劉 級，邰 昊

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

0 引言

現(xiàn)有城市道路交通量大，道路兩側(cè)用地資源有限，為緩解交通壓力，高架橋在城市道路中被大量應(yīng)用。高架橋下一般設(shè)置綠化帶，既可以將橋墩包裹其中，保證行車安全，又可以提升道路景觀效果。但高架橋下綠化帶中的植物由于接收不到自然雨水，需要定期進(jìn)行澆灌。未充分利用橋上的雨水，造成了自然資源的浪費(fèi)；橋面雨水直接匯入到道路排水系統(tǒng)中，又增加了市政管網(wǎng)的壓力。因此如何改進(jìn)高架橋橋面雨水利用系統(tǒng)，使其能夠提供充分的干凈雨水進(jìn)行澆灌是當(dāng)下急需解決的問題。

1 常見高架橋雨水系統(tǒng)

1.1 引流系統(tǒng)

目前國內(nèi)高架橋雨水系統(tǒng)大多采用引流系統(tǒng)，通過橋面雨水口或邊溝收集橋面雨水，然后通過雨水管將其引至敷設(shè)在地面輔道下的排水系統(tǒng)中[1]。

該系統(tǒng)前期投資較省，施工簡單，但存在以下幾點(diǎn)問題：

（1）未充分利用自然資源。在降雨量較少的干旱地區(qū)，橋面雨水全部通過管道排走，不能緩解地下水位較低、水資源匱乏的問題。

（2）高架橋上有大量的污染物，如有機(jī)物、重金屬、汽油、懸浮固體等。以上污染物在降雨過程中受到雨水沖刷，最終進(jìn)入雨水管道后排到自然水體中，造成附近及下游水體的污染。

（3）高架橋下綠化帶中的植物由于接收不到自然雨水，需要定期進(jìn)行澆灌。目前常見的澆灌方式是采用移動式水車或者在綠化帶中埋設(shè)自動噴淋系統(tǒng)，然而這兩種澆灌方式的運(yùn)營維護(hù)成本高。

1.2 海綿系統(tǒng)

自2015年國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》后，先后一大批城市響應(yīng)號召，加快推行海綿城市的建設(shè)。其中，在高架橋橋面雨水利用系統(tǒng)這一塊，出現(xiàn)了很多新型的、具有實際操作性的系統(tǒng)?，F(xiàn)列舉幾種具有代表性的雨水利用系統(tǒng)。

1.2.1 蓄水系統(tǒng)

該系統(tǒng)重點(diǎn)突出海綿城市建設(shè)“滲、蓄、滯、凈、用、排”理念中“蓄”的設(shè)計理念，將高架橋橋面上的雨水通過蓄水設(shè)施將其收集起來，然后通過閥門或水泵進(jìn)行排放控制。目前市面上最常見的是采用下凹式綠化帶、儲水罐或者集水坑等措施。該種雨水利用系統(tǒng)的核心均是將雨水儲存并直接利用，并未對雨水進(jìn)行過濾，導(dǎo)致橋面污染物直接隨雨水進(jìn)入植物根系，有可能導(dǎo)致植物生長不良甚至死亡。此外，該類雨水利用系統(tǒng)還存在其他問題，例如下凹式綠化帶中的溢流系統(tǒng)會將綠化帶中的泥土帶入下游雨水管中，儲水罐存在清洗不便、容易堵塞管道的問題等，如圖1所示。

圖1 高架橋蓄水系統(tǒng)

1.2.2 蓄水+凈水系統(tǒng)

該雨水利用系統(tǒng)在蓄水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了雨水凈化措施，總系統(tǒng)可細(xì)分為雨水收集系統(tǒng)+雨水過濾系統(tǒng)+雨水溢流系統(tǒng)+雨水灌溉系統(tǒng)。國內(nèi)該類型的雨水利用系統(tǒng)在實現(xiàn)方式上有所差別，但大體系統(tǒng)構(gòu)成均差異不大。圖2為典型的蓄水+凈水系統(tǒng)。

圖2 高架橋蓄水+凈水系統(tǒng)

高架橋雨水管收集的雨水在經(jīng)過多級過濾設(shè)施后，干凈的雨水匯集到雨水儲存池，多余的則通過溢流管匯入到下游的雨水管道中。當(dāng)橋下綠化帶需要灌溉時，則人工啟動水泵[2]。該種系統(tǒng)功能較為完善，但構(gòu)筑物多，一次性投入大，且由于該系統(tǒng)為一體化施工，后續(xù)清理工作較為煩瑣。此外，由于水泵為人工操作，后續(xù)的運(yùn)營管理費(fèi)用也較高。

2 本文雨水收集利用系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概況

為解決上述技術(shù)問題，本文設(shè)計了一種新的高架橋雨水收集利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用高架橋橋面雨水對橋下綠化帶進(jìn)行澆灌，減少了市政管網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用，降低城市道路運(yùn)營維護(hù)成本。

該系統(tǒng)與蓄水+凈水系統(tǒng)構(gòu)成類似，但雨水過濾系統(tǒng)和雨水灌溉系統(tǒng)的實現(xiàn)方式有所不同；此外，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在道路上的防下滲綠化帶種植層。該系統(tǒng)特征在于在雨水收集管和防下滲綠化帶種植層之間設(shè)置有雨水收集過濾裝置，雨水收集過濾裝置由砌體墻圍成的集水井、過濾井以及多級過濾網(wǎng)組成，集水井的井口與雨水收集管相連，過濾井則緊密設(shè)置在集水井的一側(cè)，多級過濾網(wǎng)則設(shè)置在過濾井的側(cè)壁上，而多級過濾網(wǎng)與防下滲綠化帶種植層相通，在集水井的側(cè)壁上還設(shè)置有溢流管，溢流管的另一端則依次連接有排水井和排水支管，如圖4所示。

集水井和過濾井的井底均設(shè)置有防水底板，集水井和濾水井的井口處均設(shè)置有活動蓋板，供人工清淤時方便掀開。用于分隔集水井和過濾井的砌體墻上開有濾水孔，對收集到的橋面雨水進(jìn)行初期過濾后再排入過濾井中，濾水孔距離防水底板的高度為15～20 cm，孔徑不超過2 cm。

所述多級過濾網(wǎng)包括第一過濾網(wǎng)、第二過濾網(wǎng)及第三過濾網(wǎng)，各級過濾網(wǎng)逐層設(shè)置在過濾井靠近防下滲綠化帶種植層一側(cè)的砌體墻上，過濾網(wǎng)距離防水底板的高度為25～30 cm，采用不銹鋼材質(zhì)，并且各級過濾網(wǎng)的濾網(wǎng)間隙逐漸減小，第一過濾網(wǎng)的濾網(wǎng)間隙不超過1 cm，第二過濾網(wǎng)的濾網(wǎng)間隙不超過0.8 cm，第三過濾網(wǎng)的濾網(wǎng)間隙不超過0.6 cm。

防下滲綠化帶種植層從路面往下依次包括有種植土層、泥漿隔離土工布、煤渣滲透層、卵石層、復(fù)合防滲土工膜及素土基層，其中卵石層帶有一定的坡度，卵石層向遠(yuǎn)離集水井和過濾井的一側(cè)傾斜，種植土層的厚度不小于0.4 m，防下滲綠化帶種植層的兩側(cè)還設(shè)置有路緣石，綠色植物種植在路緣石之間。

2.2 具體實施方式

如圖3a所示，該系統(tǒng)為優(yōu)化的一種高架橋下綠化帶雨水利用系統(tǒng)，設(shè)置于兩個高架橋樁基之間。在暴雨時節(jié)，高架橋雨水收集管內(nèi)的雨量很大，流速快，為了避免雨水對整個系統(tǒng)設(shè)施的沖刷，一般在雨水收集管與高架橋橋墩承臺之間設(shè)置兩處彎頭，這樣可以有效減小流速。

雨水通過雨水收集管流入到集水井中，使得集水井中的水位不斷上漲，當(dāng)水位達(dá)到濾水孔的高度時雨水就通過濾水孔進(jìn)入到過濾井中，雨水中的大顆粒污染物沉淀在集水井中；當(dāng)集水井中水位繼續(xù)上漲后，多余的雨水將通過設(shè)置在集水井側(cè)壁上的溢流管排走。

圖3 系統(tǒng)相關(guān)布置圖

流入過濾井中的雨水再經(jīng)過三道過濾網(wǎng)的過濾，進(jìn)一步凈化后流入防下滲綠化帶種植層中，各種雜質(zhì)則沉淀在過濾井的隔倉中。流入綠化帶中的雨水通過植物根系的主動吸收以及綠化帶的毛細(xì)現(xiàn)象對植物進(jìn)行澆灌。設(shè)置在集水井和過濾井井口處的活動蓋板均可靈活打開，方便進(jìn)行人工清淤。該系統(tǒng)采用三道過濾網(wǎng)，在實際施工中可根據(jù)實際情況具體設(shè)置過濾網(wǎng)的數(shù)量，以保證過濾效果。

防下滲綠化帶中復(fù)合防滲土工膜實行滿鋪并延伸至路緣石下，以防止雨水滲入到路基中，避免路基出現(xiàn)水穩(wěn)破壞；卵石層為含水層，在接收到過濾井中的雨水后，通過煤渣滲透層將雨水向上滲透，同時將卵石層設(shè)計成帶有一定的坡度，向遠(yuǎn)離集水井和過濾井的一側(cè)傾斜，這樣保證了雨水能夠充分滲透到整個橋下的綠化帶中；在煤渣滲透層上方設(shè)置一層泥漿隔離土工布，在透水的同時可有效防止泥漿上涌，最終保證滲透到種植土層中的雨水滿足灌溉要求。

3 結(jié)語

該系統(tǒng)于2017年應(yīng)用于宜昌市某內(nèi)環(huán)快速路項目中，經(jīng)過一年多的使用，現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行良好，橋下綠化帶生長茂盛。分析系統(tǒng)構(gòu)成及現(xiàn)場實際應(yīng)用結(jié)果，得出以下結(jié)論：

（1）與現(xiàn)有高架橋橋面雨水利用相比，該雨水收集利用系統(tǒng)的關(guān)鍵之處就在于設(shè)置了多級過濾裝置，通過多級過濾裝置可以有效去除雨水中大量的雜質(zhì)及有害物質(zhì)，保證綠化帶中植物能夠健康生長。

（2）該雨水收集利用系統(tǒng)充分利用橋面雨水進(jìn)行綠化帶澆灌，既生態(tài)又環(huán)保，且不需要任何電力設(shè)施，建設(shè)及維護(hù)成本低。

（3）該雨水收集利用系統(tǒng)將高架橋橋面的雨水引至橋下綠化帶內(nèi)進(jìn)行澆灌，解決了一部分雨水直接流入城市道路管道，減小了城市道路管網(wǎng)的壓力，也降低了城市道路建設(shè)的費(fèi)用。

（4）該雨水收集利用系統(tǒng)在集水井、過濾井上分別設(shè)置有活動蓋板，可以定期打開活動蓋板進(jìn)行人工清淤即可，施工作業(yè)即方便又安全。