透水性铺装材料在城市中的应用

史双红 陈楚文 潘琤琤 陈敬佑

浙江农林大学 浙江 临安 311300

倡导绿色城市，就要求在城市物质环境层面，更加考虑人类住区与自然生境的高度协调，注重自然环境的保护、城市效率的提升，加大公共交通的配给、绿色基础设施的完善以及城市功能混合性的提高［1］。绿色街道作为绿色城市建设的一部分，可以有效地进行雨水的管理，增加对雨水的利用。合理化、最大化应用“透水性铺装”，利用其雨水“渗透/下渗”的性能，进行雨水的“自然式”管理，可以有效缓解城市过度的硬化面积对生态环境的影响，缓解城市的不透水铺装对生态环境造成的影响。

1 透水性材料的作用

在城市中，为了使用的便利性，人类用各种硬质铺装材料取代了天然的地面，而这些材料往往不具备透水性能。这些不透水材料给生态环境带来了巨大的影响，将原本直接降到地面的雨水阻隔在道路的表层。根据美国环境保护署测算，在未开发利用土地的自然地表条件下，当降雨发生时，只有10%雨量形成地表径流，50%雨量会形成下渗;而在城市开发建成区，当地表不透水面积达到75%及以上，面对同强度降雨，55%雨量会形成地表径流，只有15%雨量形成下渗，地表径流生成量显著增加，雨水自然下渗量显著减少［2］，从而引起了一系列的问题。例如，城市的洪涝灾害使城市地下水得不到补偿，造成地面的沉降;不透水铺装的下层很难与空气进行热量、水分的交换，使城区的温度比郊区高2℃ ～3℃，造成“热岛效应”。

由于透水孔隙的存在，采用透水性铺装可以使雨水渗透到土壤中，能有效缓解以上问题。据统计，透水性铺装使东京市区雨水流出率由51.8%下降到5.4%，大大提高了对雨水资源的利用效率［3］。此外，由于透水性铺装本身存在的空隙能够有效地吸收噪音，故有利于创造舒适的行车环境。

2 应用与发展

2.1 古代的应用

透水性铺装材料在国内外应用有着比较悠久的历史。欧洲古代使用的铺装材料主要有砂砾、石材等，如法国巴黎的凡尔赛宫苑景园中遗存着大量的砂砾、巴黎战神花园树林草地中的砂砾小径与草地的布置相得益彰。中国古代使用的透水性铺装有青砖、青瓦、砂砾、石板等。例如，苏州古典园林中的花街铺地与卵石铺地在兼具透水性的同时十分美观，与周围环境和文化配合十分得体。在北京团城，古人充分利用天然降水，采用倒梯形青砖和深埋渗排涵洞等做法干铺地面，面层为楔形砖墁地，各边向内收紧1 cm，砖与砖之间无灰浆黏合，形成了断面成三角形、纵横交叉的透水透气通道，使团城地面高出四周4～5 cm的古树茁壮成长，有的树龄已高达800 年之久［4］。

2.2 现代的发展

现代意义上的透水性铺装于20世纪30年代在国外开始使用。20世纪60年代，美国首先使用透水性沥青。比利时于70年代末将透水沥青混合料用于高速公路面层。20世纪90年代后，使用透水材料代替传统材料铺设路面已成为发达国家城市建设的普遍共识。日本自1997年起所有高速公路路面无论是新建还是维修均采用透水性面层。德国计划要把全国90%的城市路面改成透水性路面。随着人们环保意识的提高，越来越多的国家使用透水性铺装代替不透水铺装，以改善城市环境。

我国研究与应用透水性铺装的起步较晚，各方面水平均与西方发达国家有很大差距。20世纪90年代，我国开始引进国外的Sureblock砖体。北京市政部门的技术人员根据Sureblock砖体特点开发出了自己的产品。国家建设部在2004年公布的创建国家生态园林城市的评估办法和标准中，对城市生态环境指标的一项要求就是建成区道路广场用地中透水面积大于比重50%［5］。2005年，国家发改委颁布了透水砖行业标准，2009年发改委颁布了透水水泥混凝土路面技术规程。透水性铺装材料的使用也得到了地方政府的极大支持。杭州市建设委员会出台了《“一纵三横”道路整治工程排水式沥青混凝土面层(OGFC)技术要求》。在北京奥林匹克公园的轻型车道、非机动车道、人行道、广场等采用透水砖体;杭州的西溪湿地、浙大紫金港校区、环城东路、凤起路、庆春路等均采用了透水性沥青混凝土，起到了很好的作用。

3 透水性铺装材料的类型和性能

3.1 混凝土类

3.1.1 透水性水泥混凝土

透水性水泥混凝土是以水泥为胶凝材料，采用一个或几个不同的特殊级配，少用或者不用细骨料配制的具有透水空隙的混凝土。为满足透水效果，要求混凝土中含有15%～25%的连通空隙率，透水系数1～15 mm/s。但透水性水泥混凝土由于含有较多的孔隙，故对其强度和抗冻性要求较高。透水性混凝土的铺设需要有与之配套的透水性基层。与传统的封闭路基结构相比，透水性路基是开放式的，与之配套的垫层多采用级配碎石，土基应整平夯实(如图1)。透水性混凝土由于制作过程简单、成本较低因此在铺装工程中采用较多。有景观要求时，可以在配制过程中加入彩色颜料或彩色石料，拌制成彩色混凝土以满足景观的要求。

图1 透水性水泥混凝土路面结构

透水性水泥混凝土由于以水泥作为胶结材料，粘结强度有限，因此在实际应用中会加一些添加剂来增强混凝土的性能。常用的添加剂有硅灰、粉煤灰、聚丙烯纤维、减水剂、聚合物等，以增加透水混凝土的强度，减水剂能够增加混凝土的和易性能。在成型方法上，一般采用振压成型法以获得较优的抗压强度和透水性能。

透水性水泥混凝土还可以作成砖体。这种砖体具有施工简易、施工方便、能够机械化生产等优点，因此在道路工程中大量使用。砖体在加入一些颜料之后，可以形成彩色砖体以满足景观需求。

3.1.2 透水性高分子混凝土

透水性高分子混凝土是采用单一粒径的粗骨料，以沥青或高分子材料作为胶凝材料配制的混凝土。以沥青作为胶结料，强度上比水泥混凝土要高。当应用于机动车道时，透水性沥青混凝土的设计孔隙率一般在18%～23%。应用于非机动车道时，由于宽度有限，压实困难，设计孔隙率可适当降低。沥青的耐候性差，在阳光的照射下容易老化，所以其性能受到温度的影响较大。因此在保证孔隙率的前提下，防止沥青老化、增加沥青的稳定性便成为保证质量的关键。在配制沥青混合料时，沥青要选用高粘度改性沥青。沥青要有较小的针入度、较高的软化点和粘性以及有较好的抗裂性，以避免沥青面层低温开裂。当有景观要求时，也可以在配制时加入颜料，形成彩色沥青路面，营造多彩的铺地景观。常用透水性沥青混凝土的路面结构面层使用透水性沥青混凝土，垫层采用级配碎石，垫层与基层之间设置透水性土工织物，基层则要求素土夯实 (如图2)。

图2 透水性沥青混凝土路面结构

混凝土类透水铺装材料是以连通孔隙作为透水路径。随着使用时间的增长，这些连通孔隙中不可避免地会被泥土、砂砾等阻塞，尤其在中国北方经常遭遇到沙尘天气的地区会更加严重。使用中一般利用高压清洗车对透水性铺装材料进行清洗，以恢复透水路面的性能。

3.2 陶瓷透水砖

陶瓷透水砖是以陶瓷废料、废玻璃、黄金尾矿、生活垃圾、建筑垃圾等无机非金属材料为主，经过粉碎、成型之后经高温烧制的陶瓷透水砖。陶瓷透水砖利用工业废料等生产，可以减少工业废料对环境的污染，加强对建筑垃圾的循环利用，减轻环境负荷，符合建设绿色城市的宗旨。陶瓷透水砖具有高透水性、较大的抗压强度和抗折强度、孔隙率高、吸引效果好、表面摩擦系数大、装饰性能好等优点，在使用过程中给人们创造了安静舒适的生活和交通环境。

由于透水砖本身存在孔隙，因此在使用过程中同样存在孔隙阻塞的问题。因此，在使用过程中也要注意对透水砖的维护。透水砖路面结构在使用过程中应该设置柔性基层，以利于调节含水量的变化导致的路基变形。因此，透水砖的使用范围就有一定的限制。透水砖适用于轻型交通，如步行街、非机动车道、小区道路、休闲广场、停车场等。常用的透水砖结构由透水砖、中砂层、级配碎石、粗砂组成 (图3)。近年来，透水砖在中国城市的道路中得到了普遍应用，如北京奥林匹克森林公园内的景观大道、丰台体育馆和世博中心周边场地等。

图3 透水砖路面结构

3.3 其他透水性材料

3.3.1 砂土类透水性铺装材料

砂土类铺装材料按照粒径大小又可分为砂砾和土。砂砾是指砂和砾石的混合物，常见的卵石也是砂砾的一种。石灰岩土路面是以石灰岩粉铺设而成，具有弹性强、透水性好等优点，适用于公园园路、庭院的铺设。对于纵向坡度较大的地区，由于雨水的冲刷会造成石灰岩土的流失，因此不适合采用砂土类路面。采用此路面时，在面层铺洒稳定剂可以抑制扬尘。砂是铺设游乐场的理想材料，具有少泥泞、不容易造成外伤等优点。粗砂路面也可加面层稳定剂作为路面铺设，常作为内庭院、公园园路的铺设材料。风积沙作为常见的材料，应用在风景区的道路铺设中可以使道路与周围环境相得益彰。园林中应用砾石作为铺地的也十分常见，最常见的要数日本庭院中用来表现枯山水意境的铺地造景。卵石作为中国园林中一直沿用至今的常用铺装材料，在满足排水功能的同时可以节约成本。用不同颜色的卵石可以组合成各种生动的图案，使园路别有情趣。

3.3.2 透水性木料铺装

透水性木料铺装包括木屑铺装、木地板铺装、木砖铺装。木屑及树皮散铺，可以模仿森林中腐殖质产生的最初形态，具有质地松软、透水性强、取材方便、生态可持续性好等优点。但是，这种材料比较松散、消耗性较大，不利于应用在人流较大的地方。木板路地面具有透水性强、有弹性等优点，但成本较高、不耐腐蚀。在应用过程中，应该选择耐湿性较强的木料。市场中应用较多的木板铺装一般为防腐木。由于防腐木经过化学处理，对于周围环境有一定的污染。木板路常应用在园路、游乐场中。木砖路面也比较柔软、舒适，但需要进行防腐处理、成本较高、容易起翘，常应用于园路中。

3.3.3 嵌草砖与植草板

嵌草砖有2种类型:一种为在块料之间留有空隙，在其间种草;另一种是制成可以种草的各种纹样的混凝土路面砖。植草板是由高密度聚乙烯或PP塑料制成的连串塑料的连锁结构。嵌草砖和植草板由于承重有限，适用于停车场、人行道、林下休憩空间、树池的地面铺装等交通与承载量不大的环境中。

4 结语

随着人们对城市生态环境认识的逐步提高，保护和改善生态环境得到了每一个国家的重视。透水性材料能够很好地保护生态环境，有利于雨水渗入地下。但是，目前透水性铺装材料还存在一些问题，其种类和路用性能指标等均存在不同程度的差距，透水性铺装材料的产品质量也还存在着很大的提升空间。努力提升透水性铺装材料的性能，大力推广透水性铺装材料在城市中的应用，是城市建设不可缺少的一项措施。

［1］王建国，王兴平.绿色城市设计与低碳城市规划:新型城市化下的趋势［J］．城市规划，2011，35(2):20－21.

［2］张善峰，王剑云.绿色街道:道路雨水管理的景观学方法［J］．中国园林，2012，193(1):25 －30.

［3］Schluter W，Chris J.Modelling the outflow from a porous pavement［J］．Urban Water，2002，4(3):245 －253.

［4］薛健，毛培琳.园林与景观设计资料集:园林道路设计与铺装［M］．北京:知识产权出版社，中国水利水电出版社，2007.

［5］张洪清，宋志斌，杨庆，等.透水性铺装对城市生态环境改善的分析［J］．水科学与工程技术，2005(增1):37－39.