本發明屬于土體滲透性能改善以及廢棄建筑垃圾循環利用領域，具體涉及一種建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井及制作方法，特別適合埋置于黏土、粉質黏土和粉土地區，以改善自然場地、建筑物周邊區域、硬化廣場和人行道路的透水性，增強土層的地下水涵養功能。
背景技術：
自第二次世界大戰以來，世界各國的城市化快速發展，且呈迅速擴張態勢。人類生活質量水平在提高的同時也出現了兩大城市問題，一是每年產生大量的建筑垃圾；二是城市雨洪問題日益嚴重。
每年由于拆除磚混結構房屋、鋼筋混凝土結構房屋及構筑物產生了大量的建筑垃圾，而目前我國尚未形成系統性的建筑垃圾處理方案，多數還是進行填埋堆放。建筑垃圾的填埋堆放，不僅嚴重影響環境(如侵占土地，污染水體、大氣、土壤等)，還嚴重制約了城市的健康發展。然而建筑垃圾具有資源化屬性，將其經過資源化處置，95％以上可成為原材料應用到建設工程中去。這樣不僅可以從根本上解決建筑垃圾堆放帶來的危害，而且還能將其變成“綠色”建筑材料再用于工程建設，使城市建設走上可持續發展的道路。
近年來，許多城市在雨季出現內澇問題且越發嚴重。這一方面源于在城市建設過程中，人為增加了大量的不透水路面，使得原有滲透性較好的自然土地被各種不透水材料所覆蓋。另一方面，黏土和粉質黏土的豎向滲透性很差，在突發性雨洪過程中，常常由于地層的滲透性不足而引起城市內澇。“海綿城市”即城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，即降雨時土體具備良好的吸水、蓄水、凈水能力；需水時又可以將儲存在地下巖土層中的水“釋放出來”并加以利用。建設有自然滲透、自然調節、自然循環的海綿城市是增強城市排水能力、修復城市水生態環境的有效途徑。
CN 105839759 A公布了一種適用于海綿城市建設的砂石滲井，雖然砂石填充材料的滲透系數較土體的滲透系數提高了很多，但砂石材料的成本昂貴，從而導致砂石滲井的造價偏高。而作為廢棄材料的建筑垃圾往往具有類似于砂石材料的高滲透性能，且在成本上遠遠低于砂石并有利于資源再利用。因此，基于建筑垃圾的一種簡潔實用、經濟環保的低影響滲透裝置，對解決海綿城市建設的關鍵問題具備現實意義。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提供一種建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井及制作方法，著力解決土層雨季蓄水能力偏小和入滲能力偏差等關鍵環節，以提高土層的水分涵養能力。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井，該雨水滲井埋置于黏土、粉質黏土和粉土地區，以改善自然場地、建筑物周邊區域、硬化廣場和人行道路的透水性，增強土層的地下水涵養性能，其中：所述雨水滲井為多個，每個雨水滲井包括滲井孔、滲井孔中的破碎建筑垃圾填充材料和周圍土體；滲井孔置于周圍土體中，破碎建筑垃圾填充材料填充于滲井孔中；滲井孔的孔徑和深度依埋置環境而設置不同，孔徑為10cm～20cm，深度為100cm～300cm；破碎建筑垃圾填充材料的粒徑與滲井孔的孔徑和深度相匹配，粒徑為1cm～3cm。
同時提供一種利用上述建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井的制作方法。
本發明的效果是充分利用建筑垃圾作為滲井填料，不僅能起到節能環保作用，而且充分利用了土體水平滲透系數較大這一特點，以增加雨水的入滲速度。該裝置在增加雨水滲透的同時，也可對地下水進行補給，從而使地下水供給能力提高5％～10％；該裝置以建筑垃圾作為填充材料，不僅單根滲井可以減少0.063m3～0.212m3建筑垃圾排放，而且相較于其他混凝土質或塑料質滲透裝置，在施工材料方面造價降低70％～80％、施工周期縮短81％～83％。使得本發明的雨水滲井體現在三個方面，一是可以補充日益枯竭的地下水以修復生態；二是可以減少雨季地表徑流以避免城市內澇和減輕市政排水系統壓力；三是可以對建筑垃圾進行再利用以減少環境污染。
附圖說明
圖1為本發明的建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井剖面圖。
圖中：
1、滲井孔2、建筑垃圾填充材料3、周圍土體
4、地表水5、地下水位線6、不透水層
具體實施方式
結合附圖對本發明的建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井結構加以說明。
如圖1所示，本發明的建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井，該滲井埋置于黏土、粉質黏土和粉土地區，以改善自然場地、建筑物周邊區域、硬化廣場和人行道路的透水性，增強土層的地下水涵養性能，所述雨水滲井為多個，每個雨水滲井包括滲井孔1、滲井孔中的破碎建筑垃圾填充材料2和周圍土體3；滲井孔1置于周圍土體3中，破碎建筑垃圾填充材料2填充于滲井孔1中；滲井孔1的孔徑和深度依埋置環境而設置不同，孔徑為10cm～20cm，深度為100cm～300cm；破碎建筑垃圾填充材料2的粒徑與滲井孔1的孔徑和深度相匹配，粒徑為1cm～3cm。
利用上述建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井的制作方法包括以下步驟：
(1)所述雨水滲井的平面布置方式為矩形或三角形，雨水滲井的間距根據地表雨水量和每個雨水滲井的滲水能力確定為1m～3m。
(2)根據區域降雨量和雨水滲井布置方式，確定每個雨水滲井需要達到的滲水量q＝Q/m，式中q為每個雨水滲井滲水量，Q為區域內的降雨量，m為雨水滲井數量。
(3)根據步驟(2)確定的每個雨水滲井滲水量確定雨水滲井的井深，根據潛水完整井或非完整井的流量公式確定雨水滲井孔徑。
(4)制備破碎建筑垃圾填充材料，其粒徑為1cm～3cm。
(5)采用鉆孔機械開雨水滲井孔，開孔過程中保證孔壁完好，避免對周圍土體產生過大的擾動而造成孔壁坍塌。
(6)用步驟(4)中制備好的建筑垃圾填充材料將雨水滲井孔填滿，填筑過程中進行振搗方式進行密實。
本發明的建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井可埋置于黏土、粉質黏土和粉土地區，以改善自然場地、建筑物周邊區域、硬化廣場和人行道路的透水性，增強土層的地下水涵養功能。
本發明的建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井功能是這樣實現的：
(1)該雨水滲井的平面布置方式并不唯一，可以設置為矩形或三角形等平面布置形式。雨水滲井的間距根據地表雨水量和每個雨水滲井的滲水能力確定，參考間距為1m～3m。
(2)根據區域降雨量和滲井布置形式，確定單井需要達到的滲水量q＝Q/m，式中q為單井滲水量，Q為區域內的降雨量，m為滲井數量；
(3)對場地進行地質勘探，通過實驗室測出土體滲透系數K(10-6cm/s)，滲井的影響半徑R(cm)和地下水位線高度Ho(cm)，
(4)根據區域地質條件和每個雨水滲井滲水量，確定雨水滲井孔1的深度，根據潛水完整井或非完整井的流量公式確定滲井孔1的直徑，參考孔徑10cm～20cm及深度100cm～300cm；
(5)制備破碎建筑垃圾填充材料2，其參考粒徑為1cm～3cm；
(6)采用鉆孔機械開挖滲井孔1，開孔過程中保證孔壁完好，避免對周圍土體3產生過大的擾動而造成孔壁坍塌；
(7)用步驟(4)中制備好的建筑垃圾填充材料2將雨水滲井孔填滿，填筑過程中進行振搗或采用其他方式進行密實。
本發明的建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井功能推導如下：
滲透系數增量
ΔK＝K-K1 (1)
式中ΔK為土體滲透系數增量(10-6cm/s)，K為土體水平滲透系數(10-6cm/s)，K1為土體豎向滲透系數(10-6cm/s)。由相關土體滲透試驗可知，其水平滲透系數是豎向滲透系數的5倍左右，則土體滲透系數增量為4K1。
滲透面增量：
ΔS＝2πrwh (2)
式中ΔS滲透面增量(cm2)，π為圓周率取3.14，rw為滲井的半徑(cm)，h為滲井的深度(cm)。
本發明所涉及到的建筑垃圾作為內置材料的海綿城市雨水滲井屬于回灌潛水井，雨水可以通過建筑垃圾填充材料下滲，再通過滲井側壁滲入周圍土體，以補充地下水。該滲井的滲流量公式為：
式中Q1為滲流量(cm3/s)；R為滲井的影響半徑(cm)；hw為滲井中水位高度(cm)；Ho為地下水位線高度(cm)。
根據某地區地質情況，經過相關現場試驗，取滲井孔半徑為10cm，滲井深度為300cm，滲井的影響半徑為1000cm，不透水層距地表3000cm，滲井中水位高度按超出地表高度5cm計算(取3005cm)，地下水位線距離地表200cm，土體的滲透系數需要經過實驗計算，此處采用k表示，則滲透面增量為：ΔS＝2πrh＝2×3.14×10×300＝1.884×104cm2
滲井的滲流量為：