地面透水铺装优缺点教学内容.docx

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地面透水铺装优缺点教学内容

地面透水铺装优缺点

透水铺装对地表径流的影响及对城市的意义

1.透水铺装的概念

城市建设在创造人类生活空间的同时也改变着大自然原有的生态环境。

城市化的重要特征之一就是原有的天然植被不断被建筑物及非透水性硬化地面所取代,从而改变了自然土壤植被及下垫层的天然可渗透属性,城市硬化地面占整个城市区域面积相当的比例,因而,其生态效益的好坏对于城市生态环境起着至关重要的作用,选择生态效益良好的硬化地面铺装是改善城市广场及市区生态及物理环境的重要方面。

传统的城市道路、广场的硬化地面设计主要关注其耐久性等技术性能指标及视觉美观方面的要求,因而大量的使用非透水性铺装作为铺装结构。

但是非透水性铺装存在明显的生态环境缺陷,生态效益偏低。

与非透水性铺装相比,透水性铺装很好地体现了“与环境共生”的理念,它在营造良好的城市声、光、热等物理及生态环境方面具有独特的优势。

发挥城市绿化、水体及铺装的生态环境的综合效益,是改善城市人居环境的重要途径。

透水铺装是一种新兴的城市铺装型式，通过采用大空隙结构层或排水渗透设施使雨水能够通过铺装结构就地下渗，从而达到消除地表径流、雨水还原地下等目的。

因其具有涵养水分、改善人居环境和提高交通安全舒适性等功能而具有良好的发展前景。

2.透水性铺装材料的生态特征

现代城市的发展使得城市建成区不断扩张，城市内各种基本建设使原有自然的土壤表面被以水泥、柏油等为材料的不透水的人工铺装所封闭，从而引发了诸如地表径流增加、地下水补给减少、城市水体受到污染以及城市小气候恶化等问题。

尤其是由于地表径流系数的增加，大量雨水不能渗入土壤而直接排放，在分流制排水体制中会造成对城市水体的污染，在合流制排水体制中则会加大城市的排水压力，并严重影响城市污水处理厂的正常运行。

近年来，在全国各地快速城市化的背景下，上述问题口趋凸现，这显然与建设“资源节约型，环境友好型”社会的目标是相悖的。

透水铺装材料本身的多孔隙特性，为其过滤净化雨水、存蓄滞留雨水、消纳周边雨水提供了良好的条件。

一方面存蓄在透水铺装内部的雨水若通过收集系统进行收集，则可以得到大量的优质水源，既能够增加本地水资源可用量，又能够减少雨水净化处理的措施，降低投资和运行费，为城市提供更多的替代水源;另一方面，透水铺装的强入渗能力，可以帮助消纳周边不透水硬化面积产生的径流，起到控制区域雨水径流的作用，既为城市景观布局提供了更宽松的规划条件，又能够达到削减径流，截污减排的目的。

因此，研究透水铺装入渗雨水收集技术，以及透水不透水铺装立体组合技术将挖掘更多的雨水利用潜力，进一步完善透水铺装雨水控制利用技术，为城市雨水利用提供更多的措施。

3.透水性铺装材料应用的必要性

人类在创造为自己创造生存空间，建设城市时，也在改变着大自然的环境，破坏着大自然的循环与平衡。

城市化的重要特征之一就是原有的天然植被不断被建筑物及非透水性硬化地面所取代,从而改变了自然土壤植被及下垫层的天然可渗透属性，从而破坏了大自然中水和气的原有循环，因而产生了很多负面问题。

（1）硬化地面使雨水从地面流失或者被阳光蒸发掉,阻断了降水直接补充地下水的途径,使城市地下水难以得到补充,，造成城市地下水位下降。

影响地表植物的生长；

（2）不透气的地面很难与空气进行热量、水分的交换。

对空气的温度、湿度的调节能力差，且由于硬化地面的高反射率,使它在大量吸收、储存了太阳辐射热之后,又将热量反射释放出来,使城区的温度比郊区和乡村高2～3℃，产生“热岛现象”；

（3）不透水的道路容易积水，降低道路的舒适性和安全性；

（4）当短时间内集中降雨时，雨水只能通过下水设施排入河流。

大大加重了排水设施的负担。

并且雨水挟带路面的污染物注入江河造成二次污染，在城市里形成一种有雨洪灾、无雨旱灾的矛盾局面。

（5）不透水铺装严重地破坏了城市市区地表土壤的动植物生存环境,改变了大自然原有的生态平衡。

包括城市广场、建筑、道路等设施在内的城市下垫层代替了大自然原有的森林、绿地和田野,形成了“城市荒漠”,野生动植物逐渐失去了其赖以生存的环境而不断减少以致濒临灭绝。

（6）暴雨季节内涝频发，当短时间内集中强降雨时，不透水路面导致排水不畅，雨量过度集中造成路面积水、内涝，路面积水，影响行车安全，甚至造成交通瘫痪。

我国城市基础设施发展滞后的状况使得暴雨时城市排水设施不能有效满足排水及防洪的要求，市区硬化地面常常出现雨水蓄积和漫流现象，这是我国很多城市夏季产生城区内涝的重要原因。

不透水地面只能依靠表面汇水系统及城市排水管网排除地表降雨，在暴雨时这种地面径流急剧增高，很快出现峰值，流量急升急降。

（7）城市道路交通生态缺陷车辆在不透水路面行驶噪声较大，雨天易形成积水飞溅，无雨天易形成扬尘，危害人的健康。

4.透水路面及透水铺装材料的介绍

4.1透水路面的设计原理

透水型路面与普通路面最大的不同就在于透水性，而影响路面透水性的主要因素就是孔隙率。

据一项关于沥青混合料的孔隙率与透水性的关系研究显示，8%的孔隙率是沥青路面透水性急剧增长的拐点，见图1。

图1沥青混凝土透水系数-孔隙比

因此，如果设计的是不透水的密级配沥青路面，孔隙率应＜8%且不能太接近，最好在4%左右。

若设计是透水的开级配大孔隙沥青混凝土，孔隙率应＞8%，实

际应用＞15%，这才能保证路面畅通透水。

4.2不同透水材料制成的透水路面

4.2.1透水性混凝土路面

透水混凝土是一种多孔、轻质、无细骨料混凝土，将水泥、特殊添加剂、骨料、水用特殊配比混合而成，由粗骨料表面包覆一层胶结料相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，它比其他地面铺装材料更为优良、生态、环保，属于全透水类型，有很好的透水性、保水性、通气性，水能够很快地渗透混凝土；透水混凝土作为环境负荷减少型混凝土，具有与普通混凝土不同的特点即容重小、水毛细现象不显著、透水性大，胶结材料用量少、施工简单、绿色环保型和生态型的道路材料；透水混凝土地坪整体美观，透水效果良好，雨水收集充分，具有良好的经济效益和生态环境效益，同时透水混凝土具有吸声降噪、抗洪涝灾害、缓解城市的“热岛效应”等作用。

透水混凝土路面的结构形式自下到上依次为素土夯实、级配碎石、60～200mm透水混凝土，具体结构见图2。

图2透水型路面结构示意图

透水混凝土的施工主要包括摊铺、成型、表面处理、接缝处理等工序。

可采用机械或人工方法进行摊铺；成型可采用平板振动器、振动整平辊、手动推拉辊、振动整平梁等进行施工；表面处理主要是为了保证提高表面观感，对已成型的透水混凝土表面进行修整或清洗；透水混凝土路面接缝的设置与普通混凝土基本相同，缩缝等距布设，间距不宜超过6m。

透水混凝土施工后采用覆盖养护，洒水保湿养护至少7天，养护期间要防止混凝土表面孔隙被泥沙污染。

混凝土的日常维护包括日常的清扫、封堵孔隙的清理。

清理封堵孔隙可采用风机吹扫、高压冲洗或真空清扫等方法。

透水型路面可以将路面的雨水渗透到路基或是周围的土壤中加以储存，目前多数应用于园林绿地、公园、球场等。

为加大渗透能力，保证路基强度，也可以增加附属排水系统，排水流入城市管网或蓄水系统，主要应用在人行道及自行车道、社区内地面装饰、园林景观道路及城市广场、游泳池旁边及体育场、社区消防通道及轻量级道路、高尔夫球场电车道、户外停车场等道路承载大的地段。

图3透水混凝土铺装面层

4.2.2透水性沥青路面

透水型路面的另一种形式就是透水型沥青路面，属于半透水类型。

道路结构形式与普通沥青路面相同。

图4透水沥青面层

透水沥青路面又叫“排水降噪路面”，是一种新型路面结构，在原料中混入了特别研制的改性沥青、消石灰、纤维，能有效降低高速行驶的车辆与路面磨擦引起的爆破声，透水型沥青路面只是在路表面层采用透水沥青，底面层仍是普通沥青，在底面层两侧增加碎石排水暗沟，渗水通过路面底面层横向流入两侧的排水暗沟中，每隔一定距离在路边设置渗水井，雨水可以通过渗水井渗透到路基以下或统一排到蓄水池中储存起来循环利用，使雨水下渗。

路面积水的反光现象由此成为历史，雨天机动车打滑的现象也将大幅度减少。

雨天路面不积水、无水膜、无水雾、抗滑性好，视觉效果好，大幅度提高了雨天行车的安全性，也大大降低了车辆的漂滑现象，保证了行车的安全性。

此外，其特殊的大空隙表面结构使得路面表面温度比一般路面温度要低，还能够改善城市热岛效应。

这样就要求底面层施工时一定要控制好道路的横坡，否则沥青路面会有层间水长期存在，加快道路的破损。

具体结构面示意见图5和图6。

图5透水沥青路面横断示意图图6透水型沥青路面蓄水系统示意图

4.2.3透水砖

透水砖，又叫荷兰砖，其优点是不积水、排水快，抗压性强。

透水砖分为普通透水砖、聚合物纤维混凝土透水砖、彩石复合混凝土透水砖、彩石环氧通体透水砖、混凝土透水砖等。

透水砖路面适用于对路基承载能力要求不高的人行道、步行街、休闲广场、非机动车道、小区道路以及停车广场等场合，按照柔性路面设计方法进行路面结构设计。

目前,在市面上见到的透水砖从材质和生产工艺上可分为两大类,一类是以固体工业废料、生活垃圾和建筑垃圾为主要原料,通过粉碎、成形、高温烧制而成的具有透水砖的性能、符合透水砖标准的建筑装饰材料,称之为陶瓷透水砖;另一类是以无机非金属材料为主要原料,利用有机或无机粘结剂通过成形、固化而制成的具有透水砖性能、符合透水砖标准的建筑装饰材料,由于它无须烧成,所以称其为非陶瓷透水砖。

从产品本身的性能和使用功能上又可将透水砖分为砖体本身透水的透水砖和砖体本身不透水或本身只能渗水或微弱透水的透水砖。

本身不透水的透水砖有陶瓷的,也有非陶瓷的,其透水功能靠铺贴或拼凑组合时砖与砖之间的接缝实现。

单体不透水的陶瓷透水砖是将不同颜色的陶瓷砖块（20mm×30mm、30mm×50mm）按一定规格组合粘贴在一片特制的树脂板上,像马赛克一样。

该树脂板下面有支撑脚,以便于从砖接缝处漏下去的水渗入地下,达到透水的目的。

这种透水砖重量轻、铺砌方便,更换也方便,图案组合更容易实现,但成本较高。

陶瓷透水砖具有很多其他陶瓷砖所不具有的特性:

（1）高透水性;

（2）陶瓷透水砖的主要原料是工业废料,所以其生产减轻了工业废料对环境造成的污染;（3）高透水性生态陶瓷砖主要以工业固体废物为原料,且该砖的装饰效果特别好,所以它必然会代替其他类似的建筑材料,从而节约了其他工业原材料的使用,为节约资源做出贡献;（4）

由于陶瓷透水砖使用的工业废料都经高温煅烧过,所以其烧制过程除燃料本身放出的气体外,很少产生有害气体,减轻了废气对环境的污染;（5）陶瓷透水砖孔隙率高,吸音效果好,有防止噪音污染的功能。

另外,其表面摩擦系数大,行人行走轻松自如,从而消除行走时的疲劳感。

5.透水性铺装材料的生态优点

5.1　透水性铺装的生态及环境优势

透水性硬化路面及铺地（简称透水性铺装）的内部构造是由一系列与外部空气相连通的多孔结构形成骨架,同时又能满足路用及铺地强度和耐久性要求的地面铺装。

透水性铺装包括透水性沥青铺装、透水性混凝土铺装及透水性地砖等;我国传统的用于园林铺地的鹅卵石地面铺装也是透水性铺装的一种。

有些透水性地砖与绿化相结合,形成半绿化地面。

透水性铺装由于其本身良好环境效益越来越受到人们的重视。

5.2维护城市土壤生态环境的平衡

透水性铺装兼有良好的渗水性及保湿性,它既兼顾了人类活动对于硬化地面的使用要求,又能通过自身性能接近天然草坪和土壤地面的生态优势以便减轻城市非透水性硬化地面对大自然的破坏程度,透水性铺装地面以下的动植物及微生物的生存空间得到有效的保护,因而很好地体现了“与环境共生”的可持续发展理念。

5.3良好的防洪排水性能

由于自身良好的透水性能的渗水能力,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。

因此,铺装透水性地面不失为城市广场防涝的积极措施。

5.4改善光环境的作用

透水性铺装表面由于孔隙的存在使得投射到表面上的光线产生扩散反射,因而避免了光滑地砖或石材常出现的由定向反射而造成的眩光,雨天不透水地面聚集的水面同样会产生眩光,这种眩光在夜间的车灯照耀下特别严重,这是造成夜晚雨天行车交通事故多的重要原因之一。

透水性铺装由于及时消除表面积水,因而克服了行车“漂滑”、“飞溅”、“夜间眩光”等不透水地面所带来的缺陷,对城市交通安全也是有利的。

5.5具有吸音作用

当声波打在透水性铺装表面上时,声波引起透水性铺装内部小孔或间隙的空气运动,紧靠孔壁表面的空气运动速度较慢,由于摩擦和空气运动的粘滞阻力,一部分声能就转变为热能,从而使声波衰减;同时,小孔中空气和孔壁的热交换引起的热损失,也能使声能衰减。

由于城市高层建筑以及高架道路的不断增多,再加上穿过市区的飞机噪声,这些声源较高的噪声,从城市上空投射到透水性铺装表面上,根据上述原理,透水性铺装依靠其特有的吸声降噪机理对城市声环境起到明显的改善作用。

普通的非透水性硬化广场地面只能将声波重新反射,起不到吸声降噪的作用。

另一方面,透水性铺装的多孔结构能使在其上行驶车辆的轮胎噪声降低,进而对降低交通噪声也是有利的。

透水混凝土的孔隙结构能有效降低路面噪声6-10分贝。

5.6环保、优化城市环境

大孔隙率的透水工程材料能吸附城市污染物（如粉尘），减少扬尘污染，对地表污水起过滤作用。

而且在雨天可以有效的防止地表径流的情况出现，这样就可以防止垃圾随着地表径流随处漂，到处是脏水的情况。

使城市无论是晴天还是雨天都是干干净净的，更加环保。

5.7美化环境

可以在粘结剂中掺入各种色料，使得混凝土路面颜色变得多种多样，也很容易形成各种图案，可以结合周围景观自由设计，摆脱了以前黑色铺装的单一、凝重、压抑，丰富了城市路面的色彩，美化了城市的景观效果。

这种例子在我国已经很多了，我国正在积极研究，现在已有透水性生态彩色艺术地坪，它不但生态环保，且色彩、质感、花式多变，适宜不同的景观风格需求。

位于杭州市环城东路的金衙庄地道，就应用了透水混凝土铺装，一瓶矿泉水倒下去，不过两秒钟就完全渗下，解决了以往花岗岩铺装一遇雨雪天气路面打滑的问题。

金衙庄地道顶为浅黄色，壁为鹅黄色，透水混凝土则为深黄色，和谐而富于变化，与杭州其他冷色调的地道相比，丰富了杭州的色彩。

5.8经济效益显著

据专家测算，南京市可改造为透水铺装面积约370万平方米，如全部改造完毕，可蓄水69万立方米，相当于70台水泵的排水量；如果这部分降水混入污水系统，浪费严重；2007年，北京改造玉泉西街、体育场北路东段等9条奥运市政道路两侧步道，铺设步道总长5500米，覆盖步道面积2.5万平方米，年可节水1.2万立方米；透水材料铺装的地面与不透水材料铺装的地面工程造价基本持平或更低。

5.9有效治理河流治污

城市河道治污在城市建设中具有重要的意义。

透水混凝土可用于河道护坡，防止因水流对河堤的冲刷而水土流失，有利于绿化植物扎根生长。

应用效果超出有关部门对河岸实施生态修复工程的设想。

杭州市为实施“运河申遗”计划，大规模把透水混凝土运用到城市河道的堤岸、护坡工程，很好的实现“水清、岸绿、景美”，成为市民休闲游玩的好去处。

5.10有很好的储水性

透水混凝土能使雨水迅速渗入地下，补充地下水，保持土壤湿度，维护地下水和土壤的生态平衡，改善城市生态条件；又能避免因过度开采地下水而引起的地陷和房屋地基下沉等工程地质灾害。

经测算，5000万平方米透水地坪，按年降雨量600毫米计，可蓄水3000万立方米，相当一个中型水库容量。

可见透水混凝土铺装路面的蓄水潜力非常巨大！

5.11透水铺装对于城市地下水资源保护的作用

传统的非透水性铺装片面强调硬化地面的防水防渗性能,该路面将自然降雨完全与路面下部土层及地下水阻断降雨只好通过城市排水系统管网排入江、河、湖、海等地表水源中,这就造成城市地下水源难以得到及时的补充,严重影响雨水的有效利用。

同时不透水地面降雨时雨水是先通过地面的排水坡度或地表明沟排入下水道,雨水在进入下水道前要经过较长距离的地表径流才能进入城市地下排水系统。

该过程使相对较清洁的雨水溶入大量的城市地表污染物,这种径流过程中产生的二次污染,通过城市排水系统进入周围地表自然水体,因而加重了这些自然水体的污染程度。

透水性铺装通过本身与铺地下垫层相通的渗水路径将雨水直接渗入下部土壤,雨水通过土层的过滤还可以得到净化。

因此,用透水性铺装代替不透水铺装可以有效缓解城市不透水硬化地面对于城市水资源的负面影响。

日本属多雨国家,该国的单位面积年平均降雨量为1800mm,是世界年平均降雨量的215倍,20世纪70年代为解决“因抽取地下水而引起地基下沉”等问题,日本采取了“雨水的地下还原对策”,开发应用透水性沥青路面,20世纪80年代初期日本建设省推行“雨水渗透计划”。

日本透水性铺装主要应用于公园、广场、停车场、运动场及城市道路,1996年初,仅东京都就铺设透水性地面及铺地495000m2,据统计,东京透水性铺装市区雨水流出率由51.8%降低到5.4%。

20世纪90年代以来,国际上流行使用诸如透水沥青路面、透水性地砖以及类似我国园林的鹅卵石铺地等透水路面覆盖城市硬化地面,此举对于提高城市市区雨水利用,保证市区地下水的有效补充具有重要意义。

5.12透水铺装对于城市广场及市区热、湿环境的改善作用

透水性铺装由于自身一系列与外部空气及下部透水垫层相连通的多孔构造,雨过天晴以后,透水性铺装下垫层土壤中丰富的毛细水通过太阳辐射作用下的自然蒸发蒸腾作用,吸收大量的显热和潜热,使其地表温度降低,从而有效地缓解了“热岛现象”。

所以,城市广场及市区中透水性铺装与城市水体蒸发及绿化体系的蒸腾作用一样都将影响城市广场及市区的温度,对改善城市市区的热环境及形成局地风都有明显的作用。

“城市干燥化”是城市热岛效应的连锁反应之一。

北方城市在少雨季节常见的风沙起尘现象,究其原因就是地表的湿度及蒸发量减少,空气及地表的湿度过小,空气日益干燥。

该现象在缺水的北方城市尤其明显,这些城市如果使用透水性铺装,透水性铺装蒸发的水蒸汽会增加空气的湿度,这对于缓解“城市干燥化”也是有利的,该增湿作用可以有效地减少城市地面的起尘及“沙尘暴”危害。

5.13透水铺装对于城市地表土壤生态环境的改善作用

不透水铺装严重地破坏了城市市区地表土壤的动植物生存环境,改变了大自然原有的生态平衡。

包括城市广场、建筑、道路等设施在内的城市下垫层代替了大自然原有的森林、绿地和田野,形成了“城市荒漠”,野生动植物逐渐失去了其赖以生存的环境而不断减少以致濒临灭绝,可以说城市不透水硬化地面正是形成一系列城市地表生态环境危机的根源之一。

联合国环境计划署（UnitedNationsEnvironmentPro2gram,简称UNEP）制定的“人类环境宣言”和“生物多样性公约”正是针对上述危机而提出的世界范围的生态保护法规。

透水性铺装兼有良好的渗水性及保湿性,它既兼顾了人类活动对于硬化地面的使用要求,又能通过自身性能接近天然草坪和土壤地面的生态优势以便减轻城市非透水性硬化地面对大自然的破坏程度,透水性铺装地面以下的动植物及微生物的生存空间得到有效的保护,因而很好地体现了“与环境共生”的可持续发展理念。

5.14透水铺装对于城市防涝的作用

我国城市基础设施发展严重滞后的状况使得暴雨时节城市排水设施不能有效满足排水及防洪的要求,市区硬化地面常常出现雨水蓄积和漫流现象,这种情况下非透水性铺装无疑会加重城市排水系统的压力,它是我国很多城市夏季产生城区内涝的重要因素。

不透水地面只能依靠表面汇水系统及城市排水管网排除地表降雨,在暴雨时这种地面径流急剧增高,很快出现峰值,流量急升急降。

而透水性铺装地面由于自身良好的透水性能的渗水能力,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。

因此,铺装透水性地面不失为城市广场防涝的积极措施。

6.透水铺装代替一般铺面的优势

6.1补充地下水源

透水铺装能够使雨水迅速的渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件;

6.2减少积水

透水铺装无表面积水和夜间反光，提高了车辆、行人的通行舒适性与安全性，雨天路面无积水，避免轮胎与路面的水膜的形成，缩短刹车距离提高行车安全性;

6.3减少噪音

透水路面上大量的孔隙能够吸收车辆行驶时产生的噪音，营造安静舒适的环境;

6.4缓解热岛效应

透水铺装具有较大的孔隙并与土壤相通，能积蓄较多的热量和水分，有利于调节城市的生态环境，缓解热岛效应;

6.5防止内涝

当集中降雨时，能够减轻排水设施的负担，防止城市内涝，避免对公共水域的二次污染。

7.透水铺装对雨水径流的控制

透水铺装材料中的水分形态与一般土壤水类似，包括吸湿水、薄膜水、毛管水和重力水，但是，由于透水铺装介质中的大孔隙数量占主导地位，毛管作用大大减弱，重力作用成为下渗过程的主要驱动力。

因此，透水铺装材料雨水下渗可概化为基质入渗和大孔隙入渗两部分的总和。

透水铺装形式包括从面层、垫层到基层土壤各部分，降雨产流过程也应该从整体考虑，由于透水铺装材料和基层土壤材料的物理特性差异较大，其产流模式也有所区别，在基层土壤表面以超渗产流模式形成垫层内积水，在透水铺装层表面以蓄满产流形式形成地表积水，因此总体上透水铺装地面的产流应当为垂向混合产流模式。

通过与人工降雨试验结果对比，透水铺装地面降雨产流模型的计算结果能够满足要求，在其中，时问步长对模型计算结果的影响较小，建议在计算时取1min;铺装层田间持水量和饱和含水率对模型计算结果的影响较大，应根据材料测试结果慎重选择。

通过模型计算对不同季节进行情景分析可知，土壤和铺装层的初始含水率对透水铺装雨水径流控制的影响较大，但是由于透水铺装层本身具有较多的孔隙，能够存蓄的雨水量较大，因此各个季节透水铺装地面对雨水径流依然能够起到较好的控制作用。