居住區(qū)透水鋪裝的設(shè)計(jì)應(yīng)用淺析

劉小楓， 李建貴

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 新疆烏魯木齊 830052)

居住區(qū)透水鋪裝的設(shè)計(jì)應(yīng)用淺析

劉小楓， 李建貴

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 新疆烏魯木齊 830052)

透水鋪裝在減少?gòu)搅骱拖魅鯊搅鞣逯捣矫婢哂酗@著作用，是海綿城市建設(shè)十分重要的一項(xiàng)措施。居住區(qū)通過各種鋪裝材料拼貼組合營(yíng)造不同空間氛圍，而現(xiàn)有透水材料不能完全滿足居住區(qū)對(duì)于美觀度的需求。文章建議通過縫隙和混合下滲模式解決雨水從鋪裝面層到基礎(chǔ)的滲透路徑，使居住區(qū)透水鋪裝材料的選擇更廣，為透水鋪裝在居住區(qū)的普及提供可行性支撐。

透水鋪裝； 居住區(qū)； 景觀設(shè)計(jì)

2014年末，《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南(試行)》由住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布發(fā)行[1]?！吨改稀访鞔_給出海綿城市建設(shè)具體措施，旨在將城市逐步建設(shè)成為能夠解決降雨自然積存、滲透和凈化的綠色生態(tài)城市，自此海綿城市建設(shè)提升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。

1 透水鋪裝的意義

透水鋪裝是一種最佳的海綿城市建設(shè)措施，和傳統(tǒng)鋪裝方式比較具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：

(1)透水鋪裝良好的下滲特性保證雨天能有效減少?gòu)搅骱徒档蛷搅鞣逯礫2-3]。路面徑流產(chǎn)生受阻，路面積水的減少保證了出行和財(cái)產(chǎn)安全。

(2)透水鋪裝將城市水循環(huán)重新連通，降雨能夠通過透水鋪裝過濾下滲，補(bǔ)充地下水，保持土壤濕度[4]。

(3)透水鋪裝對(duì)地表徑流引起的污染物(如碳?xì)浠衔?、重金屬、懸浮固體等)擴(kuò)散有顯著的抑制作用。透水鋪裝的吸附功能能明顯減少?gòu)搅魑廴疚餄舛龋篊arsten Dierkes通過實(shí)驗(yàn)得出透水鋪裝對(duì)溶解性重金屬的吸附消解能力顯著[5]；Wilson研究多孔表面對(duì)油污的攔截，結(jié)果表明多孔透水材料能很好截留烴類化合物[6]；透水鋪裝對(duì)不同類型的污染物凈化能力不同，有研究表明去除率在40 %～90 %之間[7]。

(4)透水鋪裝表面的凹凸和多孔結(jié)構(gòu)能吸收車行噪音，為居住區(qū)營(yíng)造安靜舒適的環(huán)境。

2 常見透水鋪裝材料和結(jié)構(gòu)

2.1 透水面層材料

景觀中常見的透水鋪裝面層材料有透水磚、透水混凝土和自然型透水材料。

透水磚是由不同材料混合，通過特殊工藝壓制成為一定規(guī)格的磚塊。水泥混凝土、陶瓷原料、自然砂基是最常見的三種透水磚主要材料。

透水混凝土是特定粒徑的骨料被膠凝材料包裹與水拌合后形成的多孔骨架結(jié)構(gòu)水，通過骨料之間的點(diǎn)接觸承重，以孔隙作為透水儲(chǔ)水通道。透水性水泥混凝土和透水性瀝青是目前市面上相似的兩種透水混凝土，因膠凝材料和施工方法不同而存在細(xì)微差異。

透水混凝土是由水泥、骨料(碎石、貝殼碎片等具有一定強(qiáng)度的材料)、添加劑(外加劑、顏料等)和水混合而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土；而透水性瀝青是將脫色瀝青與各種顏色石料、色料和添加劑等材料在特定溫度下混合攪拌得到的瀝青混合料。透水瀝青強(qiáng)度高于透水水泥混凝土材料，在市政道路建設(shè)中被更廣泛的使用。鋼渣透水瀝青是一種新型綠色材料，鋼渣透水瀝青是將煉鋼過程產(chǎn)生的廢料作為骨料加入透水瀝青中，解決了優(yōu)質(zhì)集料不足的同時(shí)又將廢棄資料合理高效利用。鋼渣瀝青在環(huán)保特性上優(yōu)于普通瀝青混凝土，對(duì)建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境保護(hù)型”社會(huì)具有重大意義。此外經(jīng)測(cè)試，鋼渣瀝青比一般瀝青在防滑性能上也更突出。

自然型透水材料包括卵石、嵌草鋪地、木料、樹皮等天然材料。我國(guó)傳統(tǒng)園林中隨處可見鵝卵石鋪成的園路，不僅美觀又能起到透水的作用。

這些材料和做法都具有一定的局限性，比如在耐久性方面透水磚要差一些，而耐久性好的彩色混凝土大面積使用時(shí)，美觀程度上不是很優(yōu)秀。各類材料的各項(xiàng)性能見表1，為不同場(chǎng)地使用提供依據(jù)。

表1 不同透水面層材料特性

2.2 透水鋪裝的結(jié)構(gòu)

圖1 透水鋪裝結(jié)構(gòu)

透水鋪裝結(jié)構(gòu)大致分為面層、找平層、基層、墊層和土基層(圖1)。

面層是直接被接觸和看到的材料，對(duì)美觀性、耐久性和強(qiáng)度方面有很高的要求。面層的透水能力直接影響降雨能否在徑流和積水產(chǎn)生前迅速下滲。目前用于景觀工程上的面層材料眾多，文章上節(jié)已作羅列總結(jié)，在實(shí)際工程中應(yīng)結(jié)合各材料特性根據(jù)預(yù)期承載情況和氣候環(huán)境等因素靈活選擇。面層厚度根據(jù)材料模塊和承載力決定，一般不小于40 mm。

找平層是透水鋪裝面層到基層頂面的過渡。目的主要是平整基層頂面，為面層提供一個(gè)良好的施工條件；此外找平層能過濾通過面層下滲的雨水，避免雨水?dāng)y帶雜質(zhì)堵塞基層孔隙并凈化下滲水質(zhì)。在面層材料為透水磚等小模塊材料時(shí)，找平層常采用粗砂、中砂或干硬性砂漿來整平基層，起到穩(wěn)定面層模塊的作用；而當(dāng)面層材料為透水混凝土這樣的整體鋪設(shè)材料時(shí)，常使用小粒徑的級(jí)配碎石，主要目的是填平基層頂面孔隙，增大面層和基層的接觸，能強(qiáng)化承載力。找平層的厚度一般不小于30 mm。

基層可分為透水基層和半透水基層(圖2)。半透水基層不具有透水性，下滲雨水到達(dá)半透水基層表面后通過找坡側(cè)向流動(dòng)進(jìn)入排水管網(wǎng)。常見的半透水基層不透水部分從上至下依次為水泥混凝土、砂礫墊層和穩(wěn)定土基層。透水基層具有下滲和蓄水功能，常選用多孔水泥穩(wěn)定碎石、級(jí)配砂礫、級(jí)配碎石、透水水泥混凝土、大粒徑透水瀝青混合料等作為基層材料[8]?；鶎拥目紫堵视绊懟鶎訌?qiáng)度，孔隙率越大強(qiáng)度越小，故半透水基層強(qiáng)度大于透水基層[9]。

(a) 透水基層結(jié)構(gòu)

(b) 半透水基層結(jié)構(gòu)

墊層位于土基層之上，起到改善和調(diào)整土基層水分和溫度的功能，土基層狀況不良的情況下墊層的存在尤其重要。墊層設(shè)置能改善土基層的承載能力，保障基層以上部分強(qiáng)度，減少受到土基層溫度和濕度的影響。另一方面在全透水情況下，墊層能有效阻止土基層水飽和時(shí)黏土顆粒上浮堵塞基層。墊層一般采用小粒徑的碎石或中粗砂等。

土基層是整個(gè)鋪裝系統(tǒng)的最底層，是鋪裝結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮不同荷載對(duì)土基的要求，以及泡水狀態(tài)下的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。土基層也是雨水下滲最后一步，相比墊層、基層、找平層和面層，土基層的孔隙率最低，土基層的下滲能力直接影響整個(gè)透水鋪裝的下滲能力。應(yīng)從土質(zhì)選擇、施工技術(shù)等方面把控土基層質(zhì)量，保證最終透水性和荷載能力。

3 居住區(qū)透水鋪裝設(shè)計(jì)

透水材料的強(qiáng)度與孔隙率呈反比，孔隙率越大則強(qiáng)度越弱；而孔隙率又直接影響材料的透水性[10]。所以應(yīng)該合理考慮場(chǎng)地承載選用適當(dāng)?shù)匿伱娌牧?，在滿足預(yù)估承載力的前提下討論鋪裝的透水性。居住區(qū)硬質(zhì)場(chǎng)地根據(jù)使用功能和承重要求劃分為：消防通道、游步道和活動(dòng)場(chǎng)地。其中對(duì)承重要求依次為消防通道>活動(dòng)場(chǎng)地≥游步道?？紤]承重和景觀需求，選擇不同的面層材料和基礎(chǔ)做法。

3.1 消防道路

消防通道具有通車需求，一般而言選用強(qiáng)度大的透水混凝土，保障其穩(wěn)定性和耐久性。透水混凝土的強(qiáng)度取決于骨料自身的強(qiáng)度及粒徑大小，此外膠凝物質(zhì)(如瀝青和水泥等)的粘結(jié)能力也會(huì)對(duì)強(qiáng)度造成影響。在具體工程中應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況選擇不同強(qiáng)度的骨料種類和粒徑，提高膠凝材料的性能。例如，選擇以花崗巖等高強(qiáng)度的骨料；采用TPS改性瀝青，此瀝青在60℃的動(dòng)力粘度高達(dá)117 000 Pa·S，是普通瀝青的千倍之多。對(duì)于強(qiáng)度要求特別高的路段可選擇半透水模式，即面層使用透水混凝土而基層半透水鋪裝結(jié)構(gòu)。

3.2 游步道和活動(dòng)場(chǎng)地

游步道和活動(dòng)場(chǎng)地一般沒有通車需求，故對(duì)整體鋪裝強(qiáng)度要求不高，原則上可采用全透水鋪裝模式。根據(jù)不同景觀需求可選擇透水磚、天然透水材料和透水混凝土面層。然而這些透水性面層材料往往不能完全滿足居住區(qū)對(duì)美觀度的要求，為提升整體品質(zhì)面層材料可采用花崗巖為主、透水材料為輔的模式。根據(jù)花崗巖的使用量可分為：全部使用花崗巖的縫隙滲透模式；花崗巖和透水材料結(jié)合的分散滲透模式。

3.2.1 縫隙滲透模式

縫隙滲透模式是指鋪裝面層為不透水模塊時(shí)，在模塊間留10 mm左右的拼接縫，并用透水性材料填充(如中砂)固定，落到模塊上的雨水能迅速透過接縫流向鋪裝基礎(chǔ)，避免徑流產(chǎn)生。基礎(chǔ)采用透水材料，則雨水能夠進(jìn)一步過濾下滲，補(bǔ)充地下水或流入雨水收集系統(tǒng)(圖3)。

圖3 縫隙式滲透鋪裝結(jié)構(gòu)

為提高縫隙下滲效率可在不透水模塊邊緣5 mm處切45°角，一定程度上相當(dāng)于拓寬了下滲縫隙，同時(shí)也增加了鋪裝模塊的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)(圖4)。

圖4 切角處理示意

3.2.2 混合滲透模式

混合滲透模式是指采用透水材料和不透水材料結(jié)合的方式，在平面上設(shè)計(jì)成不同的圖案，雨水通過透水面層下滲。這種方式根本上與縫隙式滲透模式一致，為不透水面層尋找下滲通道，用下滲通道(縫隙或透水面層)將不透水面層劃分成小塊面域，阻礙徑流匯聚。鋪裝基礎(chǔ)采用透水材料(圖5)。

平面圖案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮不透水材料模數(shù)，可設(shè)計(jì)成點(diǎn)、線、面的形式(圖6)，具體組合方式設(shè)計(jì)師可根據(jù)需求自由發(fā)揮。

圖5 混合式滲透模式結(jié)構(gòu)

3.3 排水管的設(shè)置

考慮有些居住區(qū)景觀處于地下車庫(kù)頂板上，雨水無法下滲補(bǔ)充地下水，在透水鋪裝的蓄水基層鋪設(shè)多孔盲管，盲管連接主要雨水收集管道，將無法下滲的雨水集中收集利用或排放(圖7)。即便是沒有地下車庫(kù)頂板的區(qū)域，在土壤下滲能力弱的情況下也可以加設(shè)盲管輔助排水，能有效提高暴雨時(shí)透水鋪裝系統(tǒng)的雨水徑流控制能力。

實(shí)際項(xiàng)目中，如果土壤下滲能力強(qiáng)，同時(shí)地庫(kù)頂板考慮了排水坡度，則可以不設(shè)多孔盲管。

(a) 點(diǎn)狀組合

(b) 線狀組合

(c) 面狀組合

圖7 增設(shè)盲管鋪裝結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語(yǔ)

透水鋪裝措施是控制雨水徑流的重要手段，對(duì)海綿城市建設(shè)效果顯著。透水鋪裝核心是雨水能夠透過面層短時(shí)間內(nèi)下滲，避免徑流產(chǎn)生，雨水在基層繼續(xù)下滲或有序收集。保證雨水能有效通過鋪裝面層，除了選用透水性面層材料外，縫隙下滲模式和混合下滲模式在滿足美觀需求的同時(shí)解決了下滲問題。這兩種方式不僅能達(dá)到透水鋪裝的要求，還能滿足居住區(qū)對(duì)于鋪裝面層美觀度的需求。

[1] 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南：低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)[EB/OL].(2014-10-22)[2017-04-01].

[2] Scholz M. Wetland systems to control urban runoff[J]. Wetland System to Control Urban Runoff, 2006,4(2) : 315-325.

[3] 趙飛,張書函,陳建剛,等.透水鋪裝雨水入滲收集與徑流削減技術(shù)研究[J]. 給水排水,2011(s1):254-258.

[4] 王俊嶺,王雪明,張安,等. 基于“海綿城市”理念的透水鋪裝系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境工程, 2015, 33(12):1-4.

[5] Dierkes C, Kuhlmann L, Kandasamy J. Pollution retention capability and maintenance of permeable pavements[J]. Global Solutions for Urban Drainage,2002:8-13.

[6] Wilson S, Newman A P, Puehmeier T, et al. Performance of an oil interceptor incorporated into a pervious pavement[J]. ICE Proceedings, Engineering Sustainability,2003,156(1):51-58.

[7] Fletcher T, Duncan H, Poelsma P. Stormwater Flow and Quality and the Effectiveness of Non-Proprietary Stormwater Treatment Measures: A Review and Gap Analysis[R]. CRC for Catchment Hydrology, 2004．

[8] 張欣紅,何鑫. 幾種透水人行道材料的分析與應(yīng)用[J]. 城市道橋與防洪,2011(8):129-131.

[9] 王玉梅,鄭志恒,譚英紅,等. 多孔再生骨料混凝土強(qiáng)度及透水性能研究[J]. 混凝土,2015(7):26-30.

[10] 趙舶汛,孫立東,李汝凱,等. 聚氨酯碎石透水路面測(cè)試研究[R]. 2013年度西部地區(qū)公路學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì).重慶:2013.

S731.5

A

[定稿日期]2017-06-11

劉小楓(1989～)，男，碩士研究生。

李建貴(1971～)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。