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(huì)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(chǔ)存、凈化系統(tǒng)處理[1]，在滲透的同時(shí)起到過濾、凈化和儲(chǔ)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(huì)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(huì)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(huì)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(chǔ)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(dòng)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(chǔ)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(chǔ)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(dòng)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(dòng)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(huì)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(huì)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(dòng)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(dòng)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。