交通樞紐道路雨水控制與利用技術(shù)研究

宋恭儉，張鳳艷

（1.湖州交通規(guī)劃設(shè)計院，浙江湖洲313000； 2.湖州市公路管理局，浙江湖洲313000）

交通樞紐道路雨水控制與利用技術(shù)研究

宋恭儉1，張鳳艷2

（1.湖州交通規(guī)劃設(shè)計院，浙江湖洲313000； 2.湖州市公路管理局，浙江湖洲313000）

針對交通樞紐雨水內(nèi)澇問題，從高架道路、地下道路與地面道路角度，分別提出雨水控制與雨水利用的技術(shù)措施，以保證樞紐道路服務(wù)能力。對于高架道路，采用了排水性瀝青路面、雨水淺層蓄滲技術(shù)，以減少路表徑流；通過雨水處理與利用裝置，實現(xiàn)了雨水循環(huán)利用。對于地下道路，可采用自流排水、調(diào)蓄排水與抽升排水，同時可選擇排水交通復(fù)合型隧道防洪。對于地面道路，可采用透水鋪裝、生態(tài)植草溝等措施進(jìn)行雨水控制。

交通樞紐；道路；雨水控制；雨水利用

0　前言

交通樞紐是城市對外交通與城市交通聯(lián)系的節(jié)點。作為整個城市交通系統(tǒng)的最重要組成部分之一，其系統(tǒng)功能的優(yōu)劣直接影響著城市交通大系統(tǒng)的綜合能力。交通樞紐采用布局緊湊、換乘便捷、組織高效的綜合集成設(shè)計技術(shù)，交通樞紐總體布局應(yīng)根據(jù)樞紐功能要求、客流規(guī)模和交通方式、用地條件綜合規(guī)劃設(shè)計，應(yīng)最大程度地方便乘客出入樞紐和換乘。樞紐車流、客流量大時，為縮短換乘距離，減少車流、人流交叉干擾并節(jié)省土地，其樞紐道路大多考慮采用高架和地下道路的形式，同時也存在部分地面道路。

正常情況下雨水作為一種寶貴的資源，在城市水循環(huán)系統(tǒng)和流域水環(huán)境系統(tǒng)中起到十分重要的作用。近年來城市內(nèi)澇問題屢有發(fā)生，造成交通大面積癱瘓，嚴(yán)重影響了居民日常生活和工作，甚至出現(xiàn)了人員死亡的嚴(yán)重災(zāi)情，再次給人們敲響了城市安全的警鐘。目前道路多為不透水密實鋪面，在一定程度上導(dǎo)致雨水流失量增加和水循環(huán)系統(tǒng)的平衡遭破壞，并引發(fā)一系列環(huán)境與安全問題。交通樞紐擁有大體量的道路基礎(chǔ)設(shè)施，包括高架道路、地下道路與地面道路，路網(wǎng)密度大，道路雨水控制得好壞在很大程度上決定了樞紐防澇效果。

交通樞紐雨水控制一方面是提高區(qū)域排水標(biāo)準(zhǔn)，另一方面是控制雨水徑流量。而提高區(qū)域排水標(biāo)準(zhǔn)和控制雨水徑流量的關(guān)鍵措施是降低徑流系數(shù)，大型樞紐區(qū)域綜合徑流系數(shù)由0.8降低為0.7，區(qū)域排水標(biāo)準(zhǔn)可由3 a一遇提高為5 a一遇。樞紐道路推薦排水設(shè)計重現(xiàn)期見表1所列。

表1　樞紐道路排水設(shè)計重現(xiàn)期（推薦值）一覽表

下面分別對于交通樞紐高架道路、地下道路與地面道路，提出一系列雨水控制與利用技術(shù)，以控制或降低樞紐內(nèi)澇災(zāi)害。

1　高架道路

1.1高架排水性瀝青路面鋪裝

通常普通高架道路鋪裝為密實材料，雨水主要通過橫坡和縱坡排入泄水口，并匯集到豎向排水管排出，表面徑流較大，對行車安全性與舒適性有極大影響。采用排水性瀝青路面作為高架道路表面層，可以迅速排除路表積水，減少路表徑流，防止雨天駕駛易產(chǎn)生的飛濺、眩光、水漂等現(xiàn)象，提高雨天駕駛的安全性。同時，排水性瀝青路面還可以有效降低交通噪音，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，提高人們出行的舒適性。

上海浦東國際機(jī)場北通道高架快速路采用排水性瀝青路面鋪裝，具體鋪裝結(jié)構(gòu)見表2所列。圖1為密實路面與排水性瀝青路面雨天行駛效果比較圖。

表2　上海浦東國際機(jī)場北通道鋪裝結(jié)構(gòu)一覽表

圖1　密實路面與排水性瀝青路面雨天行車效果對比實景

1.2高架道路雨水淺層蓄滲技術(shù)［1］

高架道路雨水通常要排到地面上，這樣會大大增加地面徑流，可采用淺層蓄滲技術(shù)降低地表徑流。

淺層蓄滲是結(jié)合城區(qū)的功能規(guī)劃要求，在高架道路下的人行道、廣場的輔裝層或綠化種植土以下，用多孔材料堆徹成可供短暫貯存的雨水連通空間，在多孔材料底部用滲水材料以提高下滲速率，如圖2所示。當(dāng)暴雨來臨時，雨水徑流經(jīng)初期棄流后，通過管道或溝渠方式進(jìn)入多孔材料空間內(nèi)短暫儲存，暴雨過后雨水繼續(xù)下滲，超過調(diào)蓄容量的雨水外排。在降雨過程中，蓄滲設(shè)施容納高架道路產(chǎn)生的雨水徑流，徑流發(fā)生集蓄、蒸發(fā)、下滲、溢流外排等多種水流運動，形成較為復(fù)雜的水量平衡體系，延緩高架道路徑流外排時間，增加雨水入滲補(bǔ)充地下水。

在虹橋樞紐青虹路高架排水工程中，以削峰減排為設(shè)計理念，采用雨水淺層蓄滲技術(shù)，在近600 m的高架道路下景觀隔離帶內(nèi)設(shè)置有效容積為1 290 m3的蓄滲裝置，可對13 200 m2高架道路全年80%的雨水徑流進(jìn)行就地蓄滲處理，實現(xiàn)了雨水資源化、處理就地化、系統(tǒng)生態(tài)化、成本最小化的雨水間接利用工程設(shè)計原則。

淺層蓄滲設(shè)施設(shè)置在高架景觀隔離帶下，分為截流池和蓄滲池兩部分。截流池采用小孔棄流原理，在DN200的蓄滲裝置進(jìn)水管管底設(shè)Φ100的棄流孔，將初期水質(zhì)較差的雨水截流于池中。截流池有效高度為0.4 m，底部設(shè)粗砂墊層。雨水滲透至地下，而顆粒等雜質(zhì)可被截流。

圖2　淺層蓄滲示意圖

淺層蓄滲裝置由上至下分別由植被層（草皮）、基質(zhì)層、隔離過濾層、貯水層、滲濾層等組成。

（1）植被層：主要考慮草皮、草坪、地被植物、攀援植物等，不包括小型喬木、灌木等下面不考慮設(shè)置貯水設(shè)施。

（2）基質(zhì)層：選擇滿足植物生長條件，具有一定滲透性能、蓄水能力和空間穩(wěn)定性的材料。基質(zhì)改良土主要由田園土、排水材料、輕質(zhì)骨料和肥料混合而成，厚度30 m～60 cm。

（3）隔離過濾層：一般采用既能透水又能過濾的聚酯纖維無紡布等材料，用于阻止基質(zhì)進(jìn)入排水層。隔離過濾層鋪設(shè)在基質(zhì)層下，搭接縫的有效寬度應(yīng)達(dá)到10 m～20 cm。

（4）蓄水層：一般有混凝土、塊石、PE（聚乙烯）和HDPE（高密度聚乙烯）等材料類型，利用材料之間的空隙在暴雨時短暫貯存雨水，暴雨過后再下滲，多余的雨水通過溢流外排。

（5）滲濾層：為促進(jìn)雨水的下滲，在蓄水層下設(shè)置級配下滲層，厚度約100mm，采用礫石，粒徑為8-16mm，以促進(jìn)雨水下滲，同時作為蓄水結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

單元淺層蓄滲設(shè)施的平面布置圖和豎向布置圖分別如圖3和圖4所示。

圖3　單元淺層蓄滲設(shè)施平面布置圖

圖4　單元淺層蓄滲豎向布置圖（單位：mm）

高架道路地面景觀隔離帶下設(shè)置蓄滲裝置的方式，就地處理了5倍于裝置面積的高架道路全年80%的路面徑流。若擴(kuò)大雨水蓄滲的收集面積，可更有效地提高削減該區(qū)域徑流量，提升排水標(biāo)準(zhǔn)，減輕排水系統(tǒng)運行負(fù)荷。

1.3高架道路雨水處理與利用技術(shù)

道路雨水中含有顆粒物、重金屬、石油類和多環(huán)芳烴類污染物，如果直接排水到周邊水體中，會污染水體，影響水環(huán)境。道路上雨水也可以收集利用，道路雨水收集后利用的主要方向是綠化和澆灑道路。

上海五洲大道建立了高架道路雨水收集利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括了雨水收集系統(tǒng)、雨水處置/處理系統(tǒng)（初期及后期雨水處理系統(tǒng)）、雨水利用系統(tǒng)組成。日常由水泵驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)部的循環(huán)水流以維持水質(zhì)，該水泵同時也可向供灑水車提供清水。水泵由太陽能驅(qū)動，整個工程將資源循環(huán)利用、綠色能源和生態(tài)處理有機(jī)結(jié)合，整個系統(tǒng)示意圖如圖5所示。土壤生態(tài)濾池與太陽能系統(tǒng)現(xiàn)場情況分別見圖6與圖7所示。

圖5　上海五洲大道高架道路雨水收集與利用示范工程示意圖

圖6　土壤生態(tài)濾池現(xiàn)場實景

圖7　太陽能系統(tǒng)現(xiàn)場實景

珠海橫琴口岸綜合交通樞紐高架道路采用滲井技術(shù)減少雨水對地面排水系統(tǒng)的沖擊。高架道路雨水通過立管排入下方滲井，即底部具有下滲功能的雨水收集井，滲井與植草溝相連接，少量初期雨水可通過滲井下滲，并通過植物和土壤的截留、吸附和去除污染物，大部分雨水從滲井流入植草溝。植草溝是在溝渠中種植植被，利用重力輸送雨水，并通過植物截留和土壤過濾處理雨水。植草溝末端與地面雨水排水系統(tǒng)相連［2］。

2　地下道路

隧道、地道、城市下穿式立交采取高水高排、低水低排互不連通的系統(tǒng)。低水低排系統(tǒng)排水口必須暢通、可靠?？梢圆捎萌N排水方式：自流排水、調(diào)蓄排水、抽升排水。調(diào)蓄排水需要較大空間，隧道、地道、城市立交低水低排系統(tǒng)無法以重力流排出時，設(shè)置泵站，使用水泵排水。泵站位置應(yīng)設(shè)在隧道峒口附近、隧道最低點、地道最低點和立交最低點附近。

如果有條件，可以選擇排水交通復(fù)合型隧道，如吉隆坡精明隧道，共有三層結(jié)構(gòu)，最底層是永久性地排水；第二層平常用于通車，但到了5 a為周期的大洪水的時候，第二層通道就變成排水通道；到了特大的極端性暴雨、甚至20 a一遇的暴雨來的時候，把整個車道全部封閉，整個隧道全部變成了排洪通道，這樣能夠迅速地把洪水排出去，城市免于內(nèi)澇，基本上解決了城市中心區(qū)的防洪問題（見圖8）［2］。

圖8　吉隆坡精明隧道運營示意圖

3　地面道路

地面道路可以采用透水性鋪裝，透水鋪裝面層到基層整個結(jié)構(gòu)都采用透水性材料組成的結(jié)構(gòu)，雨水通過透水面層、透水基層，最后滲透到土基中，如圖9所示。

透水性鋪裝能夠使雨水迅速地滲入地表，還原為地下水，使地下水資源得到及時補(bǔ)充，保持土壤濕度，改善城市地表植物和土壤微生物生存條件，同時可以調(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度，消除熱島現(xiàn)象。該技術(shù)可用于人行道、非機(jī)動車道、步行街、廣場與停車場，如圖10所示。

圖10　透水人行道實景

植草溝可以消減和阻延暴雨徑流。暴雨徑流進(jìn)入溝渠后，在填充物中流動，并滲透到周圍土壤中，補(bǔ)充地下水，同時還將有效地截留污染物顆粒。徑流中的30%～50%的污染物可被有效地去除。植草溝主要用于道路中央分隔帶與邊緣綠化帶，如圖11所示。

圖11　植草溝實景

4　結(jié)語

針對交通樞紐高架道路、地下道路與地面道路，分別提出了道路雨水控制與利用的技術(shù)措施以減少路表徑流、緩解樞紐內(nèi)澇。對于高架道路，采用排水性瀝青路面鋪裝、高架道路淺層蓄滲裝置、雨水收集與利用技術(shù)；對于地下道路，除了常規(guī)排水措施外，可采用排水交通復(fù)合型隧道形式；對于地面道路，采用透水鋪裝、生態(tài)植草溝等措施。

［1］ 張辰，陳嫣，張惠鋒，等. 上海虹橋綜合交通樞紐的雨水收集與利用［J］. 中國給水排水，2011， 27（10）： 88-92.

［2］ 城市雨水管理國際研討會論文集［C］.2013.

U491、U417.3

B

1009-7716（2015）05-0057-04

2015-02-06

宋恭儉（1977-），男，浙江蘭溪人，高級工程師，副院長，從事道路工程設(shè)計與科研工作。