德國海綿城市技術(shù)在杭州小區(qū)的應(yīng)用研究

徐柳

（浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310023）

0 前言

海綿城市建設(shè)主要是為了達(dá)到適應(yīng)并順應(yīng)環(huán)境變化，具有很好的吸收與釋放能力，其中在雨雪天可以透水、蓄水、凈化水等功能，在干旱天氣下，可以將儲(chǔ)存的水資源釋放出來，調(diào)節(jié)環(huán)境濕度，改善城市的生態(tài)環(huán)境，降低洪災(zāi)等災(zāi)害發(fā)生[1]。

國內(nèi)道路在保證強(qiáng)度和耐久性的情況下，路面都采用密實(shí)澆筑，這樣造成路面存在不排水現(xiàn)象，造成雨水大量流失，地下水嚴(yán)重缺少，破壞了自然的生態(tài)平衡。而雨水通過地下管網(wǎng)排到江河湖海，使得地下排水系統(tǒng)負(fù)擔(dān)逐漸增加，因而出現(xiàn)了地面積水，使得路面在夜間存在反光現(xiàn)象，影響交通通行，存在安全隱患；而雨水和污水的排放，使得江河湖海存在污染等情況；同時(shí)，不排水路面也伴隨著不透氣，使得不能與空氣進(jìn)行熱對流，失去調(diào)控地表濕度和溫度的能力，產(chǎn)生“熱島現(xiàn)象”[2]。

海綿城市的建設(shè)既可美化環(huán)境，同時(shí)，還可以緩解城市排水問題，因此引起較多的關(guān)注。早在40多年前，發(fā)達(dá)國家開始了海綿城市的研究。通過海綿城市相關(guān)理論研究后，將其成功運(yùn)用到生活的道路當(dāng)中，主要實(shí)踐于公園道路的透水磚、人行道、停車場以及學(xué)校的體育場所等，圖1所示為海綿城市概念。

圖1 海綿城市概念示意

1 德國海綿城市應(yīng)用理念

德國海綿城市的發(fā)展在世界上位居前列，擁有成熟的建設(shè)技術(shù)，同時(shí)在法規(guī)和政策方面還具有很好的保障。德國于1989年頒布了《雨水利用設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)志著雨水利用技術(shù)的成熟，1992年應(yīng)用了“第二代”雨水利用技術(shù)，21世紀(jì)初形成了“第三代”雨水利用技術(shù)及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

德國海綿城市建設(shè)應(yīng)用理念是通過綜合管理和應(yīng)用雨水，根據(jù)雨水受污染程度，接受水體的能力，采用不同處理方式。得益于發(fā)達(dá)的地下管網(wǎng)系統(tǒng)、先進(jìn)的雨水綜合利用技術(shù)和規(guī)劃合理的城市綠地建設(shè)，德國“海綿城市”建設(shè)頗有成效[3]。3種城市雨水利用方式如下：

（1）屋面雨水集蓄系統(tǒng)。收集的雨水經(jīng)簡單處理后，可用于家庭、公共場所和企業(yè)的非飲用水。

（2）雨水截污與滲透系統(tǒng)。道路雨洪通過下水道排入沿途大型蓄水池或通過滲透補(bǔ)充地下水。德國城市街道雨洪管道口均設(shè)有截污掛籃，以攔截雨洪徑流攜帶的污染物。城市地面使用可滲透地磚，以減小徑流。

（3）生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)。小區(qū)沿著排水道修建可滲透淺溝，表面植有草皮，供雨水徑流時(shí)下滲。超過滲透能力的雨水則進(jìn)入雨洪池或人工濕地，作為水景或繼續(xù)下滲[4]。

2 杭州小區(qū)綠化生態(tài)應(yīng)用技術(shù)研究

對于杭州地區(qū)以及部分小區(qū)居住的環(huán)境，借鑒德國海綿城市的建設(shè)理念，進(jìn)行了三方面的改進(jìn)及應(yīng)用研究，針對制備技術(shù)、綠化、公路邊坡構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 透水混凝土路面基層制備技術(shù)

在透水混凝土前期材料準(zhǔn)備方面，采用建筑垃圾、碎石、膠凝材料、減水劑等進(jìn)行制備。建筑垃圾：采用廢磚，來源于周邊農(nóng)村等磚混房屋拆除后磚骨料進(jìn)行破碎，其表觀密度為1700 kg/m3，堆積密度為900 kg/m3，吸水率為15.5%，粒徑優(yōu)選5 mm均勻粒徑；碎石：表觀密度為2600 kg/m3，堆積密度為1400 kg/m3，優(yōu)選粒徑為5 mm均勻粒徑；水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥，密度為3100 kg/m3；粉煤灰：Ⅱ級，密度為2100 kg/m3；減水劑：聚羧酸高效減水劑，減水率為25%，密度為1100 kg/m3；拌和水：自來水。

在制備技術(shù)方面，由于杭州地區(qū)天氣潮濕的原因，會(huì)對透水混凝土和生態(tài)混凝土的水膠比產(chǎn)生影響，同時(shí)傳統(tǒng)制備技術(shù)會(huì)造成的混凝土分層等問題，使得透水效果不佳。而現(xiàn)階段同時(shí)大力推廣綠色生態(tài)環(huán)保理念，為此利用采用建筑垃圾制備透水混凝土和生態(tài)混凝土，制備技術(shù)主要包括以下幾個(gè)步驟：

（1）現(xiàn)場根據(jù)配合比準(zhǔn)備施工用材料；

（2）預(yù)先配置骨料：將碎石、建筑垃圾及再生骨料攪拌均勻；

（3）粗骨料改良處理：在（2）所得粗骨料中加入水，加水量為粗骨料達(dá)到所需吸水率用水量的70%，之后加入透水混凝土所需40%的水泥與40%的粉煤灰進(jìn)行攪拌，對粗骨料進(jìn)行預(yù)處理；

（4）骨料與膠凝材料混合：在（3）中得到的拌合物中加入剩余的膠凝材料進(jìn)行攪拌，拌合完畢后膠凝材料通過骨料表面潤濕的水分附著于骨料表面；

（5）摻入減水劑：在（4）中得到的拌合物中摻入透水混凝土所需50%的水和所需的減水劑，攪拌5 min；

（6）將原材料攪拌均勻：將（5）得到的拌合物中加入剩余水量進(jìn)行攪拌，直至骨料表面濕潤微帶流動(dòng)性，使得骨料被膠凝材料均勻包裹，得到新拌混凝土。進(jìn)行施工鋪裝。

2.2 植被綠化構(gòu)造設(shè)計(jì)研究

在植被綠化方面進(jìn)行構(gòu)造改進(jìn)，主要采用上表面植被層、生長土壤、植生型生態(tài)混凝土、加固肋進(jìn)行綠化方面的應(yīng)用改進(jìn)。其中表面植被層用于種植草木，生長土壤用于供應(yīng)植物生長提供材料，包括水分以及營養(yǎng)成分，其厚度為70 mm。生態(tài)混凝土位于生長土層下部，用于維護(hù)植被層，同時(shí)提供孔隙為植物生長，生態(tài)混凝土的強(qiáng)度在C15以上，透水系數(shù)為1.5 mm/s以上，孔隙率為15%以上，pH值為7～9，其厚度為35 mm。加固肋為混凝土澆筑，強(qiáng)度為C20以上，其厚度為110 mm，邊緣肋寬為60 mm,中間均勻分割為350 mm×350 mm，中間肋寬50 mm。施工時(shí)可以分為整體澆筑與預(yù)制2種形式?，F(xiàn)場布置時(shí)，采用正方形網(wǎng)格布置與交叉網(wǎng)格布置，圖2為改進(jìn)綠化構(gòu)造設(shè)計(jì)。

圖2 改進(jìn)綠化構(gòu)造示意

2.3 公路邊坡構(gòu)造設(shè)計(jì)研究

對于公路兩側(cè)邊坡，吸取德國邊坡技術(shù)，并在杭州小區(qū)等地進(jìn)行改進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，達(dá)到因地制宜的效果。邊坡設(shè)計(jì)主要包括中部預(yù)制三角構(gòu)件，整體形式為等腰直角三角形，邊長尺寸根據(jù)護(hù)坡寬度確定，采用混凝土預(yù)制澆筑，其中左右兩側(cè)預(yù)埋鋼筋環(huán)，間距為400～600 mm，鋼筋直徑為15～25 mm。預(yù)制三角構(gòu)件寬度為200～300 mm，厚度為150～350 mm，根據(jù)所用領(lǐng)域確定。

（1）端部預(yù)制三角構(gòu)件、預(yù)埋鋼筋環(huán)中部構(gòu)件預(yù)埋鋼筋環(huán)錯(cuò)位，頂部與現(xiàn)澆部分連接也設(shè)有鋼筋環(huán)，間距為1000～1500 mm，保證順利施工放置，中部與端部預(yù)制三角構(gòu)件，內(nèi)部鋪設(shè)土壤層、植生型生態(tài)混凝土與植被層，各層的厚度根據(jù)預(yù)制三角構(gòu)件厚度按照比例分配，其分配比例為：植被層∶生態(tài)混凝土∶土壤層=1∶5∶6.5，生態(tài)混凝土強(qiáng)度為C10，透水系數(shù)為1 mm/s，孔隙率為15%～25%，pH值為6～9。圖3為傳統(tǒng)邊坡和護(hù)坡構(gòu)造，圖4為改進(jìn)后公路邊坡構(gòu)造。

圖3 傳統(tǒng)邊坡和護(hù)坡構(gòu)造。

圖4 改進(jìn)后公路邊坡構(gòu)造

（2）現(xiàn)澆帶、生態(tài)混凝土及加固鋼筋與鎖環(huán)?，F(xiàn)澆帶為預(yù)制三角構(gòu)件之間的連接縫，其中兩側(cè)鋼筋環(huán)間穿有斜向鋼筋，頂部處設(shè)有水平鋼筋，與鋼筋環(huán)進(jìn)行綁扎，鋼筋設(shè)置1～2根，不宜過多，其中在邊坡頂部與底部設(shè)有內(nèi)置鋼筋環(huán)，與水平斜向鋼筋綁扎固定。

3 綠化生態(tài)制備、施工技術(shù)及優(yōu)點(diǎn)

3.1 制備技術(shù)方面

改進(jìn)了現(xiàn)階段的制備技術(shù)，同時(shí)解決了施工時(shí)路段鋪設(shè)膠凝材料與骨料脫離等問題，可以推廣使用。該制備技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)制備的透水混凝土相比，在強(qiáng)度上有明顯提高。

3.2 綠化構(gòu)造設(shè)計(jì)及配套的施工技術(shù)

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行現(xiàn)場加固肋模板的支設(shè)或預(yù)制吊裝加固肋構(gòu)件；（2）進(jìn)行加固肋混凝土的澆筑，并拆?；蜻M(jìn)行連接澆筑；（3）進(jìn)行生態(tài)混凝土在加固肋中間的澆筑，完成綠化構(gòu)造；（4）進(jìn)行綠化構(gòu)造表面生長土壤的鋪設(shè)；（5）進(jìn)行生態(tài)混凝土孔隙中營養(yǎng)液的碰撒并降堿處理；（6）進(jìn)行表面植被層的種植；（7）對植被層表面噴灑水，完成灌溉[5]。

該綠化構(gòu)造設(shè)計(jì)與施工技術(shù)具有2方面優(yōu)點(diǎn)：（1）綠化構(gòu)造具有良好的整體，帶有整體加強(qiáng)措施，同時(shí)保證水土不流失；（2）施工工序簡單，快速有效[6]。

3.3 公路邊坡構(gòu)造設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)公路坡度確定邊坡構(gòu)造尺寸，并確定中部與端部預(yù)制三角構(gòu)件的厚度及尺寸；（2）進(jìn)行中部與端部三角預(yù)制構(gòu)件的加工；（3）進(jìn)行現(xiàn)場三角預(yù)制構(gòu)件的施工放置，并進(jìn)行鋼筋環(huán)間的對接和斜向與水平向的鋼筋綁扎；（4）進(jìn)行預(yù)制三角構(gòu)件的內(nèi)部土壤鋪設(shè)；（5）進(jìn)行生態(tài)混凝土層的鋪設(shè)，并對其孔隙中營養(yǎng)液的碰撒并降堿處理；（6）進(jìn)行植被層的鋪設(shè)并種植；（7）澆筑現(xiàn)澆帶，完成邊坡構(gòu)造的施工[7]。

該構(gòu)造設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)上具有良好的整體性，自身預(yù)制構(gòu)件并具有三角穩(wěn)定性，其效果美觀，可適用于邊坡構(gòu)造；（2）具有快速施工優(yōu)點(diǎn)，通過預(yù)制構(gòu)件的現(xiàn)場放置，同時(shí)簡單支設(shè)底部模板即可，混凝土澆筑可沿斜坡順利澆筑，保證了密實(shí)度；（3）從構(gòu)造上來說，預(yù)制三角構(gòu)件兩側(cè)設(shè)有鋼筋環(huán)并與水平及斜向鋼筋綁扎，達(dá)到軟索結(jié)構(gòu)效果，便于施工；（4）該技術(shù)提供的施工技術(shù)簡單快速，采用預(yù)制和現(xiàn)澆的有利結(jié)合，使得護(hù)坡構(gòu)造應(yīng)用范圍較廣，滿足使用要求[8－9]。

4 結(jié)語

本研究借鑒德國海綿城市建設(shè)技術(shù)，用于在杭州小區(qū)等的改進(jìn)應(yīng)用研究。提出了透水混凝土路面基層制備技術(shù)，小區(qū)植被綠化構(gòu)造以及公路邊坡構(gòu)造設(shè)計(jì)，并采用相應(yīng)的施工技術(shù)，通過研究分析，確定了新技術(shù)、新構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)，可為我國海綿城市建設(shè)起到了推動(dòng)作用。但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，借鑒學(xué)習(xí)只是一個(gè)引用的過程，還需要進(jìn)一步消化吸收，因此，海綿城市的建設(shè)還有待后續(xù)的進(jìn)一步研究與推廣。