投資估算以及滲、滯、蓄等源頭減排項目投資占比等方面分析，這將是一個萬億級的巨大蛋糕，海綿城市的建設周期至少將持續開發15～20年。

4 海綿城市建設用核心產品

要實現雨水安全就地消納和利用的目標，我公司開發了系列海綿城市建設用新型建材產品——天然彩石透水坪、便捷下沉式綠地儲水罐、綠地雨水口、棄流器等，其中以天然彩石透水坪、便捷下沉式綠地儲水罐產品最具代表性，為推動國家海綿城市建設具有重要意義。

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發的天然彩石透水坪所用原材料無毒環保如圖1，色彩自然，具有生態、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、不易風化、色澤美觀，色彩可保持百年以上等特點，粒徑方面經過大量測試數據顯示，采用4～6 mm粒徑的圓滑（無尖角）石粒黏合強度和透水性能最優。

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的專用黏合劑，不僅固化時間短，黏合強度高，老化性能好，黃變時間超過10年。

森普研制的天然彩石透水坪孔隙達到30%，透水率可達95%以上；透水坪抗壓強度達到8 MPa及以上。天然彩石透水坪鋪裝工藝易于掌握，材料準備好后可在現場現配現鋪；鋪裝后2 h可定型，48 h后可承載；后期維護方便，使用成本低。該透水坪雨水回收率高且不會對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用

4.1.2.1 天然彩色透水坪的路基結構

通過實際工程建設與設計，我們發現要實現透水鋪裝目的，路基必須精心設計，我們設計的透水路面路基分為全透型和不透型兩種，可根據實際情況選用合適的透水路基，均可有效實現雨水的快速下滲。

（1）全透型路基

全透型路基結構見圖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、非機動車道等輕載荷區域。天然真彩石透水坪充分體現天然石材豐富自然的視覺效果，還可以利用色彩搭配，進行拼花設計，裝飾效果美觀大方，見圖3。

圖3 全透型路基適用場景圖

推薦使用于新建透水設施，全透型路基可就地將雨水最大程度的下滲，回補地下水，實現“將雨水留下來”的目標，保持水土平衡，本地土壤飽和后多余的水通過滲濾管排放到雨水井或雨水收集罐，可最大程度的節約水資源，還減少雨水管網的壓力。

（2）不透型路基

不透型路基結構見圖4。

圖4 不透型路基

適用范圍：游泳池、洗浴中心、別墅庭院、生態停車場等輕載荷區域，見圖5。

圖5 不透型路基適應場景圖

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，可實現路面不積水。一方面，雨水通過坡度自然排水到市政雨水管網中，底層路基采用不透水的混凝土，使路面的承載能力更高，可用于小型生態停車場。另一方面，配合使用雨水收集管路和儲水裝置可將雨水完全儲存下來，經處理后可用于洗車、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 施工過程簡單方便、快捷

天然彩色透水坪施工過程能耗極低，施工現場僅需用攪拌機將石粒和黏合劑進行充分混合，將其直接鋪裝在做好的基礎層上；再用人工將其攤平，靜壓；最后根據承載強度設計調整微振和靜壓的次數，并將其磨平。該產品可根據施工現場的工況方便的調整工藝配方和施工節奏，具有較強的項目適應性。

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勢。該產品具有色彩豐富、自然美觀、圖案靈活、經久耐用、透水環保、維護簡便、施工方便快捷，綜合使用成本最優等特點，廣泛應用于各種透水性景觀道路、人行道、公園和廣場等場所，也可應用到室內浴場、泳池等場所，是一種會呼吸的生態地面，也可作為藝術景觀鋪裝材料。

4.2 便捷下沉式綠地儲水罐

高密度聚乙烯制品作為新型的環境友好材料，它具有低碳節能、生態環保等特點，優異的柔性能很好適應地質環境的變化，全生命周期免維護使用，目前已廣泛用于社會各行各業。雨污水用的聚乙烯雙壁波紋管作為21世紀新型的環保材料在國外已使用了幾十年，在國內也應用了近20年，它具有環保、內壁光滑、抗外壓強度高等特點，得到了市場的廣泛好評。我們是基于海綿城市建設中所用到的PP模板蓄水池同樣功能并進行優化設計而開發的新型建材產品——便捷式儲水罐如圖6。便捷式儲水罐將選定口徑和環剛度的聚乙烯雙壁波紋管用具有自主知識產權的專用開孔機按要求滲透率進行科學開孔；將預設好長度的開孔聚乙烯雙壁波紋管的兩端進行封堵，形成罐體；再用確保過濾效果的優質土工布將罐體包覆，避免泥沙等雜物進入罐體，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、下凹式綠地進行科學合理布設，下雨時用于儲水，可有效減緩排水管道壓力，進而解決城市內澇；天晴時通過罐體上的滲濾孔將儲存的雨水緩慢釋放到土壤中，滋養綠地植物和保持當地水土平衡，有效避免城市小氣候的形成。

圖6 便捷下沉式綠地儲水罐結構圖

4.2.1 便捷式儲水罐具有以下主要特點

（1）開孔率可調

便捷式儲水罐的開孔率可根據需要進行調整，開孔率為1%～3%。還可根據需要設計半開孔（儲水、回用）和全開孔（滯水、緩釋）。

（2）強度高

罐體強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剛度，特別是敷設后同壓實回填物形成管土共同作用，確保了產品的使用安全性。

（3）儲水量大

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

（4）綜合成本低

便捷式儲水罐為工廠預制，現場拼裝，施工方便快捷，免維護或極低維護成本，易于搬遷和重復利用。

（5）綠色、環保

便捷式儲水罐的主要材料為聚乙烯材料，聚乙烯化學穩定性好，不存在水質的二次污染問題。

4.2.2 便捷式儲水罐的應用

便捷式儲水罐采用罐體并列平鋪方式，根據儲水量設計和選用罐體規格決定鋪設的數量。罐體規格有DN200～DN500，環剛度一般選擇SN8（更高要求需要定制）。

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

表1 便捷式儲水罐與PP模塊水池的對比

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

海綿城市的建設是一項長期的工程，在國家的支持與引導下，各方力量也在積極行動，經過多年的試點與建設，目前已取得一些明顯的成效和建設經驗。這項工程還需各方持續參與與推進，相信不久的將來，青山綠水環繞將不再是奢望與夢想！