海绵城市理念下陶瓷厚板透水铺装系统探索

庄德辉

(广东金意陶陶瓷集团有限公司)

城市化是我国社会全面发展的重要推动力，然而高强度高密度的城市土地开发改变了原来的生态系统，破坏了原有的水文循环机制，导致城市水文调节能力下降。雨水长期无法回渗地下，地下水位逐年下降；强降雨常常导致城市内涝；不透水路面阻隔地面和大气之间水分和热量交换，导致城市热岛效应。解决地下水位下降、城市内涝和城市热岛效应等问题，是推动海绵城市建设的主要原因之一。

海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的弹性，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用，提升城市生态系统功能、缓解城市热岛效应和减少城市洪涝灾害的发生。

海绵城市应遵循生态优先的原则，将自然途径与人工措施相结合，最大限度保护原有河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等不受开发活动的影响；也包括绿地、花园、广场、可渗透路面等城市配套设施，重新构建“降水-径流-下渗-回用”的良性循环。

图1 海绵城市示意图

实现海绵城市理念，透水铺装是一项重要的措施。透水铺装是指雨水可以直接透过的人工铺筑面。透水铺装要求中间层与基层必须透水，且面层采用可透水的铺装材料或利用铺装手法使水可以顺利通过面层材料之间的接缝到达中间层和基层，实现渗透和保持雨水的功能。

第一类透水铺装：面层采用可透水的铺装材料，这类透水铺装最常用的是透水砖，靠贯通的毛孔透水。但透水砖强度偏低，自身承载力低，易破损，寒冷地区还有被冻融破坏的风险。毛孔易被沙砾粉尘等堵塞，难以清理，导致后期透水效果越来越差，逐渐失去透水作用；且路面积水会滋生青苔，防滑性下降，行人容易摔倒。这就要求透水砖铺装路面必须进行后期维护，但目前投入运营的透水砖铺装路面基本没有进行长期维护的。

第二类透水铺装：面层材料本身不透水，利用铺装手法使水可以顺利通过面层材料之间的接缝到达透水的中间层和基层。这类透水铺装最常用的材料是石材，其装饰效果和耐用程度比透水砖好，但石材存在易破裂和耐候性差等问题；同时石材资源不可再生，石材开采对环境的破坏无法复原，这些问题都限制了石材的使用。

寻找和研发更好的面层材料和相应的透水铺装系统，是海绵城市建设中一个值得研究的课题。陶瓷厚板透水铺装系统就是基于解决上述问题，参考第二类透水铺装模式，以陶瓷厚板替代天然石材作为面层材料的一种新型透水铺装。

陶瓷厚板透水铺装系统基本构造分为四层：面层、中间层、基层（含垫层）和土基（图2）。以陶瓷厚板为面层，使用特殊设计的EPP 透水垫板及PE 支撑垫作为中间层，雨水通过陶瓷厚板接缝进入中间层汇合渗入基层或土基，补充地下水源，或汇入集水设施进行净化回用，最大限度减少地面径流。

⑴面层：

图2 陶瓷厚板透水铺装系统基本构造图

透水铺装面层是整个铺装结构与大气接触的界面，是实现铺地与大气之间水分和热量交换的窗口，并直接承受交通荷载，因此面层必须坚固、平整、耐用，美观，具有良好的透水性、施工便利性和经济性。

本文中透水铺装面层材料采用的陶瓷厚板，是近年出现的一种新材料，指厚度20mm 以上的瓷质板材（吸水率不超过0.5%，一般小于0.1%）。陶瓷厚板各项性能指标（表1）远远优于天然石材，20mm 陶瓷厚板抗弯强度超过40MPa，承载力相当于1.5～2 倍厚度的花岗岩的承载力。陶瓷厚板替代或部分替代天然石材用于户外墙地面装饰，可以减少石材开采对环境的破坏，实现绿色环保和可持续发展。

面层的陶瓷厚板通过中间层的聚乙烯（PE）支撑垫支撑、固定及保持接缝一致，用粗砂或粗砂与水泥干拌灌缝，雨水可以通过接缝往下层渗透。

⑵中间层：微发泡聚丙烯(EPP)透水垫板+聚乙烯（PE）支撑垫

目前国内的透水铺装系统，没有中间层这个概念，这里参考国外一些公司的做法设置了中间层。中间层主要作用是支撑和固定面层的陶瓷厚板，增加透过面层的雨水与基层的接触面积，并将面层所受荷载分散传递到基层，以及缓和基层变形对面层产生的应力。

中间层分为敷设于基层表面的微发泡聚丙烯(EPP)透水垫板，及置于其上用于支撑和固定面层陶瓷厚板的聚乙烯（PE）支撑垫（图3）。

图3 中间层结构示意图

微发泡聚丙烯(EPP) 制品具有超强的抗震吸能性能、形变后恢复率高、耐化学腐蚀、耐油和耐热隔热性好等优点，可回收利用，可自然降解，是一种应用广泛的环保材料。

采用特殊设计的EPP 透水垫板，表面有导水槽和排水孔，每片垫板周边都有榫槽连锁设计（图4）。透过面层的雨水经过导水槽汇入排水孔流向基层，垂直渗透率（Vertical Permeability）＞1mm/sec，扩大排水孔径可以有效提高垂直渗透率。

EPP 透水垫板规格为900mm×600mm×20mm，密度0.06g/cm3，单片质量0.6kg，吸水率0.25%，弹性模量7.5MPa，抗拉强度0.1MPa，抗压强度压缩25%时为0.39MPa，压缩50%时为0.55MPa，压缩75%时为0.94MPa。

表1 陶瓷厚板与石材各项性能比较

图4 EPP 透水垫板

聚乙烯（PE）支撑垫也称作分隔片，起到支撑和固定面层陶瓷厚板、保持面层接缝一致和传递分散面层所受荷载的作用。支撑垫上的凸台设计有不同宽度，以控制面层陶瓷厚板间的接缝，可根据需要设计，有3mm、5mm、8mm、10mm 等（图5）。PE 支撑垫具有强度高、韧性好、承重强、重量轻、不吸水、耐油、耐腐蚀的优点，能提供稳定的支撑力。

图5 PE 支撑垫

⑶基层

基层（含垫层）是直接承受上部荷载并传入土基的受力层，同时是透水铺面实现透水和保水功能的关键。根据透水铺装所承受的交通荷载和当地降雨状况等，针对性选择基层材料和设计基层结构，基层厚度根据保水量设计，基层压实度不宜小于93%（重击实试验标准），回弹模量不小于80MPa。

基层做法是在夯实的土基上先铺透水土工织物，防止水分作用下土基颗粒反渗入基层，造成基层空隙堵塞和土基流失。其上再用级配碎石或大孔隙水泥稳定碎石做成垫层，垫层上铺透水混凝土基层（透水混凝土设计空隙率建议20%～30%，水灰比0.3～0.45，加减水剂时0.22～0.35，28d 弯拉强度不小于3.5MPa），这样可以大幅度提高铺面结构整体刚度和承受荷载的能力。

当土基透水能力有限，或透水铺装对土基强度和稳定性存在较大潜在风险时，可采用半保水铺装结构（图6）：在透水基层内设置透水管或排水板，在土基上表面敷设隔水薄膜，渗入基层的雨水不进入土基，而是通过基层底部的透水管汇入雨水收集设施，以保护土基、提高透水铺面承载能力和保持整个系统的稳定性和坚固性。

图6 半保水基层透水铺装结构图

公园人行园路等透水铺装，透水基层可以采用简易做法：在夯实的土基上直接铺透水土工织物，其上再铺找平砂层，厚度一般50mm 左右。找平砂层应使用粗中砂，避免使用细砂；可用少量干硬性水泥，与粗中砂拌和成砂浆，使找平砂层更为稳定和坚固。其上铺微发泡聚丙烯(EPP) 透水垫板和聚乙烯（PE）支撑垫作为中间层，再铺设面层陶瓷厚板。

⑷土基：

透水铺面的土基要承担雨水渗透和为其上的铺面结构提供支撑平台的作用。作为整个透水铺装的最底层，土基的好坏是整个铺装结构的关键所在。透水铺面的破坏，一般都是由于雨水对土基的浸润和冲刷，使整个结构体系变得软弱丧失稳定性。

土基一般直接用素土夯实。土基压实度不宜过大，一般控制在90%～93%（重型击实试验标准），回弹模量不宜小于30MPa。沙性土基是最优良的土基类型，可适用于所有透水铺装场合。粉性和泥性土基渗透不良，可采用掺配砂石的方法予以改良，对原土基进行一定厚度的换填。如遇特殊情况，土基另行处理。

为了提高铺面承载能力、保护土基和保持整个系统稳定和坚固性，可采用半保水透水铺装（图6）和提高土基模量的方法。

⑸铺装边界空间处理

边界空间指人行通道与绿地、建筑或设施间的交接空间。该类型的空间不便于行人通行，但需要承载人行道上的一些功能设施，如花坛、树池、坐凳等。边界空间的处理可以增强透水铺装场地应对雨水的能力，弥补透水铺装渗透能力的不足。

陶瓷厚板透水系统可以和其他材料如石板、砾石、卵石、草皮、塑胶、金属、沥青混凝土等完美结合，增强系统的透水功能和装饰效果。

边界空间的处理方式主要有三种：

①卵石缓冲带边界

卵石缓冲带为雨水进入绿地提供过滤缓冲作用，且使道路更加美观。

②渗透雨水沟边界

渗透雨水沟可以对透水铺装面来不及处理的径流雨水进行收集。

③雨水花池边界

雨水花池是将人行空间中的绿地、树池、花坛等休憩性空间做成雨水花池的形式，形成一个个生态绿岛，起到空间和生态集约的效果。

海绵城市建设是一项系统工程，这里没有涉及所有环节。文中提出的陶瓷厚板透水铺装方案，可用于非机动车道、人行道、园路（阶梯、磴道、栈道、廊桥、汀步等）、室外停车场、公共广场、休闲广场、景观水体等场所，具有安全环保、强度高、耐候性好、节约资源、维护成本低等诸多优点和广阔的前景，可以满足海绵城市透水铺贴各方面要求，已通过小型测试，后期如能建设示范案例，根据实际效果进行完善，进而制定和修改相关标准和规范，推广和扩大使用规模，可为海绵城市建设提供有益的借鉴和补充。