德国海绵城市技术在杭州小区的应用研究

徐柳

（浙江建设职业技术学院，浙江 杭州 310023）

0 前言

海绵城市建设主要是为了达到适应并顺应环境变化，具有很好的吸收与释放能力，其中在雨雪天可以透水、蓄水、净化水等功能，在干旱天气下，可以将储存的水资源释放出来，调节环境湿度，改善城市的生态环境，降低洪灾等灾害发生[1]。

国内道路在保证强度和耐久性的情况下，路面都采用密实浇筑，这样造成路面存在不排水现象，造成雨水大量流失，地下水严重缺少，破坏了自然的生态平衡。而雨水通过地下管网排到江河湖海，使得地下排水系统负担逐渐增加，因而出现了地面积水，使得路面在夜间存在反光现象，影响交通通行，存在安全隐患；而雨水和污水的排放，使得江河湖海存在污染等情况；同时，不排水路面也伴随着不透气，使得不能与空气进行热对流，失去调控地表湿度和温度的能力，产生“热岛现象”[2]。

海绵城市的建设既可美化环境，同时，还可以缓解城市排水问题，因此引起较多的关注。早在40多年前，发达国家开始了海绵城市的研究。通过海绵城市相关理论研究后，将其成功运用到生活的道路当中，主要实践于公园道路的透水砖、人行道、停车场以及学校的体育场所等，图1所示为海绵城市概念。

图1 海绵城市概念示意

1 德国海绵城市应用理念

德国海绵城市的发展在世界上位居前列，拥有成熟的建设技术，同时在法规和政策方面还具有很好的保障。德国于1989年颁布了《雨水利用设施标准》，标志着雨水利用技术的成熟，1992年应用了“第二代”雨水利用技术，21世纪初形成了“第三代”雨水利用技术及相关的标准。

德国海绵城市建设应用理念是通过综合管理和应用雨水，根据雨水受污染程度，接受水体的能力，采用不同处理方式。得益于发达的地下管网系统、先进的雨水综合利用技术和规划合理的城市绿地建设，德国“海绵城市”建设颇有成效[3]。3种城市雨水利用方式如下：

（1）屋面雨水集蓄系统。收集的雨水经简单处理后，可用于家庭、公共场所和企业的非饮用水。

（2）雨水截污与渗透系统。道路雨洪通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。德国城市街道雨洪管道口均设有截污挂篮，以拦截雨洪径流携带的污染物。城市地面使用可渗透地砖，以减小径流。

（3）生态小区雨水利用系统。小区沿着排水道修建可渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水径流时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨洪池或人工湿地，作为水景或继续下渗[4]。

2 杭州小区绿化生态应用技术研究

对于杭州地区以及部分小区居住的环境，借鉴德国海绵城市的建设理念，进行了三方面的改进及应用研究，针对制备技术、绿化、公路边坡构造进行改进。

2.1 透水混凝土路面基层制备技术

在透水混凝土前期材料准备方面，采用建筑垃圾、碎石、胶凝材料、减水剂等进行制备。建筑垃圾：采用废砖，来源于周边农村等砖混房屋拆除后砖骨料进行破碎，其表观密度为1700 kg/m3，堆积密度为900 kg/m3，吸水率为15.5%，粒径优选5 mm均匀粒径；碎石：表观密度为2600 kg/m3，堆积密度为1400 kg/m3，优选粒径为5 mm均匀粒径；水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，密度为3100 kg/m3；粉煤灰：Ⅱ级，密度为2100 kg/m3；减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为25%，密度为1100 kg/m3；拌和水：自来水。

在制备技术方面，由于杭州地区天气潮湿的原因，会对透水混凝土和生态混凝土的水胶比产生影响，同时传统制备技术会造成的混凝土分层等问题，使得透水效果不佳。而现阶段同时大力推广绿色生态环保理念，为此利用采用建筑垃圾制备透水混凝土和生态混凝土，制备技术主要包括以下几个步骤：

（1）现场根据配合比准备施工用材料；

（2）预先配置骨料：将碎石、建筑垃圾及再生骨料搅拌均匀；

（3）粗骨料改良处理：在（2）所得粗骨料中加入水，加水量为粗骨料达到所需吸水率用水量的70%，之后加入透水混凝土所需40%的水泥与40%的粉煤灰进行搅拌，对粗骨料进行预处理；

（4）骨料与胶凝材料混合：在（3）中得到的拌合物中加入剩余的胶凝材料进行搅拌，拌合完毕后胶凝材料通过骨料表面润湿的水分附着于骨料表面；

（5）掺入减水剂：在（4）中得到的拌合物中掺入透水混凝土所需50%的水和所需的减水剂，搅拌5 min；

（6）将原材料搅拌均匀：将（5）得到的拌合物中加入剩余水量进行搅拌，直至骨料表面湿润微带流动性，使得骨料被胶凝材料均匀包裹，得到新拌混凝土。进行施工铺装。

2.2 植被绿化构造设计研究

在植被绿化方面进行构造改进，主要采用上表面植被层、生长土壤、植生型生态混凝土、加固肋进行绿化方面的应用改进。其中表面植被层用于种植草木，生长土壤用于供应植物生长提供材料，包括水分以及营养成分，其厚度为70 mm。生态混凝土位于生长土层下部，用于维护植被层，同时提供孔隙为植物生长，生态混凝土的强度在C15以上，透水系数为1.5 mm/s以上，孔隙率为15%以上，pH值为7～9，其厚度为35 mm。加固肋为混凝土浇筑，强度为C20以上，其厚度为110 mm，边缘肋宽为60 mm,中间均匀分割为350 mm×350 mm，中间肋宽50 mm。施工时可以分为整体浇筑与预制2种形式。现场布置时，采用正方形网格布置与交叉网格布置，图2为改进绿化构造设计。

图2 改进绿化构造示意

2.3 公路边坡构造设计研究

对于公路两侧边坡，吸取德国边坡技术，并在杭州小区等地进行改进技术应用，达到因地制宜的效果。边坡设计主要包括中部预制三角构件，整体形式为等腰直角三角形，边长尺寸根据护坡宽度确定，采用混凝土预制浇筑，其中左右两侧预埋钢筋环，间距为400～600 mm，钢筋直径为15～25 mm。预制三角构件宽度为200～300 mm，厚度为150～350 mm，根据所用领域确定。

（1）端部预制三角构件、预埋钢筋环中部构件预埋钢筋环错位，顶部与现浇部分连接也设有钢筋环，间距为1000～1500 mm，保证顺利施工放置，中部与端部预制三角构件，内部铺设土壤层、植生型生态混凝土与植被层，各层的厚度根据预制三角构件厚度按照比例分配，其分配比例为：植被层∶生态混凝土∶土壤层=1∶5∶6.5，生态混凝土强度为C10，透水系数为1 mm/s，孔隙率为15%～25%，pH值为6～9。图3为传统边坡和护坡构造，图4为改进后公路边坡构造。

图3 传统边坡和护坡构造。

图4 改进后公路边坡构造

（2）现浇带、生态混凝土及加固钢筋与锁环。现浇带为预制三角构件之间的连接缝，其中两侧钢筋环间穿有斜向钢筋，顶部处设有水平钢筋，与钢筋环进行绑扎，钢筋设置1～2根，不宜过多，其中在边坡顶部与底部设有内置钢筋环，与水平斜向钢筋绑扎固定。

3 绿化生态制备、施工技术及优点

3.1 制备技术方面

改进了现阶段的制备技术，同时解决了施工时路段铺设胶凝材料与骨料脱离等问题，可以推广使用。该制备技术与传统技术制备的透水混凝土相比，在强度上有明显提高。

3.2 绿化构造设计及配套的施工技术

（1）根据设计要求，进行现场加固肋模板的支设或预制吊装加固肋构件；（2）进行加固肋混凝土的浇筑，并拆模或进行连接浇筑；（3）进行生态混凝土在加固肋中间的浇筑，完成绿化构造；（4）进行绿化构造表面生长土壤的铺设；（5）进行生态混凝土孔隙中营养液的碰撒并降碱处理；（6）进行表面植被层的种植；（7）对植被层表面喷洒水，完成灌溉[5]。

该绿化构造设计与施工技术具有2方面优点：（1）绿化构造具有良好的整体，带有整体加强措施，同时保证水土不流失；（2）施工工序简单，快速有效[6]。

3.3 公路边坡构造设计

（1）根据公路坡度确定边坡构造尺寸，并确定中部与端部预制三角构件的厚度及尺寸；（2）进行中部与端部三角预制构件的加工；（3）进行现场三角预制构件的施工放置，并进行钢筋环间的对接和斜向与水平向的钢筋绑扎；（4）进行预制三角构件的内部土壤铺设；（5）进行生态混凝土层的铺设，并对其孔隙中营养液的碰撒并降碱处理；（6）进行植被层的铺设并种植；（7）浇筑现浇带，完成边坡构造的施工[7]。

该构造设计具有以下优点：

（1）结构上具有良好的整体性，自身预制构件并具有三角稳定性，其效果美观，可适用于边坡构造；（2）具有快速施工优点，通过预制构件的现场放置，同时简单支设底部模板即可，混凝土浇筑可沿斜坡顺利浇筑，保证了密实度；（3）从构造上来说，预制三角构件两侧设有钢筋环并与水平及斜向钢筋绑扎，达到软索结构效果，便于施工；（4）该技术提供的施工技术简单快速，采用预制和现浇的有利结合，使得护坡构造应用范围较广，满足使用要求[8－9]。

4 结语

本研究借鉴德国海绵城市建设技术，用于在杭州小区等的改进应用研究。提出了透水混凝土路面基层制备技术，小区植被绿化构造以及公路边坡构造设计，并采用相应的施工技术，通过研究分析，确定了新技术、新构造的优点，可为我国海绵城市建设起到了推动作用。但这些还远远不够，借鉴学习只是一个引用的过程，还需要进一步消化吸收，因此，海绵城市的建设还有待后续的进一步研究与推广。