透水砖应用于海绵城市建设的若干问题探讨

马成龙

（浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231）

近年来，随着气候的不断恶化，城市内涝问题频发。以往的城市建设以不透水铺装为主，导致城市地表大面积硬化，透水性差，甚至不具备透水能力，这是城市内涝的主要诱因。为保障城市健康发展，国家积极推动海绵城市建设，而透水砖的应用可以为海绵城市建设提供有力支持。透水砖具有较高的环保与生态价值，同时透水性能强，可解决不透水铺装造成的问题。

1 海绵城市概述

海绵城市，顾名思义，即像海绵一样的城市，具有海绵一样的弹性、吸水能力和蓄水能力，同时具备较强的水资源释放能力。面对洪涝灾害时，海绵城市可以借助自身的吸水和蓄水能力，降低洪涝灾害造成的影响。在干旱缺水时，海绵城市可以释放水资源，缓解缺水压力。与传统的城市建设理念不同，海绵城市建设更加注重生态修复以及水资源利用，不仅有助于规避城市内涝，还能起到净化城市环境、保障城市生态健康发展的作用。海绵城市能实现雨水在城市中的积蓄、渗透与净化，还可以在必要时实现对雨水的利用，是保障城市可持续发展的有效措施[1-2]。

相关研究证明，海绵城市对缓解径流污染以及控制城市内涝有重要作用，借助海绵城市建设，可以在暴雨时有效减小总径流量，同时降低溢流率[3]。目前，我国已经在多个城市开展了海绵城市试点建设，并取得了显著成效。我国幅员辽阔，城市众多，不同城市有着不同的环境特点，有的城市降雨量较大，进而面临巨大的内涝压力；有的城市处于干旱地区，因此缺水情况十分严重。但是无论哪种城市，海绵城市建设都有助于缓解城市发展过程中的水资源问题[4-5]。以往很多城市都会面临“逢雨必涝，雨停即旱”的尴尬局面。在

强降雨时，城市发生内涝，环境会受到破坏；降雨停止后，城市立即面临水资源不足的问题，对城市的发展造成了不利影响。因此，探索水危机的解决措施始终是城市发展的关键。解决水危机是一项系统性工程，并非一朝一夕可以实现。有的城市在海绵城市建设过程中存在急功近利的现象，比如直接将铺装完成的砖挖除，然后种上植物，通过这种方式加快海绵城市建设的步伐。但是这种方式过于偏激，没能认识到海绵城市建设是一项综合性、系统性工程，需要站在整体的角度解决问题，应积极参考成功经验，引进先进技术，保证海绵城市建设顺利开展，更有效地解决城市水危机。例如哈尔滨群力雨洪公园、六盘水城市海绵系统等，都是比较成功的案例，可以为其他城市的海绵城市建设提供参考。

2 透水砖应用于海绵城市建设探讨

2.1 透水砖概述

2.1.1 透水砖的特点

海绵城市建设的目的在于保障城市生态健康发展，同时解决城市水危机。海绵城市建设也可以看作对城市防洪排涝设施和技术的完善与改进，涉及雨水的回收再利用和管理等方面的问题。因此，在海绵城市建设过程中，必然会应用大量透水性材料，而透水砖便是主要的透水性材料[6-7]。透水砖也属于铺装材料，与传统的铺装材料相比，透水砖的生态价值更高、透水能力更强。传统的不透水铺装导致城市地表大面积硬化、透水性差，甚至不具备透水能力，不仅容易引发城市内涝，还容易造成城市污染，破坏城市生态，不利于缓解水危机，甚至会加剧城市水危机。透水砖则不同，其内部存在大量孔隙，形成了完善的排水通道。透水砖的孔隙率与其排水性能成正比，即透水砖的孔隙率越高，排水性能越好。例如有些透水砖的透水率可以达到20 mm/s，应用这种透水砖可以应对60 mm/h的降雨量。在降雨过程中，借助透水砖可以保证降雨的渗透率，有效缓解城市排水系统的压力，更好地规避城市内涝问题，同时也可以极大地提升城市的蓄水能力，使宝贵的水资源得到更好的利用。降雨之后，由于温度提升以及光照作用，储存在透水砖中的水分慢慢被蒸发，提升了城市湿度，同时吸收了大量热能，起到了调节城市温度与湿度的作用。此外，透水砖还具有多方面的作用，如透水砖的色彩丰富，可以增强城市的美感与艺术性。再比如透水砖能吸收噪音，可以有效缓解城市的噪声污染，净化城市环境。

2.1.2 透水砖的种类

透水砖的种类较多，主要有以下4类：（1）普通透水砖。普通透水砖最为常见，以普通碎石的多空混凝土材料为主。通常情况下，普通透水砖主要用于人行道建设。（2）混凝土透水砖。混凝土透水砖的主要材料为混凝土，同时增加透水剂用量，使混凝土透水砖具备透水能力。这种类型的透水砖制作工艺简便，并且成本相对较低，主要用于车行道建设以及高速公路建设。（3）聚合物纤维混凝土透水砖。这种类型的透水砖以水泥聚合物增强剂、花岗岩石骨料、聚丙烯纤维等为主要材料，对制作工艺要求较高，通常用于广场或者住宅小区人行道建设。（4）彩石复合混凝土透水砖。这种类型透水砖的主要特点是色彩鲜艳，通常用于园林景观建设或者中心广场建设等，能有效提升相关场景的艺术感。但是这种类型的透水砖成本相对较高，会在很大程度上限制其应用范围。

2.2 透水砖应用若干问题分析

2.2.1 系统适配性的评估

海绵城市建设需要将城市中的植物、湖泊等作为生命共同体，共同构建一个完整的系统，起到改善水环境以及修复城市水生态的作用，是保障城市可持续发展的重要举措，极大地提升了城市的水资源承载能力。因此，海绵城市建设是一项系统性工程，不能以单一地提升城市排水能力为目的，也不能片面强调提高雨水利用率[8-9]。透水砖的应用可以为系统性工程建设提供有力支持，在海绵城市建设过程中，铺装透水砖能更好地补充地下水，提升对雨水的净化和贮存能力，同时起到削减峰值流量以及控制径流总量的作用。但是在透水砖的应用过程中，需要结合雨水微循环系统的要求，否则透水砖铺装容易变成不积水铺装，与海绵城市建设的初衷相悖。在海绵城市建设过程中，对透水砖的应用需要充分评估透水砖应用场地的适配性，以充分发挥透水砖的优势，真正为海绵城市建设提供有力支持。对适配性的评估需要广泛收集相关材料，如透水砖应用场地的地质勘查数据、城市所在地的气象资料以及城市总体规划方面的资料等。在此基础上，还要进行现场调研，掌握土层结构、土壤渗透系数等方面的数据资料。全面且准确的资料是评估适配性的重要参考，能保障适配性评估结果的科学性与可靠性。结合评估结果判断应用场地是否适宜应用透水砖，并对透水砖铺装面积作出科学界定。此外，适配性评估还可以解决“怎么建”的问题，能为透水砖铺装施工提供参考依据，有助于提升透水砖铺装施工方案的科学性。

透水砖铺装主要分为两种类型，一种为转输型，另一种为蓄水型。以转输型透水铺装为例，在铺装施工过程中，为了实现水资源的转输，需要在透水基层的下部设置相应的排水系统，借助排水管或者排水沟渠起到水流引导和水流输送的作用，将渗入的雨水转输至相应的位置进行处理或者利用，以免雨水排入城市排水管道，有助于减轻城市排水系统的压力，同时也能极大地提升水资源的利用率。再以蓄水型铺装为例，可以使雨水直接蓄存在土壤基层孔隙中或者蓄存在透水基层的孔隙中。蓄水型铺装的应用对土壤的透水系数有一定的要求，需要其大于1.0×10-3mm/s，如果土壤的透水系统不能满足要求，可以考虑采用转输型透水铺装模式或者进行土体改良。在透水铺装过程中，还要注重保障与周围环境的协调性，如透水砖的颜色、透水砖铺装形式以及透水砖铺装图案等，这是影响城市景观的关键因素。只有保障透水砖铺装与周边环境相协调，才能更好地发挥透水砖的作用。

2.2.2 透水基层厚度的确定

透水砖铺装结构设计一方面要保障结构的透水能力，另一方面要考虑结构的荷载强度。通常情况下，在透水砖铺装结构设计过程中，先以荷载强度为基础进行设计，然后进行透水能力方面的设计。目前，我国对透水砖铺装结构的设计规范尚不完善，在荷载强度设计过程中可以参照《城镇道路路面设计规范》，保障结构的荷载强度符合标准要求。对透水性方面的设计尚无统一要求和方法，因此，需要结合不同地区的不同特点和海绵城市建设的实际需求进行透水能力设计，准确验算透水和蓄水能力。对透水砖铺装结构透水能力的验算比较复杂，并且没有统一的验算方法。如果在降水过程中，透水砖铺装最大渗透量与基层空隙中的水和渗入土基的水总量相等，可以按照以下公式进行验算：

式中：H基代表透水路面结构厚度（不包括透水砖面层厚度），mm；i代表设计降雨强度，mm/h；k土代表土基的平均渗透系数，cm/s；t代表降雨持续时间（一般按2 h计），h；v代表结构层（基层）的平均空隙率，%。

在应用上述公式进行验算时，如果验算结果难以符合要求，需要适当增加透水路面结构的厚度H基。此外，还可以提高平均空隙率或者提升土基的平均渗透系数。这些方式都能促进透水砖结构透水能力的提升。如果采取以上措施依然无法满足要求，说明该位置不适宜采用蓄水型透水铺装，应考虑采用转输型透水铺装模式。

2.2.3 透水能力的保护与恢复

通常情况下，与基层相比，透水铺装面层的空隙以及孔隙率都较小，因此，面层堵塞现象的发生概率较高。一旦透水铺装面层发生堵塞现象，会对整体透水能力造成不利影响。面对这种情况，相关人员需要加强透水能力的保护与恢复。首先，要从透水砖的生产环节入手，将面层施工安排在最后，避免其他环节施工对面层造成不利影响。其次，在透水砖出厂之后，需要对其面层进行覆盖保护，在灌缝和表面清理完成后将覆盖保护去除。通过这种方式可以对面层起到有效的保护作用，避免在施工过程中导致铺装面层堵塞。在透水砖的应用过程中，其渗透效果会随着服役时间的延长而不断减弱，这种趋势在服役两年之后表现得尤为明显，面层瞬时下渗速度会明显减缓，进而影响地表水下渗速度，容易造成地表积水。相较于透水砖铺装初期，其作用和效果明显减弱。之所以会出现这种状况，主要原因在于以下3个方面：首先，下垫层的透水系数逐渐减小。其次，透水砖在服役阶段会受到外界环境的影响，导致其表面的孔隙被堵塞。如垃圾、灰尘等的堆积，使透水砖表面孔隙堵塞，导致其渗透能力下降，影响雨水下渗速度，造成地面积水。透水砖在海绵城市建设中的应用存在“重建设、轻管理”的现象，在透水砖铺装过程中往往能保障施工质量，但是在透水砖服役阶段缺乏有效的管理和维护，导致透水砖的性能不断下降甚至丧失作用。因此，要注重对透水砖服役阶段的管理，加强清洁，以减少堵塞。例如，可以借助真空吸尘器对透水砖铺装表层空隙进行清洁，帮助透水砖有效恢复透水能力，甚至可以达到铺装之初的水平。最后，可以采用高压冲洗的方式帮助透水砖恢复渗透能力。这种方式比较适合应用年限较长的透水砖维护，还可以借助压力吹扫的方式帮助透水砖恢复透水能力。总之，维护的方式方法较多，并且随着技术的发展与完善，透水砖透水能力的恢复效果越来越显著。

3 结语

透水砖是海绵城市建设的重要设施，对规避城市内涝、解决城市水危机以及缓解城市热岛效应等具有重要作用。但在透水砖的应用过程中，需要充分评估其适配性，并合理确定透水基层的厚度，同时还要加强维护，保障其透水能力。