海绵城市中的人行道面层材料比选

章佳栋

（上海浦东新区规划建筑设计有限公司，上海市 200127）

海绵城市中的人行道面层材料比选

章佳栋

（上海浦东新区规划建筑设计有限公司，上海市 200127）

近年来，暴雨积涝已成为我国大部分地区城市化所面临的关键课题。传统城市道路存在的排水能力低效、雨水资源浪费等问题，已严重阻碍了城市的可持续发展。分析了我国传统排水系统现状，以上海现有人行道面层铺砖材料为例，重点分析比较了同质砖、舒布洛克砖及钢渣混凝土透水系统的特点及应用情况，阐述了在建设海绵城市的背景下，采用和推广新材料、新技术的迫切性。

人行道材料，海绵城市，排水系统

1 概述

随着社会经济的不断发展，我国推进城市化的步伐正在不断加大。城市化的进程不仅带来了社会的高速发展，也带来了严重的城市内涝灾害。“2012年7月21日发生在北京市因遭遇特大暴雨，导致多处被淹，经济损失百亿元”[1]，“2013年7月19日发生在云南省昆明市因遭受强降雨而造成内涝现象”[2]，“2015年6月15日发生在上海市因遭遇特大暴雨，导致多处被淹”[3]。近年来城市内涝案例数量之多令人咋舌。防治积涝灾害已成为我国城市化进程中不可避免的课题。

造成现代城市内涝灾害的主要原因有两方面：自然方面和人为方面。从自然方面来说，近年来，全球气候变暖，厄尔尼诺现象严重，南北方降雨不均衡，导致城市出现内涝；从人为因素来讲，城市建筑面积以及硬化地面面积过大，植物覆盖率过小，传统的排水管道已无法满足现代城市对吸水和存水能力的要求，是城市内涝的主要原因。在我国，更多的城市在发展过程中往往忽略了环境的承载能力，致使延续了十几年甚至几十年、上百年及以上的生态平衡被打破，造成了更加严重的、复杂的生态型内涝。

目前，各城市针对内涝灾害所采取的措施主要有加大管径、增建蓄水池、增加绿化面积、修建泵站等。传统工程建设需要占用大量的城市空间，同时地下工程还不利于养护，废弃后又容易造成对环境的二次污染，而加大绿化面积又限制了城市用地，加剧了城市用地紧张等问题。

为此，部署加快雨水蓄排顺畅、合理利用的海绵城市建设，有效推进新型城镇化，成为我国城市发展的主流方向。

2 我国传统排水系统现状

传统城市排水的一个主要的场所在城市道路。一般的城市道路以道路横坡及纵坡排放路面水至雨水口，再通过雨水管汇集至水体。这种排水方法及思想随着城市的发展已严重滞后，随之而来的问题也日益凸显。主要存在以下几个方面因素。

（1）排水压力大

随着现代化城市的快速发展，硬化道路的覆盖面积日益扩大，自然路面的面积随之减少，城市道路极小的透水率加大了城市内涝发生的概率，也增大了城市排水系统的压力。

（2）严重污染

城市道路路面水中含有多种污染物及垃圾，诸如汽车油污、城市垃圾、路面砂砾等。这些污染物及垃圾随着雨水径流一同排放至水体，是造成水体污染的重要因素。

（3）水资源流失

中国目前16个省（市、区）人均水资源量低于严重缺水线，有6个省、区人均水资源量低于500 m3[4]。中国的雨水资源较为丰富，但是有八成以上的雨水资源被白白浪费，没有有效利用。

（4）环境破坏

人类生存范围的扩大，不可避免地对自然环境产生破坏，如植被破坏、城市热岛效应、噪声污染等，对城市居民的生活造成不小的影响。

综上所述，传统的城市道路排水系统已经无法满足当今城市的排水需求，因此需要一种新型的设计思路和建设思想来改善排水问题。

3 上海在建设海绵城市中所采取的措施

上海具有地下水位高、土地利用率高、不透水面积比例高和土壤入渗率低的“三高一低”特点。推进海绵城市建设是建设绿色、生态、可持续发展的国际化大都市的重要举措。目前，国家已明确：到2020年，城市建成区20%以上的面积达到海绵城市建设目标要求；到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。

在实践过程中，上海作为国际化的大都市，使用的新技术及新材料一直位于全国前列。下面以人行道面层砌块为例，对其应用情况进行分析介绍。

（1）同质砖

同质砖人行道铺装适用于各类道路，其面层材料一般采用水泥混凝土预制块。按其结构受力形式可分为连锁型、非连锁型；按其成品颜色可分为本色和彩色。水泥混凝土预制块厚度不应小于60 mm；如用于有机动车辆通行的出入口，其厚度不应小于80 mm。其抗压强度应大于等于30 MPa，其抗折强度应大于等于3.5 MPa。其面层直接承受行人或车辆（进出口坡）荷载，同时受自然因素的影响，应坚实、平整、抗滑、耐久。

整平层宜采用干拌水泥砂、砂（石屑）、水泥砂浆、水泥净浆等，其原材料主要为砂、石屑和水泥，厚度宜取20～40 mm。整平层起调平或粘接作用。为确保铺装质量，在面层与基层之间设置整平层。

根据上海市《道路人行道设计和施工质量验收规范》（DB31/T 436.2—2009），同质砖人行道基层一般采用C20～C30普通水泥混凝土的刚性基层。常用厚度为100～200 mm。基层主要承受行人或车辆的竖向荷载，并扩散至土基，基层应具有一定的强度和稳定性。

人行道垫层材料可采用未筛分碎石或13.2～19.0 mm碎石，以及符合路用性能要求的路面旧料和性能稳定的矿渣颗粒。垫层材料最大粒径应小于等于37.5 mm，颗粒质硬无泥，压碎值应小于等于40%。厚度一般取100～150 mm。垫层应有利于排水，改善水文条件，防止土壤对上层材料污染。

（2）舒布洛克砖

上海地区半透水性人行道面层一般采用舒布洛克透水砖。其主要材料同样为预制水泥混凝土。其最为重要的两个指标分别是抗压强度和透水系数。抗压强度是舒布洛克砖承载能力的保证，要求材料致密，空隙少；透水系数是指体现舒布洛克砖渗透能力的指标，要求材料具有一定的连通空隙。两者相互矛盾又缺一不可。根据透水砖行业标准，舒布洛克砖的抗压强度等级一般大于等于30 MPa，透水系数大于等于0.01 cm/s，其抗折强度很高，能适应基础不均匀沉陷。

舒布洛克砖铺装除面层外，下部结构一般与上海市常规同质砖结构相同。其面层积水渗透至基层后，通过埋置于基层的排水管，就近排入河道或雨水井，起到一定的辅助排水能力。

舒布洛克砖使用年限可超过20 a，同体材质在恶劣的环境下也不褪色。舒布洛克地砖抗高温、抗冻融能力强。舒布洛克砖采用六面高频振捣，骨料分布均匀，表面比较粗糙，可以应对车辆急刹车等高度摩擦力和冲击力。如今，舒布洛克砖的使用在上海地区是主流的辅助排水手段，其生产及铺装技术也已完善。

（3）钢渣混凝土透水系统

钢渣是钢材工业生产过程中生成的固体废弃物，目前，我国每年都有数百万吨的排放量增长，其再回收利用的潜力巨大。用钢渣做成的道路材料，其抗破碎能力强，已经有很多国家将其作为优质集料使用。

钢渣混凝土透水系统采用多种单级配钢渣作为集料，是按“无砂”混凝土技术配制的具有高强度、高透水性能的路面材料。

钢渣混凝土透水系统由垫层、基层及面层叠加而成。利用垫层大空隙、基层中等空隙、面层微小空隙的结构形式，形成自上而下、由小到大的空隙结构，使面层到土壤具备有效透水孔隙，从而达到透水效果，在市政道路排水系统中可起到极大的辅助排水作用。

钢渣混凝土透水砖抗压强度等级大于等于40 MPa，抗折强度等级大于等于5.0 MPa，透水系数大于等于0.02 cm/s，均等于或高于同类产品。钢渣混凝土透水基层强度等级不低于C20，符合现行行业标准《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T 135—2009）的规定，能够承受行人或车辆的竖向荷载。钢渣混凝土透水系统的透水能力优于舒布洛克砖的半透水能力，在各方面甚至能够取代舒布洛克砖的使用，但是其在上海地区的使用较少，各地区的使用频率不均匀，加之成本等因素的影响，其并未在上海地区得到有效推广。

4 比较

随着城市建设步伐的加快，城市的地表逐渐被钢筋混凝土及不透水路面覆盖。目前在上海大多数人行道面层（市政道路）仍以不透水、密实材料为主。传统的不透水人行道存在下列问题：雨天人行道雨水通过漫流方式经道路雨水口排放，人行道湿滑，一旦积水易使行人湿鞋，影响行人行走的安全性和舒适性。半透水性人行道（舒布洛克砖等）虽然可起到有效的辅助排水作用，且有利于排放路面水，但并不能起到补给地下水的作用。采用钢渣混凝土人行道面层透水系统具有以下几个方面的优势：

（1）改善城市土壤生态环境。钢渣混凝土透水系统能够有效提升城市土壤透气、透水能力，改善土壤内部的生态环境，为城市植被涵养水分，减轻城市绿化的养护负担。

（2）保护地下水资源。钢渣混凝土透水系统与其他不透水及半透水材料不同，它能够使地表水有效通过自身渗入土壤，从而补充城市地下水，使地球水资源的循环得以保护。

（3）减轻城市内涝影响。我国城市基础设施发展相对滞后，不能满足暴雨时城市排水及防洪的要求，路面时常出现不同程度的积水，而不透水面层更是加剧了城市排水系统的压力。钢渣透水混凝土系统可以有效缓解城市排水的压力，这对城市排水是有利的。

（4）缓解城市热岛效应。钢渣透水混凝土系统面层材料具有自上而下，由小及大的空隙结构，可以在阳光照射下将结构及土壤中的水分蒸发，从而吸收大量的热量，降低地表温度，有效缓解城市热岛效应。

5 结论

综上所述，钢渣透水混凝土系统能够有效改善城市土壤生态环境，保护城市地下水资源，减轻城市内涝影响，缓解城市热岛效应，同时其材料取自工业废弃物，开发成本低廉，具有巨大的发展空间。因此，钢渣透水混凝土系统的利用，在上海海绵城市的发展中应得到大力的推广及使用。

按照住房和城乡建设部海绵城市专项规划编制要求，上海下一步将构建海绵城市建设专家技术支撑体系，建立专家库，建立健全海绵城市建设项目认定、绩效评价和评估考核体系。同时，在实践中探索成熟的指标，将逐步纳入强制性标准体系。将围绕海绵城市建设区域，梳理海绵城市建设项目，建立信息系统，制定实施计划，有序推进全上海的海绵城市建设。因此有效利用新型的钢渣混凝土透水系统，是上海发展海绵城市的有效技术及方式。

[1]关桂峰.北京特大暴雨已致190万人受灾，经济损失近百亿[EB/OL].(2012-07-23)[2017-01-16].http://www.bjnews.com.cn/news/ 2012/07/23/212041.html.

[2]殷志浩.延安昆明厦门加盟“城市看海”，“7·21”一年后城市内涝依旧“内急”[N].新闻晨报，2013-7-22（A10、11）.

[3]李荣.特大暴雨袭击上海 局部雨量超过 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世纪中国水危机[J].城市防震减灾，2000（6）:20-23.

TU992

B

1009-7716（2017）04-0124-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.036

2017-02-16

章佳栋（1990-），男，浙江上虞人，助理工程师，从事道路工程设计工作。