居住区透水铺装的设计应用浅析

刘小枫， 李建贵

(新疆农业大学林学院， 新疆乌鲁木齐 830052)

居住区透水铺装的设计应用浅析

刘小枫， 李建贵

(新疆农业大学林学院， 新疆乌鲁木齐 830052)

透水铺装在减少径流和削弱径流峰值方面具有显著作用，是海绵城市建设十分重要的一项措施。居住区通过各种铺装材料拼贴组合营造不同空间氛围，而现有透水材料不能完全满足居住区对于美观度的需求。文章建议通过缝隙和混合下渗模式解决雨水从铺装面层到基础的渗透路径，使居住区透水铺装材料的选择更广，为透水铺装在居住区的普及提供可行性支撑。

透水铺装； 居住区； 景观设计

2014年末，《海绵城市建设技术指南(试行)》由住房与城乡建设部颁布发行[1]。《指南》明确给出海绵城市建设具体措施，旨在将城市逐步建设成为能够解决降雨自然积存、渗透和净化的绿色生态城市，自此海绵城市建设提升到国家战略层面。

1 透水铺装的意义

透水铺装是一种最佳的海绵城市建设措施，和传统铺装方式比较具有以下几方面优势：

(1)透水铺装良好的下渗特性保证雨天能有效减少径流和降低径流峰值[2-3]。路面径流产生受阻，路面积水的减少保证了出行和财产安全。

(2)透水铺装将城市水循环重新连通，降雨能够通过透水铺装过滤下渗，补充地下水，保持土壤湿度[4]。

(3)透水铺装对地表径流引起的污染物(如碳氢化合物、重金属、悬浮固体等)扩散有显著的抑制作用。透水铺装的吸附功能能明显减少径流污染物浓度：Carsten Dierkes通过实验得出透水铺装对溶解性重金属的吸附消解能力显著[5]；Wilson研究多孔表面对油污的拦截，结果表明多孔透水材料能很好截留烃类化合物[6]；透水铺装对不同类型的污染物净化能力不同，有研究表明去除率在40 %～90 %之间[7]。

(4)透水铺装表面的凹凸和多孔结构能吸收车行噪音，为居住区营造安静舒适的环境。

2 常见透水铺装材料和结构

2.1 透水面层材料

景观中常见的透水铺装面层材料有透水砖、透水混凝土和自然型透水材料。

透水砖是由不同材料混合，通过特殊工艺压制成为一定规格的砖块。水泥混凝土、陶瓷原料、自然砂基是最常见的三种透水砖主要材料。

透水混凝土是特定粒径的骨料被胶凝材料包裹与水拌合后形成的多孔骨架结构水，通过骨料之间的点接触承重，以孔隙作为透水储水通道。透水性水泥混凝土和透水性沥青是目前市面上相似的两种透水混凝土，因胶凝材料和施工方法不同而存在细微差异。

透水混凝土是由水泥、骨料(碎石、贝壳碎片等具有一定强度的材料)、添加剂(外加剂、颜料等)和水混合而成的一种多孔轻质混凝土；而透水性沥青是将脱色沥青与各种颜色石料、色料和添加剂等材料在特定温度下混合搅拌得到的沥青混合料。透水沥青强度高于透水水泥混凝土材料，在市政道路建设中被更广泛的使用。钢渣透水沥青是一种新型绿色材料，钢渣透水沥青是将炼钢过程产生的废料作为骨料加入透水沥青中，解决了优质集料不足的同时又将废弃资料合理高效利用。钢渣沥青在环保特性上优于普通沥青混凝土，对建设“资源节约型、环境保护型”社会具有重大意义。此外经测试，钢渣沥青比一般沥青在防滑性能上也更突出。

自然型透水材料包括卵石、嵌草铺地、木料、树皮等天然材料。我国传统园林中随处可见鹅卵石铺成的园路，不仅美观又能起到透水的作用。

这些材料和做法都具有一定的局限性，比如在耐久性方面透水砖要差一些，而耐久性好的彩色混凝土大面积使用时，美观程度上不是很优秀。各类材料的各项性能见表1，为不同场地使用提供依据。

表1 不同透水面层材料特性

2.2 透水铺装的结构

图1 透水铺装结构

透水铺装结构大致分为面层、找平层、基层、垫层和土基层(图1)。

面层是直接被接触和看到的材料，对美观性、耐久性和强度方面有很高的要求。面层的透水能力直接影响降雨能否在径流和积水产生前迅速下渗。目前用于景观工程上的面层材料众多，文章上节已作罗列总结，在实际工程中应结合各材料特性根据预期承载情况和气候环境等因素灵活选择。面层厚度根据材料模块和承载力决定，一般不小于40 mm。

找平层是透水铺装面层到基层顶面的过渡。目的主要是平整基层顶面，为面层提供一个良好的施工条件；此外找平层能过滤通过面层下渗的雨水，避免雨水携带杂质堵塞基层孔隙并净化下渗水质。在面层材料为透水砖等小模块材料时，找平层常采用粗砂、中砂或干硬性砂浆来整平基层，起到稳定面层模块的作用；而当面层材料为透水混凝土这样的整体铺设材料时，常使用小粒径的级配碎石，主要目的是填平基层顶面孔隙，增大面层和基层的接触，能强化承载力。找平层的厚度一般不小于30 mm。

基层可分为透水基层和半透水基层(图2)。半透水基层不具有透水性，下渗雨水到达半透水基层表面后通过找坡侧向流动进入排水管网。常见的半透水基层不透水部分从上至下依次为水泥混凝土、砂砾垫层和稳定土基层。透水基层具有下渗和蓄水功能，常选用多孔水泥稳定碎石、级配砂砾、级配碎石、透水水泥混凝土、大粒径透水沥青混合料等作为基层材料[8]。基层的孔隙率影响基层强度，孔隙率越大强度越小，故半透水基层强度大于透水基层[9]。

(a) 透水基层结构

(b) 半透水基层结构

垫层位于土基层之上，起到改善和调整土基层水分和温度的功能，土基层状况不良的情况下垫层的存在尤其重要。垫层设置能改善土基层的承载能力，保障基层以上部分强度，减少受到土基层温度和湿度的影响。另一方面在全透水情况下，垫层能有效阻止土基层水饱和时黏土颗粒上浮堵塞基层。垫层一般采用小粒径的碎石或中粗砂等。

土基层是整个铺装系统的最底层，是铺装结构的关键，设计中应考虑不同荷载对土基的要求，以及泡水状态下的整体强度和稳定性。土基层也是雨水下渗最后一步，相比垫层、基层、找平层和面层，土基层的孔隙率最低，土基层的下渗能力直接影响整个透水铺装的下渗能力。应从土质选择、施工技术等方面把控土基层质量，保证最终透水性和荷载能力。

3 居住区透水铺装设计

透水材料的强度与孔隙率呈反比，孔隙率越大则强度越弱；而孔隙率又直接影响材料的透水性[10]。所以应该合理考虑场地承载选用适当的铺面材料，在满足预估承载力的前提下讨论铺装的透水性。居住区硬质场地根据使用功能和承重要求划分为：消防通道、游步道和活动场地。其中对承重要求依次为消防通道>活动场地≥游步道。考虑承重和景观需求，选择不同的面层材料和基础做法。

3.1 消防道路

消防通道具有通车需求，一般而言选用强度大的透水混凝土，保障其稳定性和耐久性。透水混凝土的强度取决于骨料自身的强度及粒径大小，此外胶凝物质(如沥青和水泥等)的粘结能力也会对强度造成影响。在具体工程中应依据实际情况选择不同强度的骨料种类和粒径，提高胶凝材料的性能。例如，选择以花岗岩等高强度的骨料；采用TPS改性沥青，此沥青在60℃的动力粘度高达117 000 Pa·S，是普通沥青的千倍之多。对于强度要求特别高的路段可选择半透水模式，即面层使用透水混凝土而基层半透水铺装结构。

3.2 游步道和活动场地

游步道和活动场地一般没有通车需求，故对整体铺装强度要求不高，原则上可采用全透水铺装模式。根据不同景观需求可选择透水砖、天然透水材料和透水混凝土面层。然而这些透水性面层材料往往不能完全满足居住区对美观度的要求，为提升整体品质面层材料可采用花岗岩为主、透水材料为辅的模式。根据花岗岩的使用量可分为：全部使用花岗岩的缝隙渗透模式；花岗岩和透水材料结合的分散渗透模式。

3.2.1 缝隙渗透模式

缝隙渗透模式是指铺装面层为不透水模块时，在模块间留10 mm左右的拼接缝，并用透水性材料填充(如中砂)固定，落到模块上的雨水能迅速透过接缝流向铺装基础，避免径流产生。基础采用透水材料，则雨水能够进一步过滤下渗，补充地下水或流入雨水收集系统(图3)。

图3 缝隙式渗透铺装结构

为提高缝隙下渗效率可在不透水模块边缘5 mm处切45°角，一定程度上相当于拓宽了下渗缝隙，同时也增加了铺装模块的细节设计(图4)。

图4 切角处理示意

3.2.2 混合渗透模式

混合渗透模式是指采用透水材料和不透水材料结合的方式，在平面上设计成不同的图案，雨水通过透水面层下渗。这种方式根本上与缝隙式渗透模式一致，为不透水面层寻找下渗通道，用下渗通道(缝隙或透水面层)将不透水面层划分成小块面域，阻碍径流汇聚。铺装基础采用透水材料(图5)。

平面图案设计应考虑不透水材料模数，可设计成点、线、面的形式(图6)，具体组合方式设计师可根据需求自由发挥。

图5 混合式渗透模式结构

3.3 排水管的设置

考虑有些居住区景观处于地下车库顶板上，雨水无法下渗补充地下水，在透水铺装的蓄水基层铺设多孔盲管，盲管连接主要雨水收集管道，将无法下渗的雨水集中收集利用或排放(图7)。即便是没有地下车库顶板的区域，在土壤下渗能力弱的情况下也可以加设盲管辅助排水，能有效提高暴雨时透水铺装系统的雨水径流控制能力。

实际项目中，如果土壤下渗能力强，同时地库顶板考虑了排水坡度，则可以不设多孔盲管。

(a) 点状组合

(b) 线状组合

(c) 面状组合

图7 增设盲管铺装结构

4 结束语

透水铺装措施是控制雨水径流的重要手段，对海绵城市建设效果显著。透水铺装核心是雨水能够透过面层短时间内下渗，避免径流产生，雨水在基层继续下渗或有序收集。保证雨水能有效通过铺装面层，除了选用透水性面层材料外，缝隙下渗模式和混合下渗模式在满足美观需求的同时解决了下渗问题。这两种方式不仅能达到透水铺装的要求，还能满足居住区对于铺装面层美观度的需求。

[1] 住房城乡建设部.海绵城市建设技术指南：低影响开发雨水系统构建(试行)[EB/OL].(2014-10-22)[2017-04-01].

[2] Scholz M. Wetland systems to control urban runoff[J]. Wetland System to Control Urban Runoff, 2006,4(2) : 315-325.

[3] 赵飞,张书函,陈建刚,等.透水铺装雨水入渗收集与径流削减技术研究[J]. 给水排水,2011(s1):254-258.

[4] 王俊岭,王雪明,张安,等. 基于“海绵城市”理念的透水铺装系统的研究进展[J]. 环境工程, 2015, 33(12):1-4.

[5] Dierkes C, Kuhlmann L, Kandasamy J. Pollution retention capability and maintenance of permeable pavements[J]. Global Solutions for Urban Drainage,2002:8-13.

[6] Wilson S, Newman A P, Puehmeier T, et al. Performance of an oil interceptor incorporated into a pervious pavement[J]. ICE Proceedings, Engineering Sustainability,2003,156(1):51-58.

[7] Fletcher T, Duncan H, Poelsma P. Stormwater Flow and Quality and the Effectiveness of Non-Proprietary Stormwater Treatment Measures: A Review and Gap Analysis[R]. CRC for Catchment Hydrology, 2004．

[8] 张欣红,何鑫. 几种透水人行道材料的分析与应用[J]. 城市道桥与防洪,2011(8):129-131.

[9] 王玉梅,郑志恒,谭英红,等. 多孔再生骨料混凝土强度及透水性能研究[J]. 混凝土,2015(7):26-30.

[10] 赵舶汛,孙立东,李汝凯,等. 聚氨酯碎石透水路面测试研究[R]. 2013年度西部地区公路学会学术年会.重庆:2013.

S731.5

A

[定稿日期]2017-06-11

刘小枫(1989～)，男，硕士研究生。

李建贵(1971～)，男，博士，教授，博士生导师。