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        基于低影響開發(fā)技術的市政道路設計研究
        ——以珠海市某道路工程為例

        2022-09-09 01:25:44趙孟哲
        北方建筑 2022年4期
        關鍵詞:植草開發(fā)技術市政道路

        趙孟哲

        (廣東省交通規(guī)劃設計研究院集團股份有限公司,廣東 廣州 510070)

        0 引言

        在海綿城市快速建設與發(fā)展的背景下,人們越來越關注市政道路的建設。過去使用的不透水鋪裝道路設計會導致自然生態(tài)水文環(huán)境被嚴重破壞,而且大規(guī)模的降雨天氣也會引發(fā)城市內(nèi)澇問題,影響人們的出行。因此應積極研究低影響開發(fā)的城市道路,本文結(jié)合珠海市的具體條件進行可行性分析,以進一步提高市政道路建設水平,減輕城市內(nèi)澇發(fā)生的幾率,為海綿城市建設提供重要的參考依據(jù)。

        1 工程案例

        珠海某市政道路工程新建市政道路工程紅線寬度約為60 m,城市主干路道路設計車速為主路50 km/h,項目含涉鐵段。該項目地理位置及項目工程范圍見圖1~圖2。

        圖1 項目地理位置示意圖

        圖2 項目工程范圍示意圖

        1.1 自然氣象條件

        該工程區(qū)域降水量高達1 700 mm~2 200 mm,但降水的分布并不均勻,以4月—9月的雨季為主,占全年的84%。降水集中于雨季;10月至次年3月為旱季,降水量只有308.1 mm,占全年降水量的16%。

        1.2 海綿城市建設分區(qū)管控指引

        海綿城市的分區(qū)采取順應城市水系特征、便于城市管理、科學合理劃分的原則。具體海綿城市的管控分區(qū)依據(jù)水系、河道、流域邊界范圍,同時以行政分區(qū)作為基礎。

        以珠海市為例,結(jié)合城市排水分區(qū)將珠海市劃分為51個海綿城市管控分區(qū),以方便專項規(guī)劃,以及與下層次的控制性詳細規(guī)劃銜接,旨在更好地指導城市的下層次規(guī)劃,將海綿城市的專項規(guī)劃成果充分地落實到城市建設中。

        2 低影響開發(fā)的功能和作用

        在我國城市化高速發(fā)展的背景下,城市經(jīng)濟蓬勃發(fā)展,生活水平顯著提高。與此同時,人們對水環(huán)境的破壞卻日益嚴重,導致日常生活中面臨洪澇災害、水資源短缺等各種問題。低影響開發(fā)剛性約束,使自然排水系統(tǒng)更加流暢,充分提高城市道路對水的吸納效率,為城市開發(fā)建設提供重要的保障[1]。利用低影響開發(fā)的雨水處理系統(tǒng),可以有效提升城市道路的雨水滲透和調(diào)節(jié)能力,使城市的水資源得到有效利用;對城市的排水系統(tǒng)也有一定的緩解作用。同時,通過利用雨水資源,充分補充地下水,有效地提高了水資源的利用率,降低了水資源的污染。在低影響開發(fā)道路進行設計時,首先要針對當?shù)氐膶嶋H條件進行分析,建設可持續(xù)、低成本且與建筑景觀相結(jié)合的道路,同時在道路周邊設計雨水公園、綠色屋頂、透水鋪裝等多種技術方案,在設計時要針對原有的自然水文環(huán)境進行深入分析,增強水資源的整體利用率。此外,要在增加海綿設施調(diào)蓄能力的同時增加徑流時間,提高滲透效率,避免出現(xiàn)資源浪費等問題。

        3 道路工程低影響開發(fā)的主要措施

        3.1 道路雨水低影響開發(fā)系統(tǒng)

        在傳統(tǒng)的道路開發(fā)設計中,根據(jù)不同等級、不同斷面進行劃分,低影響開發(fā)理論將道路紅線范圍進行劃分,包括機動車道、非機動車道、機動車隔離帶、人行道等,因此在設計不同系統(tǒng)時要對雨水道路系統(tǒng)進行深入分析。本案例將低影響開發(fā)設施專項規(guī)劃和概念設計的結(jié)果進一步細化,提供不同低影響開發(fā)設施布置方案,并通過水文模擬計算各個方案的暴雨處理效率和成本分析。初步設計文件應滿足編制施工圖設計文件的需要,根據(jù)選定的設計方案,確定每個低影響開發(fā)設施的尺寸,繪制平面圖、剖面圖、截面圖,并給出工程量清單。施工圖設計文件,應滿足設備材料采購、非標準設備制作和施工的需要。低影響開發(fā)設施設計暴雨重現(xiàn)期,應根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點和氣候特征等因素確定,一般采用低影響開發(fā)專項規(guī)劃推薦值,低影響開發(fā)設施設計暴雨重現(xiàn)期一般不超過25年。

        3.2 道路排水與雨水銜接系統(tǒng)運用低影響開發(fā)理論

        在道路排水和雨水銜接系統(tǒng)中要充分利用低影響開發(fā)的理念,對坡面坡向分隔帶的位置及橫斷面形式進行空間分析。為了能夠保證道路排水和雨水系統(tǒng)的有效銜接,要主動引入雨水排水設施和引流設施,在排水設施研究中需要采用溢流雨水管和導流管,溢流雨水管應和生物滯留時綜合利用,如果洪峰徑流量過多,可實現(xiàn)溢流排水的效果。排水設施頂部略低于地面35 mm~45 mm,超出地面55 mm~95 mm。溢流水的雨水口,排水能力會直接影響著匯水效果。所以如果內(nèi)澇嚴重,需要在雨水口設計時預留縫高度2倍以上,導流管能夠?qū)τ晁M行增滲和回收,通過透水鋪裝植草溝生物滯留相互配合,能夠進一步加強對雨水的分析與處理,導流管的坡度需要做到因地制宜,加強導流效果。在雨水引流設計中,要包括機非分隔帶雨水設施,而為了能夠增強徑流效果,需要根據(jù)每個進水口的進水量和路面匯水量進行綜合考慮,當?shù)缆方?jīng)過低洼處時,要適當增加管道密集度,確保單個進水口也能夠具備足夠的寬度,同時要做好遮蔽效果,避免雜物造成管口堵塞而影響進水能力。機非分隔帶因為寬度較窄,無法在中間設置。將機動車管徑流雨水線引至紅線外相關低影響的開發(fā)設施內(nèi)部[2]。

        4 市政道路設計中低影響開發(fā)的具體運用

        隨著道路橋梁建設進度加快、規(guī)模不斷擴大,現(xiàn)有的設計理念和形式很難滿足道路橋梁建設的發(fā)展要求,及時進行低影響開發(fā)技術十分必要。常規(guī)道路橋梁施工設計過程主要依據(jù)傳統(tǒng)施工經(jīng)驗,先設計初步施工方案,再進行道路橋梁結(jié)構尺寸、制造工藝、總布置及施工材料的選擇,最后進行驗收。

        在實際應用中需要提前構建設計計劃模型,對模型進行結(jié)構分析和力學分析,并研究在實際應用中可能產(chǎn)生的風險。本項目的綠化帶均采用下凹式綠地,下凹式綠地設施調(diào)蓄體積計算采用以下公式:

        式中:A為下凹式綠地面積,m2;0.15為下凹綠地和生態(tài)樹池蓄水層厚度,m;0.6為種植土厚度,m;0.1為種植土層孔隙率,0.2為級配碎石層厚度,m;0.3為級配碎石層孔隙率;0.70為下凹綠地和生態(tài)樹池蓄水折減系數(shù)。

        未來設計者要盡可能地構建更加合理的模型,運用低影響開發(fā)技術思想詳盡地描述道路橋梁的設計方案,將設計的每一步清晰呈現(xiàn),簡化復雜度,消除風險隱患。將大型道路橋梁分割為若干個小型獨立設計方案進行規(guī)劃,方便設計師對每一個模塊進行方案設計,通過整體設計思想把每一個獨立的模塊進行組合,最終完成道路橋梁設計。這樣不但可以節(jié)約設計者的設計規(guī)劃時間,還可以有效地提高設計規(guī)劃的科學性,降低工程施工或?qū)嶋H使用中出現(xiàn)事故的可能性。在透水性地面鋪裝的過程中,建設團隊必須將滲透性建筑材料的用量最大化,減少不滲透性材料的使用。引入透水性鋪裝,可以有效減少路面積水,提高雨季雨水滲透率,使雨水快速滲透地面,補充地下水,減輕城市水壓力[3]。關于市政道路,透水性鋪裝是開發(fā)中影響較小的重要手段之一,應用于人行道和非電動車線的設計,可以有效提高設計水平和道路性能?;炷敛牧鲜堑缆泛蜆蛄航Y(jié)構的填充物,直接影響工程項目的質(zhì)量。混凝土建筑技術在低影響開發(fā)技術中主要包括兩方面,即選材和使用。有關選材方面,混凝土是經(jīng)過制作而得的較為特殊的材料,在低影響開發(fā)技術時對準備工作有著嚴格要求。首先,根據(jù)比例來確定原料的數(shù)量和車輛的重量,固定水泥、砂、石的磅秤標準,設計中規(guī)定不能忽視對骨料中含水率的測定,其對確定精確耗水量至關重要。其次,把貨物按裝運的順序裝上卡車,在設計上一般采用石塊先裝,然后是水泥,最后裝砂的順序。在低影響開發(fā)技術中,提出混合劑要加水泥,混合劑一般按用量分開,同時加入粗集料和細集料。最后,按要求進行攪拌。攪拌機應符合低影響開發(fā)技術要求。當要求加入添加劑時,要注意調(diào)節(jié)時間。為保證混凝土的質(zhì)量,低影響開發(fā)技術建議在混合工藝開始前應先進行坡度及工作性質(zhì)鑒定,并作詳細說明。就使用材料而言,混凝土的使用應滿足道路橋梁工程中對承載力、安全性及使用壽命的要求。研究表明,鋼筋混凝土的配合比不合理會影響工程質(zhì)量,使承載能力、安全性能急劇下降,道路橋梁的使用壽命也將較短,在施工現(xiàn)場施工可采取增加保護層的方案[4]。

        在低影響開發(fā)技術下市政道路的建設與規(guī)劃,必須要針對城市的具體環(huán)境進行分析。在本案例中城市的主干道紅線寬度約為60 m,道路長度為5.3 km,道路兩邊的路幅要保證6車道車輛同時雙向行駛。在道路建設的過程中要盡可能地增加路基持力層的黏性土和礫質(zhì)黏性土,提高道路的適應性。下凹式的綠地設計能夠?qū)G化帶進行良好的控制,確保道路滲透性蓄水能力更強,下凹式的綠地不僅建設費用低,還能夠快速匯集雨水,從開孔處有效流入對應的下凹式綠地,確保綠地標高低于機動車道10 cm~20 cm。在遇到徑流雨量比較大的情況下會有更多的溢流滲透能力,使溢流井流入到雨水系統(tǒng)之中,在道路設計時要嚴格控制雨水口的標高。

        本案例人行道設計因為受到周圍用地的影響,在建設之前沒有對工業(yè)園區(qū)內(nèi)的土地開發(fā)進行準確規(guī)劃,所以要采用厚度為6 cm面磚,具有良好的吸水環(huán)保性能,調(diào)平層的厚度需要鋪墊2 cm的細砂,基層應采用10 cm厚度C25的原色透水性混凝土,主要以碎石為填充材料。在透水結(jié)構中能夠促進雨水的快速下滲,增強對城市地下水的快速補充,有效減少城市道路中的地表徑流量。在機動車道設計時,因為在本案例中會遇到頻繁的暴雨天氣,造成降雨量過大。為了減少城市排水系統(tǒng)的壓力,可以通過配排水式的磨耗層及透水的瀝青混合料共同結(jié)合,減少雨水對車道造成的危害和沖擊,機動車道也可以采用豁口式的原石對地面徑流進行引流,確保水流快速進入到綠化帶,有效過濾并凈化雨水。在非機動車道設計中,本案例采用透水式結(jié)構,整個表層設計呈現(xiàn)彩色路面,用PAC材料保證了良好的透水性能。

        針對不同設計方案應用項目的實際需求,選擇最優(yōu)設計方案,以保證工程橋頭搭板段施工質(zhì)量。在施工過程中,會使用大量的水資源,若是不合理的應用可能會造成大量的水資源浪費。因此,應合理應用水資源,把水資源使用量控制到一定范圍內(nèi),增強水資源二次利用,減少不必要的水資源消耗。在施工過程中,做好排水工作也是必不可少的,應安裝排水設施,避免廢水給周圍自然生態(tài)環(huán)境帶來破壞。此外,施工設備的選擇非常關鍵。雨水花園由溢流、洼地、過濾帶等設施組成,主要負責凈化和滯留初期雨水,借助土壤滲透、植物截留等方式,對小流量的徑流雨水進行處理,達到削減污染物、調(diào)節(jié)雨水流量的作用。在確定雨水花園最終容積時,需要確保其可以滿足在非隔離帶內(nèi)部設置的根本性原則[5]。

        在低影響開發(fā)中,植草溝具有隔離污染、凈化水源、運輸?shù)茸饔谩V膊轀习磸搅骺蓜澐譃槿箢悾簶藴蕚鲃邮街膊轀?、濕植草溝、干植草溝。其中,標準傳動式植草溝是開闊的植物性溝渠,將集水區(qū)的徑流引導和傳輸?shù)狡渌乇硭幚碓O施。濕植草溝替代排水系統(tǒng)是指采用溝型濕地處理系統(tǒng)。這種草溝因長期處于相對濕潤的條件下,因此蚊蟲、蒼蠅易滋生。干植草溝采用適用于居住區(qū)域或密集的區(qū)域,早期棄雨是利用適當?shù)脑O備或特殊的方式,將初始降雨中的高濃度污染物排出,從而減少后期雨水的處置難度。對于市政污水管網(wǎng)中存在的棄流雨水,需要先匯集到污水處理廠進行集中處理。當前較為常見的雨水棄流處理法包括小管、容積法等,棄流方式包括自動控制、滲透、雨落管、棄流池等[6]。

        5 結(jié)語

        將低影響開發(fā)技術方法用于道路橋梁設計,能有效改善道路設計效果。低影響開發(fā)在市政道路中的設計和應用具有重大意義,不僅避免了城市道路受到雨水的侵襲,而且大幅提升雨水的二次利用效率,以及利用自然的去污方式,降低了城市的污染。在低影響開發(fā)技術應用時,要結(jié)合工程項目的具體情況進行綜合分析,采取有效的設計方案,保證路上雨水快速排除,從而增強雨水的滲透和凈化能力。隨著技術手段的不斷改進及相關部門重視程度的加深,低影響開發(fā)將成為未來市政道路發(fā)展的趨勢。

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