新型环保材料在“海绵城市”建设中的应用技术研究

尹伟华

(四川森普管材股份有限公司，四川 德阳 610014)

1 海绵城市概念

在城市化发展与生态环境的矛盾日渐突出的当下，为了营造健康、绿色、宜居的城市环境，我国提出建设遵循自然排水规律的雨洪管理体系——海绵城市。主要解决日益发展起来的大城市病——频繁出现的内涝、城市热岛效应导致的极端天气和城市黑臭水体等问题。

海绵城市又称低影响开发（LID）。LID英文的全称是Low lmpact Development，是20世纪90年代末发展起的暴雨管理和面源污染处理技术，旨在通过分散的，小规模的源头控制来达到对暴雨所产生的径流和污染的控制，使开发地区尽量接近于自然的水文循环。

LID低影响开发是一种可轻松实现城市雨水收集利用的生态技术体系，其关键在于原位收集、自然净化、就近利用或回补地下水。

低影响开发强调城镇开发应减小对环境的冲击，其核心是基于源头控制和延缓冲击负荷的理念，构建与自然相适应的城镇排水系统，合理利用景观空间和采取相应措施对暴雨径流进行控制，减少面源污染。

2 国家海绵城市建设总体目标

建设海绵城市被列入中国第十三个五年规划纲要中100个重大工程及项目之一。国办发〔2015〕75号文提出明确目标：

（1）通过海绵城市建设，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用。

（2）到2020年，城市建成区20%以上的面积达到目标要求。

（3）到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。

3 市场前景

住建部城建司副司长章林伟曾进行过深入研究，综合各地已经开展的低影响开发建设项目的实践，对海绵城市建设投资进行统计数据分析。海绵城市的建设涉及到渗、滞、蓄、净、用、排等工程技术设施，具体包括排水防涝设施、城镇污水管网建设、雨污分流改造、雨水收集利用设施、污水再生利用、漏损管网改造等等，总的建设成本大概在1.6亿～1.8亿元/km2。其中渗、滞、蓄等源头减排项目投资约占1/3。

据统计，截止到2014年年末，中国城市建成区面积已经达到4.98万km2。依据住建部对海绵城市试点投资估算，到2020年，城市建成区20%以上的面积要建成海绵城市，建设面积达到9 960 km2，预算投资达到15 936亿～17 928亿元。到2030年，城市建成区80%以上的面积要建成海绵城市，建设面积达到39 840 km2，预算投资达到63 744亿～71 712亿元。

从国家层面的规划目标、城市建成区面积统计数据、住建部对海绵城市试点投资估算以及渗、滞、蓄等源头减排项目投资占比等方面分析，这将是一个万亿级的巨大蛋糕，海绵城市的建设周期至少将持续开发15～20年。

4 海绵城市建设用核心产品

要实现雨水安全就地消纳和利用的目标，我公司开发了系列海绵城市建设用新型建材产品——天然彩石透水坪、便捷下沉式绿地储水罐、绿地雨水口、弃流器等，其中以天然彩石透水坪、便捷下沉式绿地储水罐产品最具代表性，为推动国家海绵城市建设具有重要意义。

4.1 天然彩石透水坪

4.1.1 材料选择与制作工艺

四川森普管材股份有限公司开发的天然彩石透水坪所用原材料无毒环保如图1，色彩自然，具有生态、透水、透气及较好的防滑功能，是新一代透水地坪的典型代表。

图1 天然彩石透水坪图

天然彩石透水坪选用纯天然彩色花岗岩石材边角余料加工而成，极大限度地利用资源，变废为宝。花岗岩具有硬度高（肖氏硬度大于HS70）、耐磨损、不易风化、色泽美观，色彩可保持百年以上等特点，粒径方面经过大量测试数据显示，采用4～6 mm粒径的圆滑（无尖角）石粒黏合强度和透水性能最优。

除石材的选择外，更重要的是选择黏合剂的性能，我们选用KRYPTON CHEMICAL的专用黏合剂，不仅固化时间短，黏合强度高，老化性能好，黄变时间超过10年。

森普研制的天然彩石透水坪孔隙达到30%，透水率可达95%以上；透水坪抗压强度达到8 MPa及以上。天然彩石透水坪铺装工艺易于掌握，材料准备好后可在现场现配现铺；铺装后2 h可定型，48 h后可承载；后期维护方便，使用成本低。该透水坪雨水回收率高且不会对回收的雨水有二次污染，利于雨水再次利用。

4.1.2 天然彩色透水坪的应用

4.1.2.1 天然彩色透水坪的路基结构

通过实际工程建设与设计，我们发现要实现透水铺装目的，路基必须精心设计，我们设计的透水路面路基分为全透型和不透型两种，可根据实际情况选用合适的透水路基，均可有效实现雨水的快速下渗。

（1）全透型路基

全透型路基结构见图2。

图2 全透型路基

适用范围：绿道、公园健身休闲所、城市广场、非机动车道等轻载荷区域。天然真彩石透水坪充分体现天然石材丰富自然的视觉效果，还可以利用色彩搭配，进行拼花设计，装饰效果美观大方，见图3。

图3 全透型路基适用场景图

推荐使用于新建透水设施，全透型路基可就地将雨水最大程度的下渗，回补地下水，实现“将雨水留下来”的目标，保持水土平衡，本地土壤饱和后多余的水通过渗滤管排放到雨水井或雨水收集罐，可最大程度的节约水资源，还减少雨水管网的压力。

（2）不透型路基

不透型路基结构见图4。

图4 不透型路基

适用范围：游泳池、洗浴中心、别墅庭院、生态停车场等轻载荷区域，见图5。

图5 不透型路基适应场景图

推荐使用于新建或改建原有混凝土路面，路面采用透水路面，可实现路面不积水。一方面，雨水通过坡度自然排水到市政雨水管网中，底层路基采用不透水的混凝土，使路面的承载能力更高，可用于小型生态停车场。另一方面，配合使用雨水收集管路和储水装置可将雨水完全储存下来，经处理后可用于洗车、浇灌等中水再利用，最大程度的提高水资源的利用率。

4.1.2.2 施工过程简单方便、快捷

天然彩色透水坪施工过程能耗极低，施工现场仅需用搅拌机将石粒和黏合剂进行充分混合，将其直接铺装在做好的基础层上；再用人工将其摊平，静压；最后根据承载强度设计调整微振和静压的次数，并将其磨平。该产品可根据施工现场的工况方便的调整工艺配方和施工节奏，具有较强的项目适应性。

天然彩透水坪与透水混凝土（染色）或普通胶黏石相比具有明显优势。该产品具有色彩丰富、自然美观、图案灵活、经久耐用、透水环保、维护简便、施工方便快捷，综合使用成本最优等特点，广泛应用于各种透水性景观道路、人行道、公园和广场等场所，也可应用到室内浴场、泳池等场所，是一种会呼吸的生态地面，也可作为艺术景观铺装材料。

4.2 便捷下沉式绿地储水罐

高密度聚乙烯制品作为新型的环境友好材料，它具有低碳节能、生态环保等特点，优异的柔性能很好适应地质环境的变化，全生命周期免维护使用，目前已广泛用于社会各行各业。雨污水用的聚乙烯双壁波纹管作为21世纪新型的环保材料在国外已使用了几十年，在国内也应用了近20年，它具有环保、内壁光滑、抗外压强度高等特点，得到了市场的广泛好评。我们是基于海绵城市建设中所用到的PP模板蓄水池同样功能并进行优化设计而开发的新型建材产品——便捷式储水罐如图6。便捷式储水罐将选定口径和环刚度的聚乙烯双壁波纹管用具有自主知识产权的专用开孔机按要求渗透率进行科学开孔；将预设好长度的开孔聚乙烯双壁波纹管的两端进行封堵，形成罐体；再用确保过滤效果的优质土工布将罐体包覆，避免泥沙等杂物进入罐体，避免造成泥沙淤积和影响雨水的渗透。将其配合绿化带、植草沟、下凹式绿地进行科学合理布设，下雨时用于储水，可有效减缓排水管道压力，进而解决城市内涝；天晴时通过罐体上的渗滤孔将储存的雨水缓慢释放到土壤中，滋养绿地植物和保持当地水土平衡，有效避免城市小气候的形成。

图6 便捷下沉式绿地储水罐结构图

4.2.1 便捷式储水罐具有以下主要特点

（1）开孔率可调

便捷式储水罐的开孔率可根据需要进行调整，开孔率为1%～3%。还可根据需要设计半开孔（储水、回用）和全开孔（滞水、缓释）。

（2）强度高

罐体强度主要由聚乙烯双壁波纹管体提供，聚乙烯双壁波纹管兼具柔韧性和高环刚度，特别是敷设后同压实回填物形成管土共同作用，确保了产品的使用安全性。

（3）储水量大

形成罐体后，管道内部全部为储水区，可根据需求选用不同口径的管道进行安装。以DN/ID500为例，6 m长管道容积超过1 m3，它的占地面积仅为3 m2。合理的布局将形成一个巨大的储水空间且不影响其绿地原有功能。

（4）综合成本低

便捷式储水罐为工厂预制，现场拼装，施工方便快捷，免维护或极低维护成本，易于搬迁和重复利用。

（5）绿色、环保

便捷式储水罐的主要材料为聚乙烯材料，聚乙烯化学稳定性好，不存在水质的二次污染问题。

4.2.2 便捷式储水罐的应用

便捷式储水罐采用罐体并列平铺方式，根据储水量设计和选用罐体规格决定铺设的数量。罐体规格有DN200～DN500，环刚度一般选择SN8（更高要求需要定制）。

便捷式储水罐可铺设于绿化带、植草沟、下凹式绿地等地基下方，适用于需要滞水、蓄水的大部分区域，完全可替代PP模块水池、硅砂水池、玻璃钢水池等见表1。

表1 便捷式储水罐与PP模块水池的对比

便捷式储水罐具有同原波纹管同等的高环刚度特性，并兼具高渗透功能，在雨量较大时，土壤含水量饱和后，雨水可快速渗透进罐体内部，利用罐体内部巨大的空间将水暂时蓄存起来，减缓排水系统压力。雨过天晴后再缓慢由渗滤孔渗到土壤中以滋养绿地植物和土壤，最大程度的将雨水“留”下来，保持水土平衡，是新一代储水装置的典型代表。

海绵城市的建设是一项长期的工程，在国家的支持与引导下，各方力量也在积极行动，经过多年的试点与建设，目前已取得一些明显的成效和建设经验。这项工程还需各方持续参与与推进，相信不久的将来，青山绿水环绕将不再是奢望与梦想！