單偉宏

（湖南澧水流域水利水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，長(zhǎng)沙410000）

0 引言

隨著“海綿城市”理念的提出，在全國(guó)范圍掀起了一股建設(shè)熱潮。2015 年起兩批共30 個(gè)海綿城市的建設(shè)試點(diǎn)開(kāi)工建設(shè)，直至2019 年試點(diǎn)工作均通過(guò)國(guó)家專(zhuān)家組驗(yàn)收，各個(gè)試點(diǎn)城市基于主導(dǎo)問(wèn)題，采用各具特色的技術(shù)實(shí)施路線，形成了多樣化的海綿城市建設(shè)體系，同時(shí)也積累了大量的可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗(yàn)。本文主要以海綿城市中透水鋪裝系統(tǒng)的運(yùn)用為例展開(kāi)詳細(xì)分析。

1 海綿城市理論概述

海綿城市最早是由俞孔堅(jiān)先生在2003 年提出，并在2012 年正式提出了“海綿城市”的概念。2015 年《國(guó)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(jiàn)》發(fā)布后，確立了海綿城市建設(shè)總體目標(biāo)，要求2020 年城市建成區(qū)20%以上面積達(dá)目標(biāo)要求；2030 年城市建成區(qū)80%以上面積達(dá)目標(biāo)要求。

海綿城市建設(shè)的初衷是重塑城市建設(shè)區(qū)的自然水循環(huán)過(guò)程，依據(jù)功能定位和水文特性的不同，海綿城市系統(tǒng)包括普通下墊面、海綿設(shè)施和排水管網(wǎng)共三部分（圖1）。本文以源頭低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施——透水鋪裝為研究對(duì)象展開(kāi)重點(diǎn)分析，此系統(tǒng)主要是通過(guò)透水性好、空隙率高的材料的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)雨水下滲、減少地表徑流，改善城市生態(tài)環(huán)境。

2 海綿城市透水鋪裝材料種類(lèi)與結(jié)構(gòu)分析

海綿城市建設(shè)中，透水鋪裝被稱(chēng)為是“會(huì)呼吸的”地面鋪裝，通過(guò)大空隙結(jié)構(gòu)層、排水滲透設(shè)施可使雨水就地消納，達(dá)到削減地表徑流和地表與地下含水層建立水文循環(huán)等目的。

2.1 透水鋪裝材料種類(lèi) 透水鋪裝的基本要求是不明顯減少道路使用強(qiáng)度和耐久性，盡可能達(dá)到使得雨水滲透到透水鋪裝中，再經(jīng)過(guò)具有短暫性?xún)?chǔ)水結(jié)構(gòu)的墊層和基層，直接滲透到基礎(chǔ)或者排水管道中去。目前，海綿城市常用透水材料有透水磚、透水瀝青混合料、透水混凝土，主要適用范圍如下：①透水磚：園林公園、小區(qū)人行道等；②透水瀝青混合料：人行道、城市廣場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)等；③透水混凝土：城市行車(chē)主干道、快速行車(chē)道等。

圖1 海綿城市系統(tǒng)

2.2 透水鋪裝結(jié)構(gòu) 透水鋪裝主要由透水面層、找平層以及儲(chǔ)水底基層組成，在某些情況下，也設(shè)有透水土工布、排水管道，如圖2 為透水鋪裝典型結(jié)構(gòu)。

圖2 透水鋪裝典型結(jié)構(gòu)

透水鋪裝找平層、儲(chǔ)水底基層分別采用粒徑2～5mm骨料、12～40mm 碎石顆粒，具體根據(jù)儲(chǔ)水深度需求、當(dāng)?shù)氐淄撂卣鞔_定厚度，透水土工布孔隙通?？刂圃?0～380μm。若是底土的滲透性較差，或是降雨、徑流量超過(guò)底土層滲透能力，可設(shè)排水管道收集多余的雨水徑流。

3 基于海綿城市理念的透水鋪裝系統(tǒng)運(yùn)用分析

3.1 項(xiàng)目背景 本項(xiàng)目區(qū)位于亞熱帶季風(fēng)區(qū)，季風(fēng)氣候特征明顯，年平均降水量為1200mm，6～9 月（汛期）是多雨季節(jié)，一般占年降水量的40～50%。項(xiàng)目區(qū)總面積11.5km2，道路面積約 1.0km2，該片區(qū)由于老舊城區(qū)較多，合流制管道較多，大部分雨水通過(guò)合流管道進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理。

3.2 方案設(shè)計(jì) 多雨季節(jié)降雨量大，初期雨水經(jīng)管網(wǎng)匯流入污水處理廠，導(dǎo)致污水處理廠負(fù)荷過(guò)大。片區(qū)老舊建筑密集，管網(wǎng)改造困難。經(jīng)方案比選，建設(shè)調(diào)蓄池，緩沖初期雨水流量，降低多雨季節(jié)時(shí)污水處理廠處理負(fù)荷。調(diào)蓄池建設(shè)用地受到限制，因此，提出了強(qiáng)化豎向透水能力，從道路透水鋪裝材料選擇上，實(shí)現(xiàn)削峰減流。

3.3 透水鋪裝材料方案比選 ①常見(jiàn)滲透性道路材料比較。對(duì)混凝土植草磚、普通透水混凝土（露骨料）、普通透水磚、普通陶瓷磚、普通透水瀝青混合料的抗壓、抗折強(qiáng)度及透水性能，根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行測(cè)試顯示，五種常見(jiàn)普通透水材料的抗壓、抗折強(qiáng)度均略大于規(guī)范要求，抗壓、抗折強(qiáng)度分別為 10～36MPa、4～5MPa；孔隙率均小于 30%，且透水系數(shù)值均小于0.8mm/s。②三種新型滲透性道路材料性能分析。采用市售透水磚，對(duì)多雨時(shí)期的徑流量模擬計(jì)算，所需的調(diào)蓄池容積在建設(shè)中受限。因此開(kāi)發(fā)了如下新型透水材料：1）新型陶瓷透水磚。以陶瓷廢料為主要原料，厚度約10mm，制備原料再加鈉長(zhǎng)石、高嶺土、滑石粉、莫來(lái)石晶須，改善燒結(jié)性能。按設(shè)計(jì)配方分別稱(chēng)量原料，配料混合均勻后，壓制成型（壓力10MPa），使用1160℃高溫鍛燒1.5h。2）新型透水混凝土。水泥：P042.5；細(xì)骨料：天然砂，含泥量0.8%；粗骨料：再生粗骨料，經(jīng)人工破碎篩分成5～10mm、10～15mm、5～25mm 三種粒徑；天然粗骨料：粒徑5～10mm；減水劑：含固量20%，減水率27%。采用人工攪拌，機(jī)械振搗，骨料吸水率1～3%，混凝土澆筑1d 后，常溫下灑水養(yǎng)護(hù)（5～6 次/d），7d 后自然養(yǎng)護(hù)。3）新型透水瀝青。采用江陰寶利生產(chǎn)的SBS 成品改性瀝青，HVA 改性劑摻量為瀝青用量8.7%。4）材料性能分析。采用相同測(cè)試方法，顯示抗壓、抗折強(qiáng)度和透水能力均有所提高，具體如表1 所示。

表1 三種新型透水材料性能指標(biāo)

表2 經(jīng)濟(jì)效益分析（萬(wàn)元）

改善后的新型透水鋪裝材料在強(qiáng)度上較普通透水鋪裝材料更優(yōu)越，有望將透水鋪裝的應(yīng)用擴(kuò)展到城市行車(chē)道上。

3.4 透水鋪裝綜合效益分析 ①?gòu)搅飨禂?shù)比較。透水鋪裝徑流系數(shù)如下：1）普通透水鋪裝：0.40～0.45；2）新型透水鋪裝：陶瓷透水磚：0.30～0.35；透水瀝青：0.35～0.38；透水混凝土：0.40～0.42。三種新型透水鋪裝的徑流系數(shù)為0.3～0.5，較市面上的透水瀝青、透水磚等，可削減約0.2。在海綿建設(shè)中，通過(guò)削減徑流量，可有效縮減調(diào)蓄池的體積，對(duì)于不便大開(kāi)挖的老城區(qū)的街道改造而言，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)老城區(qū)海綿改造的建設(shè)。②經(jīng)濟(jì)性比較。普通透水鋪裝與新型透水鋪裝的經(jīng)濟(jì)效益歸納如表2 所示。③生態(tài)效益比較。項(xiàng)目區(qū)某住宅區(qū)道路雨水口處收集試驗(yàn)用水，以滲透柱、雨水模擬噴頭、提升水泵、雨水水箱、塑料軟管、轉(zhuǎn)子流量計(jì)以及調(diào)節(jié)閥組成試驗(yàn)裝置。依據(jù)《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T91—2002）中方法進(jìn)行檢測(cè)，所有結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同降雨強(qiáng)度下污染物的去除率

新型透水材料對(duì)污染物的去除效果良好，對(duì)城市雨水的面源污染治理方面可產(chǎn)生積極影響，它可以有效截留雨水中的污染物，防止雨水排入水體引起富營(yíng)養(yǎng)化；同時(shí)，這對(duì)于采用地下水作為供水水源的地區(qū)，可避免地下水水源污染，并對(duì)地下水水資源進(jìn)行補(bǔ)充。另外，可以將滲濾水進(jìn)行集中統(tǒng)一收集，經(jīng)簡(jiǎn)單處理后，作為城市綠化灌溉用水，在一定程度上減少了水處理成本。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于生態(tài)發(fā)展要求，海綿城市建設(shè)理念應(yīng)運(yùn)而生，其核心為雨洪管理問(wèn)題。透水鋪裝系統(tǒng)是重要的源頭低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施，通過(guò)合理選擇透水材料、布置透水鋪裝結(jié)構(gòu)，可有效吸收、存儲(chǔ)地表徑流，同時(shí)截留污染物，切實(shí)解決內(nèi)澇災(zāi)害、水體污染等問(wèn)題，獲得良好的生態(tài)效益。