基于海绵城市理念的透水铺装系统运用分析

单伟宏

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司，长沙410000）

0 引言

随着“海绵城市”理念的提出，在全国范围掀起了一股建设热潮。2015 年起两批共30 个海绵城市的建设试点开工建设，直至2019 年试点工作均通过国家专家组验收，各个试点城市基于主导问题，采用各具特色的技术实施路线，形成了多样化的海绵城市建设体系，同时也积累了大量的可复制可推广的经验。本文主要以海绵城市中透水铺装系统的运用为例展开详细分析。

1 海绵城市理论概述

海绵城市最早是由俞孔坚先生在2003 年提出，并在2012 年正式提出了“海绵城市”的概念。2015 年《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》发布后，确立了海绵城市建设总体目标，要求2020 年城市建成区20%以上面积达目标要求；2030 年城市建成区80%以上面积达目标要求。

海绵城市建设的初衷是重塑城市建设区的自然水循环过程，依据功能定位和水文特性的不同，海绵城市系统包括普通下垫面、海绵设施和排水管网共三部分（图1）。本文以源头低影响开发设施——透水铺装为研究对象展开重点分析，此系统主要是通过透水性好、空隙率高的材料的运用，实现雨水下渗、减少地表径流，改善城市生态环境。

2 海绵城市透水铺装材料种类与结构分析

海绵城市建设中，透水铺装被称为是“会呼吸的”地面铺装，通过大空隙结构层、排水渗透设施可使雨水就地消纳，达到削减地表径流和地表与地下含水层建立水文循环等目的。

2.1 透水铺装材料种类 透水铺装的基本要求是不明显减少道路使用强度和耐久性，尽可能达到使得雨水渗透到透水铺装中，再经过具有短暂性储水结构的垫层和基层，直接渗透到基础或者排水管道中去。目前，海绵城市常用透水材料有透水砖、透水沥青混合料、透水混凝土，主要适用范围如下：①透水砖：园林公园、小区人行道等；②透水沥青混合料：人行道、城市广场、停车场等；③透水混凝土：城市行车主干道、快速行车道等。

图1 海绵城市系统

2.2 透水铺装结构 透水铺装主要由透水面层、找平层以及储水底基层组成，在某些情况下，也设有透水土工布、排水管道，如图2 为透水铺装典型结构。

图2 透水铺装典型结构

透水铺装找平层、储水底基层分别采用粒径2～5mm骨料、12～40mm 碎石颗粒，具体根据储水深度需求、当地底土特征确定厚度，透水土工布孔隙通常控制在70～380μm。若是底土的渗透性较差，或是降雨、径流量超过底土层渗透能力，可设排水管道收集多余的雨水径流。

3 基于海绵城市理念的透水铺装系统运用分析

3.1 项目背景 本项目区位于亚热带季风区，季风气候特征明显，年平均降水量为1200mm，6～9 月（汛期）是多雨季节，一般占年降水量的40～50%。项目区总面积11.5km2，道路面积约 1.0km2，该片区由于老旧城区较多，合流制管道较多，大部分雨水通过合流管道进入污水处理厂进行处理。

3.2 方案设计 多雨季节降雨量大，初期雨水经管网汇流入污水处理厂，导致污水处理厂负荷过大。片区老旧建筑密集，管网改造困难。经方案比选，建设调蓄池，缓冲初期雨水流量，降低多雨季节时污水处理厂处理负荷。调蓄池建设用地受到限制，因此，提出了强化竖向透水能力，从道路透水铺装材料选择上，实现削峰减流。

3.3 透水铺装材料方案比选 ①常见渗透性道路材料比较。对混凝土植草砖、普通透水混凝土（露骨料）、普通透水砖、普通陶瓷砖、普通透水沥青混合料的抗压、抗折强度及透水性能，根据相关规范进行测试显示，五种常见普通透水材料的抗压、抗折强度均略大于规范要求，抗压、抗折强度分别为 10～36MPa、4～5MPa；孔隙率均小于 30%，且透水系数值均小于0.8mm/s。②三种新型渗透性道路材料性能分析。采用市售透水砖，对多雨时期的径流量模拟计算，所需的调蓄池容积在建设中受限。因此开发了如下新型透水材料：1）新型陶瓷透水砖。以陶瓷废料为主要原料，厚度约10mm，制备原料再加钠长石、高岭土、滑石粉、莫来石晶须，改善烧结性能。按设计配方分别称量原料，配料混合均匀后，压制成型（压力10MPa），使用1160℃高温锻烧1.5h。2）新型透水混凝土。水泥：P042.5；细骨料：天然砂，含泥量0.8%；粗骨料：再生粗骨料，经人工破碎筛分成5～10mm、10～15mm、5～25mm 三种粒径；天然粗骨料：粒径5～10mm；减水剂：含固量20%，减水率27%。采用人工搅拌，机械振捣，骨料吸水率1～3%，混凝土浇筑1d 后，常温下洒水养护（5～6 次/d），7d 后自然养护。3）新型透水沥青。采用江阴宝利生产的SBS 成品改性沥青，HVA 改性剂掺量为沥青用量8.7%。4）材料性能分析。采用相同测试方法，显示抗压、抗折强度和透水能力均有所提高，具体如表1 所示。

表1 三种新型透水材料性能指标

表2 经济效益分析（万元）

改善后的新型透水铺装材料在强度上较普通透水铺装材料更优越，有望将透水铺装的应用扩展到城市行车道上。

3.4 透水铺装综合效益分析 ①径流系数比较。透水铺装径流系数如下：1）普通透水铺装：0.40～0.45；2）新型透水铺装：陶瓷透水砖：0.30～0.35；透水沥青：0.35～0.38；透水混凝土：0.40～0.42。三种新型透水铺装的径流系数为0.3～0.5，较市面上的透水沥青、透水砖等，可削减约0.2。在海绵建设中，通过削减径流量，可有效缩减调蓄池的体积，对于不便大开挖的老城区的街道改造而言，有利于实现对老城区海绵改造的建设。②经济性比较。普通透水铺装与新型透水铺装的经济效益归纳如表2 所示。③生态效益比较。项目区某住宅区道路雨水口处收集试验用水，以渗透柱、雨水模拟喷头、提升水泵、雨水水箱、塑料软管、转子流量计以及调节阀组成试验装置。依据《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91—2002）中方法进行检测，所有结果如图3 所示。

图3 不同降雨强度下污染物的去除率

新型透水材料对污染物的去除效果良好，对城市雨水的面源污染治理方面可产生积极影响，它可以有效截留雨水中的污染物，防止雨水排入水体引起富营养化；同时，这对于采用地下水作为供水水源的地区，可避免地下水水源污染，并对地下水水资源进行补充。另外，可以将渗滤水进行集中统一收集，经简单处理后，作为城市绿化灌溉用水，在一定程度上减少了水处理成本。

4 结语

综上所述，基于生态发展要求，海绵城市建设理念应运而生，其核心为雨洪管理问题。透水铺装系统是重要的源头低影响开发设施，通过合理选择透水材料、布置透水铺装结构，可有效吸收、存储地表径流，同时截留污染物，切实解决内涝灾害、水体污染等问题，获得良好的生态效益。