黃永偉
(合肥市規(guī)劃設計研究院,安徽 合肥 230000)
城市道路是城市空間的重要組成部分,在城市建設中占有很重要的地位。目前在城市道路建設中,傳統(tǒng)城市雨水排放以雨水盡快匯集至收集系統(tǒng)、經收集輸送后快速排除為目標,忽略了對生態(tài)環(huán)境的影響[1]。隨著城市化程度的提高,高強度人類活動改變城市地表環(huán)境的結構與功能,使得相當比例的軟性透水性下墊面變?yōu)椴煌杆砻嫠采w,削弱了雨水的滲透,雨季降水量大時容易形成洪峰,導致城市部分區(qū)域積水;同時,城市道路不透水面的大量存在,也助長了城市熱島效應[2];此外,城市道路是徑流雨水及其污染物產生的主要場所之一。因此,對城市道路徑流雨水的控制尤為重要。
以合肥市某城市道路為研究對象,圍繞城市道路海綿城市建設理念,明確城市道路海綿城市設計標準,重點解析海綿城市系統(tǒng)設計和具體工程措施設計。
該城市道路位于合肥市,總體呈東西走向,本次設計長度4.3 km,紅線寬60 m,周邊用地主要為商業(yè)、住宅、綠化用地。
本次雨水設計圍繞海綿城市建設理念,改變傳統(tǒng)的雨水收集排放系統(tǒng),綜合運用透水鋪裝、下凹式生物滯留設施、雨水調蓄利用系統(tǒng)等工程措施,將路面的雨水通過低影響開發(fā)設施,以控制雨水徑流總量、削減地表徑流污染和實現(xiàn)雨水資源化利用。
(1)雨水年徑流總量控制。通過海綿城市設計,使本條城市道路年徑流總量控制率達到75%,對應設計降雨量為21.3 mm。
(2)雨水徑流污染控制。綜合考慮合肥市初期雨水污染實際和排水收納水體環(huán)境容量,參考國內外城鎮(zhèn)初期雨水截流量,雨水利用設施的徑流污染控制以盡可能降低水環(huán)境污染為目標,同時考慮初期雨水處理設施規(guī)模。本次設計初期雨水截流標準為5 mm的降雨量。
雨水管道均位于兩側非機動車道下,本次設計保留現(xiàn)狀雨水主管及檢查井,檢查井蓋標高同路面設計標高。道路紅線寬度60 m=人行道4 m×2+非機動車道3.5 m×2+機非分隔帶4.5 m×2+機動車道14.5 m×2+中央分隔帶7 m,中央分隔帶內布置高架橋墩。本次海綿城市工程技術措施主要有:人行道采用透水鋪裝,道路兩側機非分隔帶采用下凹式生物滯留帶,中央分隔帶下設置雨水調蓄池,改造斷面見圖1。
圖1 海綿城市改造斷面(單位:m)
為提高路面透水能力以及節(jié)能環(huán)保,本工程人行道采用透水結構,自上而下主要結構分別為:6 cm透水磚(透水率不小于2.5 mm/s)、3 cm粗砂干拌、20 cm C20無砂大孔混凝土、20 cm級配碎石墊層、一層防滲土工布、素土夯實,人行道結構見圖2。
圖2 人行道透水結構圖
人行道透水鋪裝具有透水性,可以令雨雪后的路面不出現(xiàn)積水、打滑現(xiàn)象,增加了人們出行的安全保障。透水磚可利用空隙實現(xiàn)蓄養(yǎng)水源,溫度升高時,磚下水分蒸發(fā),吸收地表溫度,起到了調節(jié)局部溫濕、緩解熱島效應的作用。透水鋪裝地面削減污染物的去除效果明顯,相關研究表明對COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、SS 均有良好的去除效果,能達到地表水Ⅱ類水質標準。
將兩側4.5 m機非分隔帶改造為下凹式生物滯留帶,道路側石開口,匯集車行道路面雨水,通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)凈化徑流雨水,以達到減少初期雨水污染,保護水體環(huán)境,涵養(yǎng)土壤水源的目的;另一方面,下凹式生物滯留帶可起到調蓄、滯留雨水,減輕市政管網(wǎng)壓力。
生物滯留帶結構剖面自上而下分別為:20 cm蓄水層/雨水溢流井/擋水堰、35 cm種植土層、25 cm填料層、25 cm礫石層、軟式透水管、防滲土工布、素土夯實,下凹式生物滯留帶結構見圖3。
圖3 下凹式生物滯留帶結構圖
種植土層采用種植土與中粗砂拌和,以便于滲透雨水。礫石層由碎石或礫石組成,粒徑10~30。填料層采用砂礫石,砂礫石應符合表1中的級配要求,液限應小于28%,塑性指數(shù)在9以下。
表1 填料層的砂礫石級配范圍表
構建橋面雨水收集——利用系統(tǒng),利用高架橋下的9 m中央綠化帶設置雨水調蓄池,橋面雨水由雨水口、雨落管收集后,經初雨棄流后排至蓄水池,水池蓄滿后溢流排入市政雨水管。棄流的初期雨水排至市政污水管道,蓄水池中的雨水可用于道路、綠化澆灑。調蓄池的調蓄容積采用海綿城市低影響開發(fā)設施調蓄容積法計算。
式中:V為設計調蓄容積,m3;H為設計降雨量,mm;ψ為綜合雨量徑流系數(shù);F為匯水面積,hm2。
高架橋下沿線共設置六座雨水調蓄池,調蓄池凈尺寸為16 m×7 m×3 m。
2.5.1 路側石開口
機動車道路面雨水通過路側石開口進入下凹式生物滯留帶,根據(jù)雨水口的泄水能力,確定道路每隔17.5 m設置1.5 m的路側石開口。設計路側石為花崗巖,側石規(guī)格尺寸為80 cm×40 cm×12 cm,開口尺寸為50 cm×20 cm,每處下凹式生物滯留帶進水口采用3塊開口路側石組成,路側石開口結構見圖4。
圖4 下凹式生物滯留帶路側石開口結構圖(單位:cm)
2.5.2 沉淀設施
路側石開口后側設置沉淀設施,并設置格柵攔截異物,路面雨水經沉淀后進入下凹式生物滯留帶,防止泥沙等雜物進入綠地。沉淀池尺寸為210 cm×20 cm×33 cm,沉淀池出水側設置消能卵石層,減小出水對綠地的沖刷,沉淀設施結構見圖5。
2.5.3 溢流型雨水口
下凹式生物滯留帶內每隔35 m設置一處溢流型雨水口,雨水口做法參考平箅式雨水口設計,雨水口的箅面標高根據(jù)雨水蓄水設計要求確定,設計箅面比下凹綠地高15 cm,當雨水超過蓄水深度時,通過溢流雨水口排至市政管網(wǎng)。
圖5 下凹式生物滯留帶路側石開口結構圖(單位:cm)
2.5.4 擋水堰
擋水堰采用卵石堆砌,頂寬為20 cm,底寬40 cm,高度25 cm,基礎50 cm細石混凝土墊層[3]。擋水堰設置于溢流雨水口下游,避免雨水全部匯集至道路低點,擋水堰設置間距同溢流雨水口設置間距,約35 m。
結合城市高架橋道路工程特點,引入海綿城市設計理念,設置透水鋪裝、下凹式生物滯留帶、調蓄池等低影響開發(fā)設施,將道路雨水進行滲透、蓄存、利用,實現(xiàn)雨水徑流總量控制和徑流污染控制,促進雨水資源化的利用,具有明顯的社會效益和生態(tài)環(huán)境效益。