本发明属于土体渗透性能改善以及废弃建筑垃圾循环利用领域，具体涉及一种建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井及制作方法，特别适合埋置于黏土、粉质黏土和粉土地区，以改善自然场地、建筑物周边区域、硬化广场和人行道路的透水性，增强土层的地下水涵养功能。
背景技术：
自第二次世界大战以来，世界各国的城市化快速发展，且呈迅速扩张态势。人类生活质量水平在提高的同时也出现了两大城市问题，一是每年产生大量的建筑垃圾；二是城市雨洪问题日益严重。
每年由于拆除砖混结构房屋、钢筋混凝土结构房屋及构筑物产生了大量的建筑垃圾，而目前我国尚未形成系统性的建筑垃圾处理方案，多数还是进行填埋堆放。建筑垃圾的填埋堆放，不仅严重影响环境(如侵占土地，污染水体、大气、土壤等)，还严重制约了城市的健康发展。然而建筑垃圾具有资源化属性，将其经过资源化处置，95％以上可成为原材料应用到建设工程中去。这样不仅可以从根本上解决建筑垃圾堆放带来的危害，而且还能将其变成“绿色”建筑材料再用于工程建设，使城市建设走上可持续发展的道路。
近年来，许多城市在雨季出现内涝问题且越发严重。这一方面源于在城市建设过程中，人为增加了大量的不透水路面，使得原有渗透性较好的自然土地被各种不透水材料所覆盖。另一方面，黏土和粉质黏土的竖向渗透性很差，在突发性雨洪过程中，常常由于地层的渗透性不足而引起城市内涝。“海绵城市”即城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，即降雨时土体具备良好的吸水、蓄水、净水能力；需水时又可以将储存在地下岩土层中的水“释放出来”并加以利用。建设有自然渗透、自然调节、自然循环的海绵城市是增强城市排水能力、修复城市水生态环境的有效途径。
CN 105839759 A公布了一种适用于海绵城市建设的砂石渗井，虽然砂石填充材料的渗透系数较土体的渗透系数提高了很多，但砂石材料的成本昂贵，从而导致砂石渗井的造价偏高。而作为废弃材料的建筑垃圾往往具有类似于砂石材料的高渗透性能，且在成本上远远低于砂石并有利于资源再利用。因此，基于建筑垃圾的一种简洁实用、经济环保的低影响渗透装置，对解决海绵城市建设的关键问题具备现实意义。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井及制作方法，着力解决土层雨季蓄水能力偏小和入渗能力偏差等关键环节，以提高土层的水分涵养能力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井，该雨水渗井埋置于黏土、粉质黏土和粉土地区，以改善自然场地、建筑物周边区域、硬化广场和人行道路的透水性，增强土层的地下水涵养性能，其中：所述雨水渗井为多个，每个雨水渗井包括渗井孔、渗井孔中的破碎建筑垃圾填充材料和周围土体；渗井孔置于周围土体中，破碎建筑垃圾填充材料填充于渗井孔中；渗井孔的孔径和深度依埋置环境而设置不同，孔径为10cm～20cm，深度为100cm～300cm；破碎建筑垃圾填充材料的粒径与渗井孔的孔径和深度相匹配，粒径为1cm～3cm。
同时提供一种利用上述建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井的制作方法。
本发明的效果是充分利用建筑垃圾作为渗井填料，不仅能起到节能环保作用，而且充分利用了土体水平渗透系数较大这一特点，以增加雨水的入渗速度。该装置在增加雨水渗透的同时，也可对地下水进行补给，从而使地下水供给能力提高5％～10％；该装置以建筑垃圾作为填充材料，不仅单根渗井可以减少0.063m3～0.212m3建筑垃圾排放，而且相较于其他混凝土质或塑料质渗透装置，在施工材料方面造价降低70％～80％、施工周期缩短81％～83％。使得本发明的雨水渗井体现在三个方面，一是可以补充日益枯竭的地下水以修复生态；二是可以减少雨季地表径流以避免城市内涝和减轻市政排水系统压力；三是可以对建筑垃圾进行再利用以减少环境污染。
附图说明
图1为本发明的建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井剖面图。
图中：
1、渗井孔2、建筑垃圾填充材料3、周围土体
4、地表水5、地下水位线6、不透水层
具体实施方式
结合附图对本发明的建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井结构加以说明。
如图1所示，本发明的建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井，该渗井埋置于黏土、粉质黏土和粉土地区，以改善自然场地、建筑物周边区域、硬化广场和人行道路的透水性，增强土层的地下水涵养性能，所述雨水渗井为多个，每个雨水渗井包括渗井孔1、渗井孔中的破碎建筑垃圾填充材料2和周围土体3；渗井孔1置于周围土体3中，破碎建筑垃圾填充材料2填充于渗井孔1中；渗井孔1的孔径和深度依埋置环境而设置不同，孔径为10cm～20cm，深度为100cm～300cm；破碎建筑垃圾填充材料2的粒径与渗井孔1的孔径和深度相匹配，粒径为1cm～3cm。
利用上述建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井的制作方法包括以下步骤：
(1)所述雨水渗井的平面布置方式为矩形或三角形，雨水渗井的间距根据地表雨水量和每个雨水渗井的渗水能力确定为1m～3m。
(2)根据区域降雨量和雨水渗井布置方式，确定每个雨水渗井需要达到的渗水量q＝Q/m，式中q为每个雨水渗井渗水量，Q为区域内的降雨量，m为雨水渗井数量。
(3)根据步骤(2)确定的每个雨水渗井渗水量确定雨水渗井的井深，根据潜水完整井或非完整井的流量公式确定雨水渗井孔径。
(4)制备破碎建筑垃圾填充材料，其粒径为1cm～3cm。
(5)采用钻孔机械开雨水渗井孔，开孔过程中保证孔壁完好，避免对周围土体产生过大的扰动而造成孔壁坍塌。
(6)用步骤(4)中制备好的建筑垃圾填充材料将雨水渗井孔填满，填筑过程中进行振捣方式进行密实。
本发明的建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井可埋置于黏土、粉质黏土和粉土地区，以改善自然场地、建筑物周边区域、硬化广场和人行道路的透水性，增强土层的地下水涵养功能。
本发明的建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井功能是这样实现的：
(1)该雨水渗井的平面布置方式并不唯一，可以设置为矩形或三角形等平面布置形式。雨水渗井的间距根据地表雨水量和每个雨水渗井的渗水能力确定，参考间距为1m～3m。
(2)根据区域降雨量和渗井布置形式，确定单井需要达到的渗水量q＝Q/m，式中q为单井渗水量，Q为区域内的降雨量，m为渗井数量；
(3)对场地进行地质勘探，通过实验室测出土体渗透系数K(10-6cm/s)，渗井的影响半径R(cm)和地下水位线高度Ho(cm)，
(4)根据区域地质条件和每个雨水渗井渗水量，确定雨水渗井孔1的深度，根据潜水完整井或非完整井的流量公式确定渗井孔1的直径，参考孔径10cm～20cm及深度100cm～300cm；
(5)制备破碎建筑垃圾填充材料2，其参考粒径为1cm～3cm；
(6)采用钻孔机械开挖渗井孔1，开孔过程中保证孔壁完好，避免对周围土体3产生过大的扰动而造成孔壁坍塌；
(7)用步骤(4)中制备好的建筑垃圾填充材料2将雨水渗井孔填满，填筑过程中进行振捣或采用其他方式进行密实。
本发明的建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井功能推导如下：
渗透系数增量
ΔK＝K-K1 (1)
式中ΔK为土体渗透系数增量(10-6cm/s)，K为土体水平渗透系数(10-6cm/s)，K1为土体竖向渗透系数(10-6cm/s)。由相关土体渗透试验可知，其水平渗透系数是竖向渗透系数的5倍左右，则土体渗透系数增量为4K1。
渗透面增量：
ΔS＝2πrwh (2)
式中ΔS渗透面增量(cm2)，π为圆周率取3.14，rw为渗井的半径(cm)，h为渗井的深度(cm)。
本发明所涉及到的建筑垃圾作为内置材料的海绵城市雨水渗井属于回灌潜水井，雨水可以通过建筑垃圾填充材料下渗，再通过渗井侧壁渗入周围土体，以补充地下水。该渗井的渗流量公式为：
式中Q1为渗流量(cm3/s)；R为渗井的影响半径(cm)；hw为渗井中水位高度(cm)；Ho为地下水位线高度(cm)。
根据某地区地质情况，经过相关现场试验，取渗井孔半径为10cm，渗井深度为300cm，渗井的影响半径为1000cm，不透水层距地表3000cm，渗井中水位高度按超出地表高度5cm计算(取3005cm)，地下水位线距离地表200cm，土体的渗透系数需要经过实验计算，此处采用k表示，则渗透面增量为：ΔS＝2πrh＝2×3.14×10×300＝1.884×104cm2
渗井的渗流量为：