陆继斌 李平菊

海绵城市理念下的城市透水性铺装技术探索

陆继斌 李平菊

城市化的快速发展，在推动我国经济、社会全面转型的同时，也带来了一系列生态问题。而透水性铺装技术正是基于现代海绵城市发展建设理念，在低影响开发雨水系统分支下产生的一种新型的水资源控制和调节技术。其不仅能够对城市水环境资源进行科学调控，而且能够促进大气降水按照既定的水文交互机制进行自我净化及渗流和储存。对此，本文将重点针对海绵城市理念指导下的城市透水性铺装开展的相关内容进行分析。

一、海绵城市理念指导下城市透水性铺装技术实施的背景

城市生态功能充分发挥的重要基础就是城市下垫面。在城市未被充分开发前，城市下垫面的水源涵养及水流渗透性能力较强。因此，在大气循环及植物的调蓄作用下，城市地下水与地表水径流能够得到充分交互与循环。所以，长期以来，城市雨水能够被地表土壤、植物吸收及自我渗透和蒸发，只有少量降雨以地表径流的形式，向城市洼地及湿地等区域输送，最终形成完整的城市水生态循环系统。

但是，在当前城市化迅速发展过程中，城市的构筑物和和地表植被被硬化铺装代替，由此使天然可渗透的地表变为沥青及混凝土和砖石等非渗透性材料。据相关数据统计，当前世界各国不同城市不透水材料的平均铺装面积已达50%以上，而在国内的北京及广州和上海等一线城市，不透水材料铺装面积已高达70%左右。城市不透水材料实际铺装面积不断增多，使地表径流系数不断增大。随着城市不透水路面增多，地表径流也会显著增加。当城市有强降雨时，由于城市地表不透水。因此，在下垫面影响下，就会使地表的峰现时间和增高洪峰时间提前，由此导致城市地表-地下排水管网流量超负。在此种情形下，就会引发严重的城市内涝现象。正是基于此背景，本文将重点探讨海绵城市理念指导下城市透水性铺装技术实施的相关内容。

二、海绵城市理念指导下城市透水性铺装技术实施方案

海绵城市理念下城市透水性铺装技术的实施，主要结合城市道路路面进行承载力设计和水文设计：

结合城市降雨和交通及气候、水文、土壤等条件，确定设计实施目标体系；展开方案设计，确定铺装材料厚度及孔隙度；径流量控制率核实；进一步确定实施方案；验算铺装材料负荷承载力；最终确定方案并展开铺装实施。

三、海绵城市理念指导下城市透水性铺装技术材料选择

当前我国海绵城市建设过程中，主要采用三种不同材料作为透水性铺装技术实施的材料。一种是包括混凝土透水路面砖及陶瓷透水路面砖和自然砂透水路面砖等材料在内的透水性路面砖。

其主要通过砖体本身的孔隙及面层铺砌材料的间隙等进行透水。这类材料按照技术工艺又可分为陶瓷和非陶瓷两类透水砖，其不仅场地适应力强，且施工便捷，成本低廉，但结构平整度不好，缝隙多，重力负荷承载力不强。在施工时，可能会出现结构隆起及松动和破损等情况。因此，可采用石灰石及水泥砂浆和混凝土进行垫层加固，然后再对面层进行铺砌。

传统的城市透水性沥青混合铺装材料主要由嵌挤及密实两种结构组成。其结构孔隙度一般在4%～6%之间，这种材料结构力学性能强，耐久稳定。但透水性不好；而在海绵城市建设中，透水性沥青混合铺装材料主要通过面层材料本身的孔隙及垫层和基层进行透水，结构属于骨架-孔隙型。在材料配和时，主要采用大粒径、大比例的粗集料进行配合。通过对矿粉填料及细集料进行严格控制，最终可使其透水率高达25%左右。因此，这种材料整体透水性强，结构负荷承载力好，尤其是结构平整美观，符合现代海绵城市建设要求。

除此之外，还有一种常用的铺装材料是由水以及水泥和集料，甚至其它相关增强性材料组成的透水砖等。这类材料主要通过骨料颗粒间可透水的较大间隙进行透水，材料主要由骨架-孔隙型级配的集料与少量细集料、胶结材料和增强材料混合配置而成。因此，材料透水性好，具有拱架结构的优势。其优点是制作成本低廉，施工方便，可采用机械设备进行规模化作业。但是，因其孔隙度较大，使此种材料整体结构耐久性和稳定性大大降低。

四、海绵城市理念指导下城市透水性铺装技术的功能优势

所谓透水性铺装，主要是指采用具有良好透水性和具有一定孔隙的材料，对城市地面进行铺设，从而使雨水进入铺装面层结构深处。在此技术实施基础上，使城市地表水流能够通过储水能力较强的基层下渗到土基内部，从而形成良好的地下水-地表水循环交互作用机制，以此使城市大气降水顺利下渗入地下，并对地下水环境起到良好的净化作用，城市地面透水性铺装循环机理如下：

通过在城市地面铺装透水性材料，从而形成良好的水循环交互体系，保证城市在雨天情况下，路面不积水，且确保路面雨水能够及时排走。当城市在晴天情况下，地表地气上升，从而有效缓解了城市的“热岛效应”。但是，城市化发展过程中，现代城市建设的基本要求是整洁和美观、大方。经过水泥混凝土硬化的道路整齐美观，且坚固耐久，但这种人为的改造和建设方式，从根本上阻碍和制约了城市原始的自然水循环过程。因此，对城市整体的生态环境造成了严重影响。随着海绵城市的建设及城市透水性铺装技术的实施，其在我国现代城市建设、发展中起到了积极作用，具体表现如下：

首先，城市透水性铺装技术的实施有效对地表径流起到了良好的削减作用。

由于透水性铺装材料具有自然环境中土壤对水分和地表径流的吸附与储存功能。因此，在透水性铺装材料的作用下，其能够通过自身孔隙，将城市大气降水等地表径流下渗和存储到城市土壤及地下路基中，从而将城市地表径流和洪峰削减比率分别控制在30%～80%之间和7%～70%之间。同时，也有效解决了城市地表严重的积水问题，使城市地下-地表管网泄洪压力大大下降。在此技术基础上，使地下水循环系统的蓄水调节能力提高，加快了地下水与地表水之间的交互。

再者，城市透水铺装技术的实施，有效对地下径流起到了良好的净化、调节作用。

经过硬化的城市路面中的地表径流，含有大量油污及大气悬浮颗粒物和清洁性溶剂，甚至还有大量车辆排放的废气及废渣等污染物质。这类污染性物质与地表水融合，使城市地表径流水质降为劣V类水，一旦有降雨，其将会通过城市道路排水管网直接进入城市公共区域，最终造成严重污染。而通过采用透水性铺装技术进行处理，能够将此类污染物下渗到城市垫层土壤中，使城市土层结构与基层结构具有良好的自然净化与过滤功能。

其次，城市透水铺装技术的实施，得益于透水性铺装材料的良好循环交互机理，其能够将城市地表大量悬浮颗粒及固体污染物降解，从而使城市地表径流得到净化，最终使城市地下水环境中的水质不断提高。

除此之外，由于透水性铺装材料具有良好的孔隙度和水资源存储能力。因此，海绵城市理念指导下的透水性铺装技术的实施，其还能够加快城市地下热量与地表及地下水分的交换和循环，从而对城市气候及“热岛效应”起到良好的调节作用。实践证明，采用透水性铺装材料对城市地面进行改造，能够将城市地面温度降低约3°～5°，由此有效避免了现代城市干热及热岛效应等不良现象出现。

五、结语

综上所述，城镇化过程中对土地资源高强度开发，使城市地下水环境生态系统发生了巨大变化，最突出的就是城市地面硬化面积越来越大，下垫面的水循环交互机理和机制受到影响。因此，致使城市水文资源调蓄能力大大下降。正是在此背景下，海绵城市建设理念和透水性铺装技术产生并得到应用推广。透水性铺装是应对当前我国城镇化迅速扩张中水环境问题的一种新理念，其有效解决了城市水资源匮乏及洪涝灾害频发等生态问题，成为推动城市化快速发展及海绵城市建设的重要基础。

（作者单位：陆继斌，濮阳市市政工程公司；李平菊，濮阳市市容环境卫生管理处）