CN103352411B - 基于砼砂基透水砖的雨水渗透收集装置 - Google Patents

Abstract

一种基于砼砂基透水砖的雨水渗透收集装置，建筑设计技术领域。其特征是采用砼砂基透水砖铺设人行步道、广场，雨水进入砼砂基路面透水砖、盖板透水砖，经过砾石垫层和碎石垫层过滤，经由集雨细沟边墙的沟壁透水砖进入集雨沟，然后汇集到广场上的蓄水池中，用作景观或灌溉用水；其特征也在于采用筛选处理后的沙漠砂为主要骨料，高标号水泥为粘结剂并加合适的添加剂，砖体上设有上窄下宽的圆台形透水孔洞，砖体上表面设有防滑条纹。本发明的效果和益处是充分利用沙漠砂；高强耐久，且造价低；透水性好，且透水孔不宜堵塞；安全舒适；充分利用广场这一良好的雨水收集面；雨水处理简单可行。

Description

基于砼砂基透水砖的雨水渗透收集装置

技术领域

本发明属于建筑设计技术领域，涉及到一种基于砂基透水砖的雨水渗透收集装置的设计，特别涉及到一种砼砂基透水砖的设计制作，该装置用于收集、过滤路面及广场的雨水。

背景技术

据中国发改委及水利部公布资料表明，中国有400多个城市缺水，约占全国城市的2/3，其中约200个城市严重缺水。特别是人口在100万以上的32个大城市中，有30个城市缺水。随着城市规模的不断扩大、城市人口的急剧增加和经济的迅速发展,导致需水量不断增加,同时产生大量污水,造成了水体污染,加剧了水资源的短缺。

城市雨水具有危害性及资源性。随着城市化进程的加快，城市中硬质路面铺砌面积和建筑密度不断增加，引起地面雨水径流量增加，下渗量减小，洪涝频发，危害加剧；初期径流雨水含有大量杂质，直接排入水体，污染河道；许多城市由于水资源短缺，过度开采地下水，地下水得不到有效补充，地下漏斗越来越大。而经过简单处理后的雨水，不仅可以作为开源节流的一种手段回用于城市绿化、喷洒道路等，还能渗透回灌地下减缓城区雨水洪涝和地下水位的下降，控制雨水径流污染，改善城市生态环境，实现经济和社会的可持续发展(郭丕旻，张泰源.城市雨水利用—实现生态城市的必由之路[J],创新科技，2013,02:50-51)。在发达国家，关于城市雨水的收集利用并使之资源化问题的研究起步较早，取得了很多成果和经验。德国是欧洲开展雨水利用工程最好的国家之一,德国部分地区利用雨水可节约饮用水量的50％。国内城市雨水利用起步较晚，北京、大连、天津等许多城市已经相继开始研究。走在龙头的北京已进入示范与实践阶段，已建成一些生态小区，考虑了雨水的渗透、滞留和回用。实践证明，雨水集蓄技术是适应我国大部分地区的水资源开发利用技术，进一步发掘雨水集蓄利用技术的潜力是我国解决水资源危机的有效途径之一，是城市建设发展的切实问题。

城市道路路面、广场和停车场等都是良好的雨水收集面。降雨后自然产生径流，只要修建一些简单的雨水收集和蓄存工程,就可将雨水资源化，用于城市清洁、绿地灌溉、维持城市水景等(李梅，李佩成，于晓晶.城市雨水收集模式和处理技术[A]，山东建筑大学学报,2007,06(22):518-520)。由于城市雨水在降落过程中，携带了一定浓度的溶解性气体、悬浮物及溶解性固体等，并且在形成径流过程中受到屋面材料、道路路面等因素的影响，致使水质变差。如何进行雨水的低成本的过滤、处理，使之成为满足使用要求的清洁水，也是当前需要解决的课题之一。

我国是世界上土地沙漠化分布较广、危害极为严重的国家之一。根据国家林业局2011年发布的《中国荒漠化和沙化状况公报》，至2009年底，我国沙化土地面积为173.11万平方公里。我国沙漠、沙地分布地区涉及902个县(旗、区)，主要分布在新疆、内蒙古、西藏、青海、甘肃5省(自治区)。一些沙漠分布区同时又是重要的能源基地，如内蒙古地区，它们有的又离城镇比较近。一方面这些沙漠的流动对城镇生态安全构成威胁，另一方面这些能源城镇的发展有资源需要，在这些城镇边缘的沙漠砂如果能作为资源利用，就是沙漠资源化治理的最理想模式(黄强，郭银祥，向广军.沙漠资源化治理[A],中国非金属矿工业导刊,2008增刊)。如何合理利用沙子，使之变废为宝，成为一种资源得到有效合理的利用，同样是现如今科研的热点问题。

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性能,符合透水砖标准的建筑装饰材料,我们把它叫做陶瓷透水砖；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,所以我们称其为非陶瓷透水砖(马养志.透水砖的生产工艺与发展前景[J],砖瓦,2004,07:47-49)。在城市环保意识日益增强的今天，市场上也出现了诸多透水砖产品，在一些城市进行了推广应用，但在市场化的过程中同样暴露出一些问题。陶瓷透水砖的生产需要高温烧结，消耗大量的能源；需要黏土等原料，消耗资源的同时生产受到地域的限制。非陶瓷透水砖目前市场产品普遍存在着生产成本偏高，难以市场推广；透水孔宜堵塞，降低透水效率；抗压抗折强度低，耐久性差等问题。如何解决这些问题，改变设计思路，改进生产工艺，提高透水砖性能，是目前透水砖研究的主要方向之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于广场雨水收集和再利用的装置，该装置用于解决利用砂基透水砖收集广场雨水的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于砼砂基透水砖的雨水渗透收集装置，该装置所用建筑材料包括砼砂基路面透水砖、砼砂基盖板、砼砂基沟壁透水砖、砾石、碎石和土工布；该装置包括砼砂基透水砖铺装广场、找平层、砾石垫层、碎石垫层、集雨细沟、素混凝土垫层、蓄水池；砼砂基透水砖铺装广场是由砼砂基路面透水砖、砼砂基盖板铺装而成；砼砂基路面透水砖下依次是找平层、土工布、砾石垫层，在靠近集雨细沟的侧壁处需要额外铺设土工布和碎石垫层，碎石垫层靠近集雨细沟的侧壁，额外铺设的土工布设置在砾石垫层和碎石垫层之间；集雨细沟侧壁由砼砂基沟壁透水砖构成，集雨细沟底部铺设素混凝土垫层，集雨细沟上部直接加盖砼砂基盖板；经过砼砂基透水砖铺装广场下渗的雨水流入集雨细沟，然后汇集到蓄水池中，其中，砼砂基路面透水砖采用筛选处理后的沙漠砂为主要骨料、配有少量粗骨料，标号52.5的水泥为粘结剂，并以混凝土表面增强剂为添加剂，砼砂基路面透水砖的砖体上设有上窄下宽的圆台形透水孔洞，砼砂基沟壁透水砖的砖体上设有横向的透水孔洞。

所述砼砂基路面透水砖的砖体上表面设有防滑条纹。

所述的基于砼砂基透水砖铺装的雨水收集装置，雨水经过砼砂基透水砖铺装的人行步道、广场，经过砾石垫层过滤，然后汇集到集水沟中，集中输送到广场上的蓄水池中，用作景观或灌溉用水。

所述的集雨沟，沟壁由砼砂基沟壁透水砖砌筑，沟底由素砼砌筑并向水池方向呈1％～3％坡度。渗透到下垫面砾石层的雨水将通过沟壁透水砖的透水孔进入集雨沟中，并向蓄水池汇集。

所述的透水砖以筛选处理后的沙漠砂为主要骨料，配有少量粗骨料；采用高标号水泥为粘结剂，并以混凝土表面增强剂为添加剂；其中的路面透水砖用于人行步道和广场上，砖体本身有微透水性，而且砖体有多个透水孔，孔洞为上窄下宽圆台形，能够最大限度满足透水要求，铺装后砖层透水性远大于下垫面透水性；路面透水砖设计有侧面棱角形边花纹，砖体上表面设计有防滑条纹；根据不同的用途，砼砂基透水砖可以制作成不同的形状，同时孔洞也可以设计成不同形状，如沟壁砖孔洞设计为圆柱形。

所述的垫层由砾石构成，且厚度较厚，粒径及厚度取规范的上限，以加强过滤效果。

本发明的效果和益处有以下几点：充分利用沙漠砂。以沙漠砂为主要骨料生产混凝土透水砖，实现对沙漠砂的资源化利用，发挥巨大的经济效益和生态效益。高强耐久，且造价低。本设计采用高标号水泥为粘结剂，使制成的混凝土透水砖具较高的强度和耐久性，由于水泥是一种廉价高效粘结剂，使得本设计造价远低于市场同类产品。透水性好，且透水孔不宜堵塞。相比市场上砖体整体透水的产品，本设计透水孔采用上窄下宽圆台形孔，既有利于透水又不易堵塞，且孔口不影响舒适感；同时设计有侧面棱角形边花纹，增加透水缝隙长度，进一步增强整体透水性。安全舒适。砖体配比采用水泥并添加适量砼加强剂，使得砖体水泥比例减少，因此砖体有一定糙度和透水性，既有利于雨水下渗又利于防滑且无毒环保；同时砖体上有防滑条纹，以利于冬天防滑。充分利用广场这一良好的雨水收集面。城市广场一般面积大、表面平整，本设计采用简单的蓄存装置即实现对广场的雨水收集利用。雨水处理简单可行。利用砾石作为下垫面，能够实现雨水的自然过滤，降低了制作成本，能够使雨水达到景观用水和灌溉用水的水质要求。

附图说明

附图1是基于砼砂基透水砖的雨水渗透收集装置的平面布置图。

附图2是雨水渗透收集装置垫层剖视图。

附图3是砼砂基透水砖铺装效果图。

附图4是路面透水砖结构平面图。

附图5是沟壁透水砖结构平面图。

附图6是砼砂基盖板结构平面图。

图中：1 机动车道；2 人行步道；3 草坪；4 集雨细沟；5 砼砂基透水砖铺装广场；6 蓄水池；7 砼砂基盖板；8 砼砂基路面透水砖；9 找平层；10 土工布；11 砾石垫层；12 碎石垫层；13 砼砂基沟壁透水砖；14 素混凝土层；15 透水砖透水孔；16 防滑条纹；17 砖缝。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1：

以大连理工大学喷泉广场改造为设计背景，采用边长为100m*300m的长方形外轮廓，圆形蓄水池位于方形中心，直径10m，深2m；轮廓内设宽5m下凹式草坪，轮廓外为宽3m人行步道；广场内按角度均匀分布12条集雨细沟，细沟侧壁由沟壁透水砖构成，呈倒梯形，上底宽20cm，下底宽10cm，细沟底部铺设厚0.3cm素混凝土垫层，沟壁上直接加由砼砂基盖板；砼砂基路面透水砖下依次铺设粗砂找平层、土工布和粒径为10mm的砾石垫层；在靠近沟壁处还要铺设土工布和粒径为15mm的碎石垫层。

砼砂基路面透水砖采用的外轮廓尺寸为长20cm，宽10cm，高6cm；砖体布置2个透水孔洞，透水孔洞采用圆台形设计，上底直径1cm,下底直径2cm；路面透水砖上表面中间沿宽度方向设置一条高2mm，宽4mm的防滑条纹。广场砼砂基盖板采用的外轮廓尺寸为长30cm，宽10cm，高10cm；砖体布置3个透水孔洞，孔洞设计与砼路面透水砖相同。砼砂基沟壁透水砖横截面为梯形设计，上底宽5cm，下底宽20cm，高40cm，单砖长度为60cm；砖体布置上下2排共10个透水孔洞，两排孔洞距底面高分别为10cm、15cm；孔洞采用直径为1cm圆柱形设计。

雨水降至广场表面5，经过砼砂基透水砖8铺盖的孔洞15以及缝隙渗透到砾石垫层11，经砾石垫层过滤，雨水经过碎石垫层12和砂基砼沟壁透水砖的孔洞15，进入集雨细沟4，最终流入蓄水池6，作为喷泉用水，多余雨水流入体育场地下水库，用于草坪灌溉。

雨水降至砂基砼盖板7，经盖板孔洞15直接进入集雨细沟4，之后流入蓄水池6待用。

实施例2：

透水砖配比设计采用体积法，通过优选配比参数，依据试验样品的物理性能得出最优方案，以下是一种砼砂基路面透水砖的设计方案。

透水砖配合比参数设计方案表：

水泥种类	水灰比	孔隙率(％)	添加剂	粗骨料含量(％)
					52.5	0.34	2	水性氯丁胶	30

试验水泥采用大连小野田水泥厂生产的52.5号水泥；沙漠砂采用经筛选处理后的沙漠砂；粗骨料采用小米石；实验水采用自来水；添加剂采用108建筑用胶，其主要成分为水性氯丁胶。

单砖各材料用量如下表：(单位g)

水泥	沙漠砂	小米石	水	添加剂
					591.0	1461.6	626.4	200.9	11.8

透水砖采用机械拌合、人工捣实以及静压成型的生产工艺，成型压力25Mpa；采用YH-4B型标准恒温恒湿养护箱养护28天，温度20度，湿度95％；依据行业规范采用TYE-2008B型压力试验机做样品抗压试验并进行后续透水系数试验等。

透水砖抗压试验结果为标准养护28天后抗压强度为94.6Mpa,远大于规范JCT945-2005透水砖要求的人行步道砖抗压强度平均不小于30Mpa；透水系数也远远超过规范1.0*10^-2cm/s的要求。

Claims (2)

1.一种基于砼砂基透水砖的雨水渗透收集装置，其特征是该装置所用建筑材料包括砼砂基路面透水砖(8)、砼砂基盖板(7)、砼砂基沟壁透水砖(13)、砾石、碎石和土工布(10)；该装置包括砼砂基透水砖铺装广场(5)、找平层(9)、砾石垫层(11)、碎石垫层(12)、集雨细沟(4)、素混凝土垫层(14)、蓄水池(6)；砼砂基透水砖铺装广场(5)是由砼砂基路面透水砖(8)、砼砂基盖板(7)铺装而成；砼砂基路面透水砖(8)下依次是找平层(9)、土工布(10)、砾石垫层(11)，在靠近集雨细沟(4)的侧壁处需要额外铺设土工布(10)和碎石垫层(12)，碎石垫层(12)靠近集雨细沟(4)的侧壁，额外铺设的土工布设置在砾石垫层(11)和碎石垫层(12)之间；集雨细沟(4)侧壁由砼砂基沟壁透水砖(13)构成，集雨细沟(4)底部铺设素混凝土垫层(14)，集雨细沟(4)上部直接加盖砼砂基盖板(7)；经过砼砂基透水砖铺装广场(5)下渗的雨水流入集雨细沟(4)，然后汇集到蓄水池(6)中，其中，砼砂基路面透水砖(8)采用筛选处理后的沙漠砂为主要骨料、配有少量粗骨料，标号52.5的水泥为粘结剂，并以混凝土表面增强剂为添加剂，砼砂基路面透水砖(8)的砖体上设有上窄下宽的圆台形透水孔洞(15)，砼砂基沟壁透水砖(13)的砖体上设有横向的透水孔洞。

2.根据权利要求1中所述的雨水渗透收集装置，其特征在于砼砂基路面透水砖(8)的砖体上表面设有防滑条纹(16)。