透水鋪裝材料在現(xiàn)代城市景觀中的應(yīng)用

 

介紹了透水鋪裝材料的種類、功能和效益。透水鋪裝材料是一種新型戶外地面鋪裝材料，與傳統(tǒng)鋪裝材料最大區(qū)別在于透水性。透水鋪裝是“海綿城市”建設(shè)中的一個(gè)重要技術(shù)內(nèi)涵，可廣泛應(yīng)用于城市道路、綠地、公園、廣場、停車場等地面鋪裝，在現(xiàn)代城市建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。

 

 

透水鋪裝材料 | 透水性 | 生態(tài)性 | 海綿城市 | 景觀鋪裝 | 透水混凝土

 

 

透水鋪裝材料是一種新型戶外地面鋪裝材料，被譽(yù)為“會呼吸”的地面鋪裝。透水鋪裝通過采用大空隙結(jié)構(gòu)材料層，結(jié)合排水滲水設(shè)施，使自然降水能經(jīng)過鋪裝結(jié)構(gòu)就地下滲，結(jié)合收集、儲存、凈化系統(tǒng)處理[1]，在滲透的同時(shí)起到過濾、凈化和儲水的作用，補(bǔ)充地下水源。透水鋪裝可暫存雨水，削減雨季澇災(zāi)，具有良好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，是“海綿城市”建設(shè)中的一個(gè)重要技術(shù)內(nèi)涵。透水鋪裝可廣泛應(yīng)用于城市各級道路、綠地、公園、廣場、商業(yè)街、居住小區(qū)、庭院、停車場等各種景觀的地面鋪裝中，不僅滿足原有非透水性硬質(zhì)鋪裝的使用功能，還提高了人車出行的安全性和舒適性，改善了人居環(huán)境，具有廣泛的適用性和生態(tài)性。

 

非透水性硬質(zhì)鋪裝的弊端 

 

由于二氧化碳排放量的增加，導(dǎo)致氣候變化異常；暴雨的多發(fā)性、連續(xù)性和突發(fā)性成為近年來的特點(diǎn)，特別是在雨季更為嚴(yán)重。我國許多城市現(xiàn)有市政排水設(shè)施落后，無法有效滿足暴雨季節(jié)排水及防洪的需要。

非透水性硬質(zhì)鋪裝在下雨時(shí)會形成地面積水，影響人車的正常出行；積水嚴(yán)重時(shí)可形成內(nèi)澇，我國每年城市內(nèi)澇導(dǎo)致受災(zāi)人數(shù)超過7000萬。

 

非透水性硬質(zhì)鋪裝改變了自然土壤及墊層的滲透性，使80%的降水從地面流失。由于雨水地表徑流會將地面上的污物沖入城市周邊水體造成二次污染，破壞生態(tài)平衡，影響地表植物生長，提高城市綠地的養(yǎng)護(hù)成本。同時(shí)非透水性硬質(zhì)鋪裝切斷了降水補(bǔ)充地下水的重要通道，造成城市地下水位下降，人均水資源占有量減少。

非透水性硬質(zhì)鋪裝不具備自然土壤對環(huán)境空氣濕度、溫度的良性調(diào)節(jié)能力，不能使小氣候產(chǎn)生良性循環(huán)，最終形成“熱島效應(yīng)”。

非透水性硬質(zhì)鋪裝由于采用硬質(zhì)材料，車輛在路面上行駛時(shí)噪音大，雨天易造成交通安全隱患；平時(shí)易形成揚(yáng)塵，造成空氣污染等。

 

透水鋪裝材料的種類 

 

透水鋪裝從結(jié)構(gòu)上可分為面層、基層和墊層[3]，透水鋪裝面層主要有透水混凝土、透水瀝青、透水磚3種，應(yīng)根據(jù)室外環(huán)境的具體要求選擇合適的材料。

 

透水鋪裝面層

 

(1)透水混凝土。
透水混凝土鋪裝時(shí)主要采用整體現(xiàn)澆。透水混凝土是由水泥、添加劑、骨料和水混合制成。透水混凝土具有透水、保水、透氣、輕質(zhì)、美觀等優(yōu)點(diǎn)。透水混凝土孔隙率達(dá)15%～25%，孔穴成蜂窩狀結(jié)構(gòu)且分布均勻；透水速率達(dá)10～200cm/s[4]，高于普通排水配置下的排水速率。

透水混凝土具有較大的孔隙結(jié)構(gòu)，因此抗凍融能力強(qiáng)，不會受凍融影響產(chǎn)生面層斷裂。透水混凝土還具有獨(dú)特的吸聲降噪功能，能將地下溫度傳到地面從而降低整個(gè)鋪裝地面的溫度，在吸熱和儲熱方面接近于自然植被所覆蓋的地面，能緩解城市的熱島效應(yīng)。

透水混凝土的承載力達(dá)C20~C25混凝土承載標(biāo)準(zhǔn)[5]，能滿足車行人行的耐用耐磨性要求。

(2)透水瀝青。
透水瀝青是由改性瀝青、消石灰、纖維混合而成的一種新型透水鋪裝材料，屬半透水類型，孔隙率可達(dá)8%～22%。透水瀝青作為面層材料主要采用整體現(xiàn)澆，底層依舊采用普通瀝青；道路結(jié)構(gòu)形式與普通瀝青路面相同。

透水瀝青的大孔隙結(jié)構(gòu)能有效降低車輛與路面摩擦引起的噪聲，降低路面溫度；由于透水瀝青透水性良好，可減少路面積水產(chǎn)生的反光和打滑現(xiàn)象，提高雨天行車的安全性。透水瀝青中可添加不同的彩色添加劑，或在透水瀝青路面上噴涂彩色樹脂涂料形成豐富的色彩，用不同的色彩劃分不同的道路，劃分不同的使用空間，既可滿足使用功能又可強(qiáng)化道路交通安全，同時(shí)達(dá)到美化空間形成豐富的視覺景觀環(huán)境。

 

(3)透水磚。
透水磚也叫滲水磚，孔隙率可達(dá)20%～25%，透水率為20cm/s[6]，是塊狀透水鋪裝材料，采用拼裝鋪裝式。其透水性主要通過材料的多孔透水結(jié)構(gòu)以及鋪裝間接縫的透水通道這兩種方式來實(shí)現(xiàn)。

透水磚從材料和生產(chǎn)工藝來分主要有兩種類型：一種是陶瓷透水磚，這種透水磚以固體工業(yè)廢料及建筑垃圾等為原料，通過粉碎、成型、高溫?zé)Y(jié)而成；另一種是非陶瓷透水磚，以無機(jī)非金屬材料為主要材料，加入有機(jī)或無機(jī)粘結(jié)劑經(jīng)成型、固化而成。非陶瓷透水磚包括聚合物纖維混凝土透水磚、彩石復(fù)合混凝土透水磚、生態(tài)砂基透水磚、彩石環(huán)氧通體透水磚，還有結(jié)合光觸媒技術(shù)的自潔式透水磚。

透水磚孔隙率較高，因此具有高透水性、高散熱性；材料表面的微小凹凸肌理對防止路面打滑和反光、減小噪聲方面有明顯的效果。透水磚不易凍融變形，易清理和維護(hù)。由于透水磚的主要原料大部分是工業(yè)廢料，因此符合環(huán)保要求。透水磚的品種、規(guī)格、色彩和肌理多樣化，具有廣泛的應(yīng)用性和裝飾效果。

 

透水鋪裝基層和墊層

 

透水鋪裝要讓雨水通過地面直接滲入路基，不僅面層材料要具有良好的滲水性，基層和墊層材料也要有相應(yīng)的透水性。

對于透水鋪裝基層和墊層材料的選用，首先要具有較好的透水性能和較高強(qiáng)度，以滿足地面承載力的要求；其次要滿足極端氣溫條件下，最小凍脹率和最小承載力損失符合有關(guān)規(guī)范。

透水鋪裝基層材料一般采用透水性能好的級配礫石，工程上要求礫石的最大粒徑不大于53mm，常選用5～25mm連續(xù)級配礫石，空隙率約46%。

透水鋪裝墊層材料中，透水性能最好的是礫石墊層，透水性能最差的是勃土。當(dāng)墊層材料為勃土?xí)r，勃土中的含砂量決定土基的滲透性、承載力、凍脹程度，要求含砂量不能小于62.5%。

 

透水鋪裝的基本結(jié)構(gòu)

透水鋪裝一般根據(jù)使用功能來確定基層的不同厚度、溢流及排水的不同方式。透水鋪裝可分為以下幾種結(jié)構(gòu)[3]：

 

(1)強(qiáng)透水小蓄水基層。
這種基層主要由找平層和透水基層構(gòu)成。透水基層孔隙率很大，雖然厚度不大卻具有很強(qiáng)的透水能力，適合對承載力有較高要求，同時(shí)墊層透水能力也很強(qiáng)而降雨量較小的地域。主要適用于非機(jī)動車道、人行道、廣場、步行街、停車場、庭院等場所的透水路面。

 

(2)強(qiáng)透水強(qiáng)蓄水基層。
這種基層通常由找平層、蓄水層和土工織物3部分構(gòu)成，蓄水層孔隙率較小但厚度較大。遇到降雨量較大時(shí)，部分不能及時(shí)排出的雨水可以在較厚的基層中儲存，達(dá)到避免路面積水的效果。這種基層適合有較大降雨量以及城市中地勢較低易形成澇災(zāi)的地域，可以兼顧排水和蓄水的功能。

 

(3)靈活蓄水基層。
這種透水基層具有內(nèi)部溢流結(jié)構(gòu)。根據(jù)墊層的可滲透性分2類：第一類，當(dāng)墊層可滲透時(shí)，基層構(gòu)造從上而下依次是找平層、碎石層和透水型土工網(wǎng)格布，這種基層可以對透過面層材料的雨水暫時(shí)儲存并進(jìn)一步滲透。當(dāng)降雨量較小時(shí)，水可以直接通過墊層滲透到地下；當(dāng)降雨量較大時(shí)，基層蓄水飽和后水位高于內(nèi)部設(shè)置的溢流管管口時(shí)，雨水可以通過溢流管排出路外。內(nèi)部溢流管的位置要遠(yuǎn)離機(jī)動車道，設(shè)置方向是沿透水路面縱向均勻布置。第二類，當(dāng)墊層不能滲透時(shí)，在基層與墊層之間設(shè)置非透水型土工布，雨水通過基層內(nèi)部溢流管道排出路外而不是直接滲透到地下。這種基層適用于土基滲透系數(shù)小而且墊層滲水后承載力很低，或者降雨量較大并且有可能造成水源污染的區(qū)域。

 

(4)周邊溢流基層。
當(dāng)透水路面的使用功能是機(jī)動車道、停車場等，路面需要承受一定的車輛荷載，為了提高路面強(qiáng)度其透水能力會有所下降。為防止降雨量大時(shí)透水路面不能及時(shí)排掉所有雨水，采用周邊溢流結(jié)構(gòu)就可避免路面積水。透水路面周邊墊層有一定坡度，并且在墊層上設(shè)計(jì)有土工織物來提高其承載力，這樣整個(gè)基層相當(dāng)一個(gè)蓄水池，不能及時(shí)排掉的所有雨水可以直接從周邊溢流進(jìn)基層蓄水池，然后再排出路外而不會造成路面的積水。

 

透水鋪裝材料功能及效益

 

透水鋪裝與傳統(tǒng)非透水性硬質(zhì)鋪裝的最大區(qū)別在于透水性。透水鋪裝材料的內(nèi)部為一系列與外部空氣相通的多孔結(jié)構(gòu)，具有良好的滲水性及保濕性，與綠化相結(jié)合形成半綠化地面景觀，既能滿足人們對于路面強(qiáng)度和耐久性的使用要求，又通過接近天然草坪和土壤地面的生態(tài)性，最大程度減少地面鋪裝對動植物及微生物生存環(huán)境的破壞，減輕城市硬質(zhì)鋪裝對環(huán)境的負(fù)面影響。

 

透水鋪裝的生態(tài)功能

 

透水鋪裝有利于對光污染的改善。透水鋪裝材料的多孔隙反射擴(kuò)散光線，不同于非透水鋪裝材料在強(qiáng)光和雨天易產(chǎn)生眩光，尤其是光滑地磚或石材。透水鋪裝材料對城市交通提供了更多安全保障。

透水鋪裝有利于對城市濕熱小環(huán)境的改善。透水鋪裝下墊層土壤中有豐富的毛細(xì)水，通過太陽照射蒸發(fā)時(shí)吸收大量的潛熱和顯熱，從而降低了地表溫度達(dá)到緩解熱島效應(yīng)的作用。北方城市常見的沙塵現(xiàn)象，一個(gè)重要的原因就是硬質(zhì)地面減少了地表的濕度和蒸發(fā)量，導(dǎo)致了空氣干燥；而透水鋪裝的應(yīng)用可有效增加空氣濕度，改善城市氣候環(huán)境。

 

透水鋪裝有利于改善雨水的二次污染。透水材料的大孔隙能吸附城市粉塵等污染物，對地表污水有一定過濾作用，對徑流污染物的去除率達(dá)40%~90%[7]，可有效防止雨天污水橫流現(xiàn)象，減少二次污染。

透水鋪裝有利于治理城市河道污染。透水鋪裝用于河道護(hù)坡，有利于植物扎根生長防止水土流失。西安護(hù)城河生態(tài)改造工程大規(guī)模地將透水鋪裝材料應(yīng)用到河岸護(hù)坡，營造出清水長流、綠樹成蔭的優(yōu)美景觀，使護(hù)城河與環(huán)城公園渾然一體，成為市民休閑娛樂的公共場所。

透水鋪裝有利于排水防洪。由于自身良好的透水性能，能有效緩解由于城市排水設(shè)施不足、排水系統(tǒng)不暢的現(xiàn)象，因此透水鋪裝是城市防洪澇的一項(xiàng)重要措施。

透水鋪裝有利于減少城市噪音。為出行便捷，城市硬質(zhì)道路比例不斷增大，機(jī)動車輛來往密集造成了城市噪音污染嚴(yán)重。透水鋪裝不同于普通硬質(zhì)路面，它獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)能吸收大部分聲波，有效降低路面噪音6~10dB，對城市聲環(huán)境起到明顯的改善作用。

透水鋪裝不僅對生態(tài)環(huán)境有顯著的作用，還能對美化環(huán)境起到良好的作用。透水鋪裝材料有豐富的色彩，可根據(jù)使用空間的功能特點(diǎn)，鋪裝成不同的色彩，結(jié)合周邊景觀同時(shí)融合民族文化、地域文化和行業(yè)文化，把民族吉祥圖案和地域特征圖案等運(yùn)用到鋪裝設(shè)計(jì)中，形成豐富多彩、具有文化內(nèi)涵的鋪裝景觀，呈現(xiàn)鋪裝景觀的多樣性，改觀了傳統(tǒng)鋪裝材料以黑灰色調(diào)為主的單一呆板的視覺感受，營造出豐富的視覺環(huán)境和人文景觀，起到美化城市人居環(huán)境的作用。

 

透水鋪裝的經(jīng)濟(jì)效益

透水鋪裝能使雨水迅速下滲，達(dá)到補(bǔ)充地下水源，保持地下水及土壤的生態(tài)平衡。據(jù)測算，1000萬m2的透水地坪，如果按年降水量600mm計(jì)算，可蓄水600萬m3，相當(dāng)于1個(gè)小型水庫容量。

強(qiáng)大的蓄水能力可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年北京鋪設(shè)透水鋪裝180萬m2，達(dá)到年節(jié)水86.4萬m3的經(jīng)濟(jì)效益；南京市預(yù)計(jì)改造透水鋪裝面積370萬m2，如果全部改造完成可實(shí)現(xiàn)蓄水69萬m3。假如全國各大中小城市都普遍采用透水鋪裝這一措施，將對氣候的調(diào)節(jié)和人居環(huán)境的改善收到良好的效果，其經(jīng)濟(jì)效益更是不可估量。

 

結(jié)語

 

透水鋪裝作為一種新型環(huán)保路面，接近于天然草坪和土壤地面的生態(tài)優(yōu)勢，具有高透水性、高散熱性、防滑降噪、抗凍融、易清理等性能。透水鋪裝材料的大孔隙結(jié)構(gòu)可改善雨水滲流引起的二次污染，避免眩光和降低噪音，提高車輛通行的舒適性和安全性。透水鋪裝的蓄水、內(nèi)部和周邊溢流結(jié)構(gòu)，使透水鋪裝在滿足硬質(zhì)鋪裝使用功能的前提下，改善了城市濕熱小環(huán)境，具有排水防洪、美化環(huán)境的功能，產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。透水鋪裝適用范圍非常廣泛，可應(yīng)用于市政各級道路、園林、體育場館、停車場、小區(qū)、學(xué)校、商業(yè)廣場等領(lǐng)域地面景觀鋪裝。透水鋪裝材料豐富的色彩，可以營造出多樣化的鋪裝景觀，美化城市環(huán)境。透水鋪裝將有效解決我國城市原有非透水性硬質(zhì)鋪裝帶來的眾多生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)問題，是“海綿城市”建設(shè)中的一個(gè)重要技術(shù)措施，在現(xiàn)代城市景觀建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。