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工程建设及建筑物拆除中都会产生大量的建筑垃圾，若将其用做广场和绿地的下垫层来滞蓄雨水，不仅有利于销纳废弃物，也有利于水资源的保护，同时也减轻城市排洪负担。到目前为止，国内尚未见有人开展利用建筑垃圾下渗雨水方面的试验研究。建筑垃圾降雨下渗试验研究是分析雨水在建筑垃圾中下渗的特征及其规律，为在工程建设中实现废弃物的利用和水资源的保护利用提供理论依据和数据参考。模拟建筑垃圾的组成，在室内进行了充足供水下的下渗试验研究，得到了初步的结论。
1 试验装置与试验方法
1.1 试验装置概况
试验系统由下渗部分、供水部分和量测部分组成。下渗系统为直径200 mm,高为800 mm的有机玻璃圆筒，筒内按设计装入试样。供水部分由降雨喷头、供水箱和水位控制器组成；量测部分由流量计、量筒、计时器组成。
1.2 试样的组成
试样以建筑垃圾组成[1]中能直接被利用的混凝土、砖石、砂浆、渣土为原料，将大块材料破碎，经风干、过筛处理后，不同粒径试样按设计比例取定，试验前测定容重，采用烘干法测定含水率。实验按混合试样和分层试样两种情况进行。不同粒径的材料按比例混合后装入试验筒称为混合试样；不同粒径的材料分层装入试验筒称为分层试样。分层试样中，粒径小于1.5 mm的渣土部分可用于种植称种植土简称植土；由粒径＞1.5 mm的建筑垃圾颗粒构成的各层总称储渗层。试样的构成见表1、表2。
表1 混合试样各组分质量分数 %
表2 分层试样各组分厚度 mm
1.3 试验方法
1.3.1 装 筒
在有孔底板的有机玻璃筒内，由底向上先铺三层无纺布，布上装填200 mm厚的原土压实，（原土取地下未扰动的土），随后逐层填装试样。试样上部留出50 mm空间以便保持水深。
（1）混合试样分层装填，每虚装100 mm高，夯实后再装下一层，直至设计高度。要求保持全高范围内试样均匀、容重一致。
（2）分层试样自下向上按粒径从大到小分层装填、夯实，尽量保持层间界面平整明确。各粒径层厚度见表2。
1.3.2 加 水
用供水系统向筒内足量供水，由衡水位控制装置控制水层在整个试验中保持不变，使试样表面以上水头稳定在20 mm。
1.3.3 观测记录
自加水开始，定时观测记录T时刻的累积下渗水量Fi及湿润峰面的浸润深度。下渗初期观测时间间隔1～2 min，中后期可加长。注意观测下渗水在各层内的渗透情况。
2 试验结果与讨论
2.1 混合试样
2.1.1 下渗特征
在混合试样下渗实验中，下渗总量Fi与时间T关系曲线和下渗率f与时间T关系曲线如图1。可以发现下渗总量Fi 与下渗率f 都随时间T变化表现出明显的规律性。随着时间的增加，Fi一T曲线斜率逐渐减小，变为直线。随着时间T延长，下渗率f逐渐减小并趋于定值(稳渗率fc)。在相同下渗时间，下渗总量Fi及下渗率f与颗粒级配相关，主要取决于≤1.5 mm粒径的含量。
图1 下渗总量Fi与时间T关系曲线和下渗率f与时间T关系曲线
2.1.2 下渗模式
根据试验数据和所绘曲线，下渗过程的Fi一T、f—T曲线可用幂函数来表示[2]。
下渗总量Fi和时间T的关系，采用两参数进行拟合。
即： 
式中：Fi 为下渗总量，mm；T为下渗时间，min；a、b为拟合常数。
下渗率f和时间T的关系，采用两参数进行拟合。
即： 
式中：f 为下渗率 ，mm/min；T为下渗时间，min；fc为稳渗率，mm/min；k、m为拟合常数。
由试验数据可得拟合常数见表3。
表3 不同粒径比例的试样下渗拟合常数值 
注：R、r为相关系数。
2.1.3 纳雨能力
根据试验资料统计，不同比例混合试样在90～100 min后到达稳渗阶段，此时湿润峰深100～120 mm，稳渗率0.159～0.248 mm/min.。按气象学降雨定义，12 h内降雨量15.0～29.9 mm为大雨[3]。垃圾层的渗水能力相当于大雨降雨强度的上限的3.83～5.97倍。
2.2 分层试样
2.2.1 下渗特征
在分层试样的下渗试验中，下渗总量Fi与时间T和下渗速率f与时间T的关系曲线，如图2。前期成曲线为减渗阶段，后期成直线相关为稳渗阶段，两阶段间存在一突变，这一突变现象在f—T曲线中表现明显。结合湿润峰面的观测，两阶段的分界点出现在植土层与储渗层的交界面处。造成下渗差异的原因是：在上部植土层的下渗属匀质土积水下渗，为减渗阶段；而当水进入储渗层后，由于颗粒间空隙较大，水几乎不受任何阻碍作用，因此下渗率恒定，其大小取决于上部植土层性质。水在储渗层中的运动与在土壤环境中完全不同，在土壤中水达到饱和是自上而下的，在储渗层中水直接到达底面，而后逐渐积累，饱和是自下而上的。这就使得在储水层饱和前，底面上的水就开始向下层土壤下渗，上部供水停止后，储渗层的水继续呈积水状态下渗[4]。
图2 下渗总量Fi与时间T关系曲线和下渗率f与时间T关系曲线
2.2.2 下渗模式
根据下渗特征，将下渗过程分为减渗阶段和稳渗阶段分别建立数学模型。
（1） 减渗阶段。下渗总量Fi 和时间T的关系，采用两参数进行拟合。即： 
由试验数据得： 
下渗率f和时间T的关系，采用两参数
进行拟合，即：
（2） 稳渗阶段。下渗总量Fi和时间T成线性关系。 即：
k（mm/min）、c(mm)与植土层性质及厚度H相关。稳渗率fc 取决于植土层的土质和厚度，相同土质下厚度H越大稳渗fc越小。
对于实验中调配的植土层有:
H= 150 mm Fi=0.179 T +47.63 fc =0.16 mm/min
H= 100 mm Fi=0.205 T +34.58 fc=0.19 mm/min
H= 50 mm Fi=0.281 T +18.79 fc=0.28 mm/min
2.2.3 纳雨能力
由于建筑垃圾颗粒组成的储渗层孔隙较大并且连续，雨水下渗率取决于上部植土层，因此可以通过调整植土层的厚度性质改变稳渗率。实验中50~ 140 mm厚植土层稳渗率为0.16 ~ 0.28 mm/min，相当于大雨降雨强度上限的3.85 ~ 6.72倍。
2.2.3 储渗层储水能力
储水能力(Q)是指储渗层最终达到饱和时的最大储水量。从实验观察，当水进入储渗层后，能充满全部空隙。因此，储渗层的储水能力取决于储渗层的体积和孔隙率。可用Q=S*h*ε（S为储渗层面积；h为储渗层深度；ε为储渗层孔隙率）计算的可储水量。由于储渗层饱和前水已经开始向下层土壤下渗，故地表水的下渗总量扣除植土层的吃水量后，仍要大于储渗层的储水量，这对工程应用有利。
3 结 论
（1）建筑垃圾不论混合应用还是分层构成储渗层，其渗水率都较土壤大，且有一定的规律性，能建立数学模型和指导工程设计。
（2）建筑垃圾混合应用中，雨水下渗达到稳渗的时间较固定。该构造大颗粒的存在使其不能用于种植，适用于透水的路面及广场的下垫层。
（3）建筑垃圾分层构成储渗层，能通过上部的植土层的厚度来调整稳渗时间和稳渗率，方便工程中根据需要选用。该构造适用于绿地，且种植后植物的根系更有利于降雨的下渗。
（4）储渗层的存在能使雨水快速的下渗，减少和消除地表径流，实现雨水就地下渗，降低市政排水工程的负荷。储渗层中存蓄的雨水，雨后再慢慢渗入地下，补充地下水，实现雨水资源的保护和利用。
（5）本文是在一定颗粒级配条件下的试验研究成果，在具体的工程应用中，应通过现场实验取得参数后指导设计。
参考文献
[1] 吴贤国，李建辉，杨蜻，等．建筑施工垃圾的产生和组成分析[J]．建筑技术，2002，32（2）：105． [2] 黄瑞农．环境土壤学[M]．上海：高等教育出版社，1987．
[3] 廖松，王燕生，王路．工程水文学[M]．北京：清华大学出版社，1991．
[4] 冯绍元，丁跃元，姚彬．用人工降雨和数值模拟方法研究降雨入渗规律[J]．水力学报，1998（11）：17-25．
