透水砖在济南海绵城市建设中的应用

2015-07-28殷志奎山东绿景水土保持工程设计咨询有限公司山东济南250101

山东水利 2015年5期

殷志奎，于　苗，张　杰（山东绿景水土保持工程设计咨询有限公司，山东济南 250101）

透水砖在济南海绵城市建设中的应用

殷志奎，于苗，张杰
（山东绿景水土保持工程设计咨询有限公司，山东济南 250101）

【摘要】以济南为例，采用透水砖作为海绵城市建设的典型雨水促渗措施，对其种类、铺装要点、生态优势等方面进行分析与总结，并将透水砖铺装地面与常规硬化地面保水效益进行对比，结果显示，相同条件下透水砖地面比混凝土硬化地面下渗雨水量高出3～4倍，对于减轻地面径流效果明显。因此，透水砖是城市地面雨水下渗的良好材料。

【关键词】透水砖；雨水促渗；海绵城市；泉城；水生态文明

泉城济南，一座与“泉”息息相关的城市，随着城市的发展和进步，建设海绵城市、水生态文明城市逐渐成为“泉城”发展的主题。海绵城市要求在城建过程中，应用低影响开发模式，优先采用各类生态型措施，加强对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，使城市开发建设后的水文特征接近开发前，有效缓解城市内涝、消减城市径流污染负荷、节约水资源、保护和改善城市生态环境，进而建设成具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的海绵型城市。然而，随着城镇化进程的不断推进、城市建设硬化面积的大幅增加，直接导致地面雨水下渗量减少、径流量增加。

据了解，建筑区占地占据着城区近70%的土地面积，是城市雨水排水系统的起端，更是建设海绵城市，采取雨水促渗措施重点区域。目前，有效雨水蓄渗已在很多地区投入试点工程，比如屋顶绿化、生态树池、立面绿化、雨水花园、渗透管沟、下渗井、雨水收集等措施，本文以透水砖为例，分析雨水促渗措施在海绵城市建设中的巨大作用。

1　透水砖的分类

透水砖最早起源于荷兰，在荷兰人围海造城的过程中，发现排开海水后的地面会因为长期接触不到水分而造成持续不断的地面沉降，为了使地面不再下沉，荷兰人制造了一种小型路面砖铺设在街道路面上，并于砖之间预留了2mm的缝隙，使雨水从缝隙中渗入地下，所以透水砖也叫荷兰砖。目前已在德国、法国、日本、美国等广泛应用，并发展出越来越多的种类。

常用的透水砖类型很多，根据透水砖的制作工艺可分为水泥混凝土砖、陶瓷砖以及砂基砖。水泥混凝土砖是通过水泥胶结、压制成型；陶瓷砖是通过高温煅烧成型；砂基砖是以天然硅砂为原料，通过高分子粘结剂、常温下固结成形。

在透水性能方面，陶瓷砖＞砂基砖＞水泥混凝土砖，在制作成本方面与透水性能的排序相同。透水砖在使用过程中，应紧跟海绵城市的建设宗旨，在满足抗压强度的基础上，尽可能的采用透水性能佳的透水砖，而不是单纯的考虑成本。

2　透水砖的铺装

透水砖可应用于小区人行道、景观道路、广场、步行街等区域。一般如果使用透水砖，下层也会采用隔水层，主要是为了人行道上不积水，如果底层还采用透水层，一般人行道的基础就是薄薄一层沙砾，彻底透水之后会引起沉降不均。

因此，透水砖地面应根据相关规程进行铺设，一是满足荷载、透水、防滑等使用功能及抗冻胀等耐久性要求，二是要根据当地水文、地质、气候等条件，并结合区域雨水排放规划和雨洪利用要求来确定。

透水砖路面结构层由透水砖面层、找平层、基层、垫层组成，透水砖各结构层的要求分述如下：1）面层。透水砖的透水系数不小于1.0×10-2cm/s，防滑性能不小于60，耐磨系数不大于35mm；道路类型为人行道、步行街的透水砖抗压强度为40.0MPa，抗折强度为5.0MPa，砖缝间接缝宽度为3mm。2）找平层。面层与基层之间应设置找平层，该层透水性能不宜低于面层所采用的透水砖，一般采用中砂或透水干硬性砂浆，厚度为30mm。3）基层。基层采用级配碎石形式，基层顶面压实度按重型击实标准，应达到95%以上，级配碎石集料基层压碎值应小于26%，公称最大粒径不宜大于26.5mm，集料中小于或等于0.075mm颗粒含量不应超过3%；基层厚度为200mm。4）垫层。当透水砖路面土基为黏性土时，宜设置垫层，当土基为砂性土或底基层为级配碎、砾石时，可不设置垫层。

除以上结构层外，还要求土基应稳定、密实、均质，其中路槽底面土基回弹模量值不宜小于20MPa，压实度不应低于90%且不大于93%。

3　透水砖与常规硬化保水效益对比

透水砖以丰富多彩的颜色、多种多样的造型、以及“雨天不湿鞋”的特性，在城市中得到了越来越多的应用，但通过调查济南东部及南部的部分新建小区，大理石铺砌地面、沥青地面或混凝土地面的比重仍然较大，透水砖的使用率和使用面积仍有较大的提升空间。

参照《室外排水设计规范》（GB50014）和《雨水控制与利用工程设计规范》（DB11/685），混凝土、沥青地面雨水径流系数为0.8~0.9，大理石等铺砌地面雨水径流系数为0.5~0.6，但透水砖地面雨水径流系数仅为0.08~0.45。

水的流失量计算采用的经验公式为：

式中：Ls为项目建成后由于地面扰动每年损失的水量，m3；A为项目区地面扰动面积，m2；ψ1为地面扰动前径流系数；ψ2为地面扰动后径流系数；H为多年平均降雨量，mm。

针对上述几种地面形式保水效益的简单对此如表1示：

表1不同形式路面保水效益对比表

分析表1可知，透水砖地面的透水性能远比传统地面优越，下渗量可增加1～4倍，而济南市新建小区绿化率一般在35%左右，建筑密度在20%左右（高层住宅），道路广场占地比重可达45%。因此，若能保证透水砖铺装率，尽可能的使径流量不超过开发前的水平，可有效避免因城市建设造成的排洪压力，透水砖将成为济南市创建海绵城市和水生态文明城市的有力助推剂。

4　透水砖路面的优点

“海绵城市”以“海绵”一词极其形象地反应了对“吸水、滞水、吐水”的要求，而透水砖地面的很多生态优点与其相吻合。

一是对地下水资源的保护作用，雨水可以通过透水砖与地面下垫层相通的渗水路径渗入下部土壤，因而对于地下水资源保护起到积极的作用，因为市区硬化地面占总面积的比例较大，因此，可以有效缓解硬化地面对于城市地下水资源的负面影响。

二是吸声降噪，当声波打在透水砖表面时，声波引起小孔或间隙的空气运动，通过摩擦转变为热能，从而使声波衰减。

三是对城市热环境的改善作用，雨过天晴以后，下垫层中丰富的毛细水通过自然蒸发和太阳辐射作用下的蒸腾作用使地表的温度降低，从而有效地缓解了“热岛现象”。

四是缓解地表径流的作用，市区硬化地面常常出现雨水蓄积和漫流现象，这种情况无疑会加重城市排水系统的压力，而透水砖地面由于自身良好的透水性能，能有效地缓解城市排水系统的泄洪压力，径流曲线平缓，其峰值较低，并且流量也是缓升缓降，这对于城市防洪无疑是有利的。

5　透水砖应用中存在的问题

通过调查，济南市海信慧园、明湖白鹭郡、中建凤栖第等新建小区采用人车分流的形式，车辆通过小区外车辆入口全部进入地下车库，因此，小区内地面道路广场荷载要求较低，几乎全部采用了透水砖措施。新东方花园、盛世花城、新生活家园等小区设置有地面停车位，区内道路荷载要求较高，因此，采用了沥青路面，而广场及景观道路等荷载要求低的区域采取了透水砖措施。另外，泉城广场、国际会展中心等人流量较大，因此，从美观、耐用性等角度考虑，大部分采用了大理石地面，仅在部分绿化斑块或广场四周采取了透水砖措施。但是，仍有一些项目未综合考虑雨水蓄渗要求，即使适宜布设透水砖的区域，亦未采取相应措施。通过对比，透水铺装率高的小区，植物成活率更高，地面径流明显更低，夏季人体感受也更清凉，因此亟需人们更多的重视透水铺装率问题。