劉清源
(中冶華天工程技術(shù)有限公司,江蘇 南京 210019)
為了實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)過程中對水資源的控制與合理利用,發(fā)展出了“海綿城市”這一理念,在此基礎(chǔ)上更是出臺相關(guān)指南,明確規(guī)定市政道路的設(shè)計(jì)與建設(shè)應(yīng)結(jié)合綠化帶或綠地優(yōu)先考慮下沉式綠化帶、生物滯留池等。由此突出了下沉式綠化帶在市政建設(shè)中的重要作用。但就目前來看,市政道路兩側(cè)的綠化帶存在一些問題,很難滿足“海綿城市”的建設(shè)需求,因此需要落實(shí)下沉式綠化帶的建設(shè)。
根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中的規(guī)定,下沉式綠化帶指的是在市政道路兩側(cè)以及道路中間低于道路表面50~300mm的設(shè)計(jì),能夠充分地收集市政道路上的雨水并進(jìn)行儲存;同時,在下沉式綠化帶中栽種植物,可對地表徑流進(jìn)行有效的吸收、凈化與調(diào)節(jié);此外,下沉式綠化帶還設(shè)計(jì)有溢流口,溢流口的設(shè)計(jì)要高于下沉式綠化帶,當(dāng)對水分的吸收達(dá)到飽和值后,多余的水分會隨溢流口流到其他區(qū)域,有效降低了市政道路表面徑流存在的可能性。常見的下沉式綠化帶如圖1所示。
圖1 下沉式綠化帶截面圖
通過上述可知,降雨時地表徑流能夠自動匯聚到下沉式綠化帶中,下沉式綠化帶的徑流控制體現(xiàn)在兩個方面:雨水滲透和雨水量調(diào)蓄。具體關(guān)系如圖2所示。
圖2 下沉式綠化帶地表徑流控制原理
在確定具體的雨水滲透量時,需要根據(jù)達(dá)西定律:飽和土中水的滲流速度與水力坡降之間呈線性關(guān)系。此外,還需要考慮滲流速度和具體的降雨強(qiáng)度:當(dāng)前者大于后者時,雨水滲透量的數(shù)值為具體的降雨量;當(dāng)前者小于后者時,雨水滲透量為滲流速度與有效滲透面積的乘積。
式中:v為滲流速度(mm/h);α為常數(shù),取0.5~0.8;K為滲透系數(shù)(mm/h);J為水力坡降,一幫取常數(shù)1;W是需要求得的滲透量(mm);a是面積比;t是滲透的時間(h)。通過上述公式可以得到雨水的滲透量。
在確定雨水量調(diào)蓄時,可將其看作是下沉式綠化帶的蓄水池體積,這樣便簡化了具體的計(jì)算過程,可通過公式:
式中:W為需要求得的雨水調(diào)蓄容積(m);A為下沉式綠化帶面積(m);△h是蓄水深度(m),通?!鱤=h-h,其中h是下沉式綠化帶的溢流口高度,h是下沉式綠化帶的底部高度。通過公式算出具體的雨水滲透量與雨水調(diào)蓄量,為之后的下沉式綠化帶應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持,最大限度確保合理性。
海綿城市的規(guī)劃控制目標(biāo)一般包括徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制。具體的控制要點(diǎn)需要各地根據(jù)實(shí)際情況選擇其中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。
最能體現(xiàn)徑流總量控制的指標(biāo)是年徑流總量控制率,也是應(yīng)用下沉式綠化帶的關(guān)鍵指標(biāo),其具體的計(jì)算方法為:年徑流總量控制率(%)=年控制降雨量(m)÷年總降雨量(m)×100%,為了得到具體的年徑流總量控制率,年降雨量可通過查詢當(dāng)?shù)氐慕涤陻?shù)據(jù)獲得。
下沉式綠化帶的徑流峰值受比較多的外在因素的影響,常見的如降雨量與降雨頻率、下沉式綠化帶的管理與維護(hù)情況等。通常情況下,下沉式綠化帶對中、小降雨的徑流峰值控制效果較好,但對于大降雨情況,對徑流峰值控制的效果不佳,需要結(jié)合排水系統(tǒng)加快徑流峰值的下降速度。
在下沉式綠化帶的徑流污染控制中,懸浮物(SS)與其他的污染物指標(biāo)有著一定的聯(lián)系,因此,徑流污染控制可將對SS的控制當(dāng)作主要目標(biāo),降低SS的含量可有效降低徑流污染程度。通常情況下,SS的去除率在50%±10%。
在明確上述控制指標(biāo)的基礎(chǔ)上,需要對下沉式綠化帶的地表徑流控制能力進(jìn)行校對,具體指標(biāo)如表1。
表1 下沉式綠化帶地表徑流控制校對
由表1可以看出,當(dāng)下沉式綠化帶面積比在0.08時年徑流總量控制與徑流峰值控制不合格,其他的均能滿足控制要求。因此,在建設(shè)下沉式綠化帶時,面積比盡量不選0.08;若必須選擇0.08的面積比,則需要添加其他調(diào)蓄設(shè)備最大限度滿足控制需求。
在下沉式綠化帶正式施工之前,需要充分落實(shí)前期準(zhǔn)備工作:一方面,應(yīng)明確圖紙要求和具體的施工規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)等,根據(jù)工程量,合理地調(diào)配各項(xiàng)資源,嚴(yán)格把控材料質(zhì)量,保障相關(guān)設(shè)備處在正常運(yùn)行的狀態(tài);另一方面,需要對施工現(xiàn)場進(jìn)行全面勘察,在此基礎(chǔ)上制定施工流程,在這個過程中需要格外注意排水工作的落實(shí),避免現(xiàn)場出現(xiàn)積水。
完成準(zhǔn)備工作后需要進(jìn)行基槽開挖,依據(jù)預(yù)先設(shè)定的下降深度將土方挖掘至規(guī)定高度;同時,為了避免開挖過程中出選的坍塌現(xiàn)象需要工作人員落實(shí)支護(hù)工作;開挖完成后需要全面檢查基槽的各項(xiàng)參數(shù),并由工作人員進(jìn)行記錄為后續(xù)的審核工作提供依據(jù)。
在進(jìn)行雨水井施工之前,需要明確施工區(qū)域地基的承載能力,要求盡可能達(dá)到100kPa;同時,在進(jìn)行墊層工作時需要注意嚴(yán)格控制墊層高度和水平度,完成墊層施工后,再進(jìn)行雨水井井底的施工,可以有效保障雨水井基礎(chǔ)施工的質(zhì)量。
在進(jìn)行雨水井安裝之前,需要對技術(shù)施工環(huán)節(jié)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測量,盡可能將墊層高度誤差與水平度誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi);在此基礎(chǔ)上進(jìn)行壓實(shí)工作,同時需要準(zhǔn)確定位安裝位置;此外,為了保障雨水井的安裝順利,還要盡可能保障井體與路基邊坡平行。
在雨水井安裝完成后,為了保障其工作效率,需要設(shè)置防堵裝置。目前來看,防堵裝置主要是活動清污筒,具有較強(qiáng)的靈活性和較高的清污效率。
下沉式綠化帶的管道連接需要按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行,要求選擇合適的管道材料、利用專業(yè)的手法進(jìn)行安裝;在安裝完成后,為了避免外在因素影響導(dǎo)致土壤水分進(jìn)入管道,需要做好管道的防滲漏工作,尤其需要加強(qiáng)管道連接處的密封處理。
當(dāng)雨水量較大使得下沉式綠化帶無法完全吸收時,為了滿足市政道路建設(shè)要求需要安裝蓄水石籠。在具體安裝時,需要開挖基槽并將石籠放置在合適的位置,這樣不僅保障了其蓄水功能,還能在旱季為綠化帶內(nèi)的植物提供充足的水分供應(yīng)。
在水泥穩(wěn)定碎石上安裝路沿石,為了降低雨水的侵蝕需要在路沿石與混凝土之間鋪設(shè)防水布;為了保障市政道路上的水分流入下沉式綠化帶,需要在路沿石上合理的位置進(jìn)行鉆孔,同時需要做好鉆孔的防堵工作。
需要在綠化帶內(nèi)設(shè)置擋流堰并通過水泥混凝土進(jìn)行固定,同時需要將擋流堰的底部與綠化帶貼合并在兩側(cè)放置鵝卵石以降低水流的沖擊;此外,還需要設(shè)置生態(tài)滲滯蓄凈排微系統(tǒng)以及溢流口等,在此基礎(chǔ)上選擇植物進(jìn)行種植。
在設(shè)計(jì)下沉式綠化帶時,需要綜合考慮地形、土壤、降雨量等因素,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的布局。對于豎向設(shè)計(jì)而言,最重要的是下沉深度,應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r科學(xué)的設(shè)計(jì)下降深度:若下降深度太大,會造成水分的積存,長此以往會影響綠化植物的生存;若下降深度太小,則容易出現(xiàn)雨水外泄問題,不能滿足市政道路下沉式綠化帶的設(shè)計(jì)要求。
根據(jù)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)下沉式綠化帶的下降深度在200~300mm時可保障大部分地區(qū)的市政道路建設(shè)需求;當(dāng)下降深度在50~200mm時也可以滿足需求,但要配合溢流口進(jìn)行排水,適用于降雨量不大的地區(qū)。
在優(yōu)化下沉式綠化帶豎向設(shè)計(jì)時,為了有效控制地表徑流,可將道路建設(shè)在地勢比較高的位置,這樣雨水會自動匯集到下沉式綠化帶中;同時,需要對非機(jī)動車道的路面進(jìn)行處理,進(jìn)一步減少地表徑流。對于下沉式綠化帶與道路的銜接處需要注意以下幾點(diǎn):第一,路沿石的高度最好與路面處在同一水平,若高出路面則需要在路沿石上打孔,方面地表徑流流入綠化帶;第二,為了防止下沉式綠化帶周圍的土壤被水流帶走,需要在道路兩側(cè)鋪設(shè)一定厚度的鵝卵石,同時,在豎直土層的設(shè)計(jì)上,從上往下分別鋪設(shè)表層覆蓋物、泥土、砂石、礫石,不僅利于雨水滲透,還具有一定的凈化作用;第三,溢流口低于路面高于下沉式綠化帶,并且需要做好防堵塞處理。
下沉式綠化帶在市政道路中所占的比例直接影響雨水調(diào)蓄的效率。通過研究發(fā)現(xiàn),道路綠化率與下沉式綠化帶的下降深度之間的關(guān)系如圖3所示。
圖3 道路綠化率與下沉式綠化帶的下降深度關(guān)系圖
由圖3可以看出,道路綠化率與下沉式綠化帶的下降深度之間呈負(fù)相關(guān),并且變化幅度逐漸降低,大致以道路綠化率30%為臨界點(diǎn):當(dāng)?shù)缆肪G化率在20%以下時,存在下降深度過大的問題,很容易導(dǎo)致綠化帶積水問題,進(jìn)一步影響綠化植物的生長;當(dāng)?shù)缆肪G化率在40%時,存在下降深度過小的問題,達(dá)不到“海綿城市”的建設(shè)要求,因此,應(yīng)盡可能將市政道路綠化率控制在30%左右,這樣不僅滿足了下沉式綠化帶的下降深度設(shè)計(jì)要求,也具有很好的滲蓄效果。
在下沉式綠化帶的應(yīng)用過程中,植物的選擇與設(shè)計(jì)對調(diào)蓄功能有直接影響,因此,需要對植物進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),保障植物適應(yīng)下沉式綠化帶特殊生長環(huán)境的同時滿足市政道路綠化、美觀的需求。下沉式綠化帶表面積水時間長,因此,耐污、耐澇植物的選擇和種植是下沉式綠化帶的核心指標(biāo)之一。這就要求在完成上述兩項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后,確定出不同條件下植物的耐澇時間,其中的影響因素包括兩個方面:一方面,土壤滲透率對植物的耐澇時間有影響,若滲透率大,則植物的耐澇時間短,若滲透率小,則植物的耐澇時間長;另一方面,若溢流口高度位置不當(dāng)或出現(xiàn)堵塞情況,雨水無法及時地從下沉式綠化帶中排出,出現(xiàn)積水現(xiàn)象,使得植物的耐澇時間降低。
因此,在應(yīng)用下沉式綠化帶時,需要合理的確定土壤滲透率以及溢流口高度,并保障溢流口時刻通暢,在植物的選擇上可堅(jiān)持以下原則:第一,盡可能選擇本土植物,不僅能夠較好的適應(yīng)下沉式綠化帶的環(huán)境,還能降低外來物種入侵的風(fēng)險;第二,選擇的植物應(yīng)根系發(fā)達(dá)并具有較強(qiáng)的空氣凈化能力,同時能夠很好的應(yīng)對生存環(huán)境的變化;第三,所選植物具有較強(qiáng)的耐澇性和耐鹽堿性;第四,所選的植物具有一定的觀賞性,并且不會限制彼此之間的生長。
綜上所述,下城市綠化帶對市政道路的建設(shè)與發(fā)展具有重要意義,因此需要不斷加大下沉式綠化帶的應(yīng)用。在具體的施工中,需要依據(jù)地表徑流原理對徑流總量、徑流峰值、徑流污染三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行控制,嚴(yán)格落實(shí)前期準(zhǔn)備工作、基槽開挖、雨水井施工、雨水井安裝、管道連接、蓄水石籠安裝、道路施工、綠化帶施工八項(xiàng)要點(diǎn)并合理的進(jìn)行優(yōu)化,推動城市建設(shè)朝著“海綿城市”的方向發(fā)展。