关于海绵城市建设中海绵结构设计的探讨.pdf

《关于海绵城市建设中海绵结构设计的探讨.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

给水排水工程器WaterSupply&DrainageEngineering关于海绵城市建设中海绵结构设计的探讨曾庆红(江西省建筑设计研究总院，江西南昌330046)摘要：海绵城市建设是我国当前城市基础设施建设的重点推进项目。依据现有规范和参考国内外海绵城市建设经验，提出了有关海绵城市建设中“渗、滞、蓄、净、用、排”的一些具体做法，为技术人员在海绵城市建设时提供一定的参考和借鉴。关键词：海绵城市；海绵结构；设计目标值；绿地改造；滞留雨水中图分类号：TU992．02文献标志码：B文章编号：1009—7767(2016)06—0109—04OnStructureDesigninSpongeCityConstructionZengQinghong《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》(国发办[2015175号)‘1】明确指出：海绵城市是指通过加强城市规划建设管理，充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。其总体要求如下：1)工作目标：通过海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70％的降雨就地消纳和利用。到2020年．城市建成区20％以上的面积达到目标要求；到2030年，城市建成区80％以上的面积达到目标要求。2)基本原则：坚持以生态为本，实现自然循环。应充分发挥山、水、林、田、湖等原始地形地貌对降雨的积存作用；充分发挥植被、土壤等自然下垫层对雨水的渗透作用；充分发挥湿地、水体等对水质的自然净化作用，努力实现城市水体的自然循环。笔者以南方某城市(以下简称A市)为例，探讨了海绵城市建设中的海绵结构设计过程。1设计目标值的选择进行海绵城市建设，应该依据当地气候特征，确定70％的降雨就地消纳和利用的设计目标值。依据A市气象资料【2】。该市多年平均年降雨量为1596mm；多年平均年蒸发量为1271．6mm(70％的水会被蒸发)；日最大降雨量为211mill，月最大降雨量为293mm；梅雨季节降雨期为1个月左右。由于梅雨季节连续降雨，空气湿度大。日晒时间短，水的蒸发量少，因此确定以月最大降雨量293mm为雨量最大值，以此作为海绵结构设计目标值．即70％的降雨就地消纳和利用的设计目标值=293x70％=205．1mm。2关于海绵结构设计的探讨2．1道路、露天停车场、广场、步行街、人行道设计采用较大尺寸的块石、混凝土预制砌块、现浇混凝土砌块铺设道路、露天停车场、广场、步行街、人行道．下垫层采用碎石、粗砂、无害的建筑废料和工业矿渣．缝宽为10mill的拼缝采用绿豆沙灌缝做法。同时辅以地下集水池，水泵抽水用于浇灌绿地和路面洒水降尘。可以解决城市道路及硬化地面的雨水下渗和雨水利用问题。使其达到70％的降雨就地消纳和利用的目标。道路和露天停车场可以采用长和宽均为0．6m、厚度为0．3m的方块石或混凝土砌块辅设；广场、步行街、人行道可以采用长和宽均为0．6～1．2m、厚度为0．3m的方块石或混凝土砌块辅设。如果道路和露天停车场采用长和宽均为0．6～1．2m的混凝土砌块辅设，则混凝土砌块需要进行配筋设计。块体路面【3呵以满足行车速度小于50km／h的要求。该做法由于采用机械碾压和机械铺设施工方式，对于不规则块体采用防漏浆措施现浇处理，取消了路沿石和阻水下渗的水泥砂浆粘贴层，所以基本无需人工操作，机械化程度高，设计、施工、维护简单。下垫层中碎石、粗砂的厚度日需要通过计算确定。2016年第6期(11一)第34卷啼荭故术109 器给水排水工程WaterSupply&DrainageEngineering以A市为例，假设碎石的孑L隙率为35％，粗砂的孔隙率为20％，以该市设计目标值205．1mm计算，则：碎石层厚度Hs=205．1乃5％=586mm，取Hs=600mm；粗砂层厚度Hc=205．1／20％=1025．5mm，取Hc=l000mm。道路、露天停车场、广场、步行街、人行道海绵结构做法，见图1。铺设300mm厚大块石、混凝土砌块晤菊磊面赢函五瓦磊i厂一匡巫亘亟亘夏二_一图1道路、露天停车场、广场、步行街、人行道海绵结构做法2．2屋面设计为了增加钢筋混凝土屋面的蓄水功能，内铺100mm厚的粗砂保护层后．可达到70％的降雨就地消纳和利用的目标。采用滞水蒸发屋面，除解决了雨水就地滞留和蒸发的问题外．还有利于屋面的保温隔热。滞水蒸发屋面做法的关键难点是确保屋面防水不渗漏，因此采用铺砂蓄水工序可对其起到非常好的保护作用，如果出现渗漏问题，清理维修也比较方便。该做法在设计、施工、维护方面均比传统的屋面做法简单。砖砌屋面水池深度日需要通过计算确定。以A市为例。假设粗砂的孔隙率为20％，以该市设计目标值205．1mm计算，则屋面100mm厚的粗砂保护层的滞留深度=100x20％=20mm，砖砌屋面水池深度Hz=100+205．1-20=-285．1mm．取Hz=300mm。滞水蒸发屋面做法，见图2。落水管屋面雨水滞留蒸发池100mm厚粗砂保护层1层面防水层眠砖砌筑240mm厚挡水墙l层面结构层l屋面内保温层l石膏板吊顶落水管图2滞水蒸发屋面做法2．3绿地设计采用滞水蒸发绿地做法，辅以地下集水池，水泵抽水用于浇灌绿地和地面洒水降尘便可达到70％的降雨就地消纳和利用的目标。新城区按照文献【4]要求采用下沉式绿地做法，即道路地面抬起高度日D为150～110啼荭故木2016No．6(Nov．)V01．34300mm(见图3)；老城区道路绿地已经成型，采用在绿地边缘砌高度h为150～300mm的挡水土埂或挡水墙的做法(见图4)；坡地则采用挖集水沟塘和筑挡水土埂相结合的做法(见图5)。绿地种植土建议采用松散的夹沙土。或者采用掺和建筑垃圾废料、生活垃圾的土：绿地应种植比较耐涝的植物。滞水量Q=210film滞水量合计'Q=210mm周围筑挡水土埂：黏土夯实———————————1厂———————————一图5山坡绿地改造做法以A市为例，该市设计目标值为205．1mm，取Q=210mm；对于坡地，需要依据实际坡度对Q值进行计算调整。2．4渗透井设计对于地下水位比较低且有吸水渗透层的地块，采用下沉式砂石地面、渗透砂井、渗透砂坑三者相结合的做法。让雨水直接渗透进入地下渗水层，便可达到70％的降雨就地消纳和利用的目标。以A市为例。该市设计目标值为205．1mm，以面积1000m2为单元计算，总水量=1000x0．2051=205．1m3，砂石地面厚500mm，孔隙率为20％，吸水深度=500x20％=100mm，需要向地下渗透的水量=l000x(205．1—100)／1000=105．1m3。采用直径为2m的粗砂渗透井，渗透系数为50m／d，孔隙率为20％，深度为6m，单井1d的渗透水量=3．14xlxlx20％x50=31．4m3，总的渗透天数=105．1／31．4=3．3d。现场以500m2为单元计算，设置1口直径为2m的粗砂渗透井，经计算39．6h可以完成地面积水的下渗。砂石地面海绵结构渗透井做法，见图6。 砂石层隔水层：：}i；jjijjji：iijji⋯⋯⋯⋯⋯⋯．m-Ⅲw⋯⋯⋯⋯⋯直径2lrl渗透井。填充卵石或粗砂渗透层(圆砾砂)^图6砂石地面海绵结构渗透井做法对于具备渗透条件的下沉式绿地、大型地面广场、露天停车场等，其海绵结构渗透井做法见图7、8。图7下沉式绿地海绵结构渗透井做法铺设300mm厚大块石或混凝土砌块、缝宽10111119的拼缝灌绿豆沙图8露天停车场、广场、步行街、人行道海绵结构渗透井做法对于排水管道性能较差但具备地下渗透条件的老城区，建议优先采用渗透砂井、渗透砂坑做法。2．5小型集水池设计采用地下集水池，将地面雨水就近集中并回收利用，用于绿地浇灌和地面洒水降尘。1)对于地面采用了海绵结构做法的，应在其地面给水排水工程器WaterSupply&DrainageEngineering标高最低处设置小型集水池，容积为10m3左右，用于集水和安装潜水泵。通过该做法达到2个目的：解决雨水再利用问题；促使积水流动，解决积水恶臭问题。以A市的某绿地广场为例。总面积合计为10000m2，绿地采用下沉200mm的做法。广场采用在尺寸为1．2mx1．2mx0．3m的混凝土砌块下垫厚0．6m碎石的做法。在广场地面标高最低处设置小型集水池，潜水泵的排出管道与绿地喷灌系统连通。假设广场面积为6000m2，碎石的孔隙率为35％，满蓄水量=6000x0．6x35％=1260m3，年蓄水量---6000xl569／1000x70％--6589．8m3，按照每年每平方米绿地用水量为O．3m3计算。则年综合蓄水面积=6589．8／0．3=21966m2，除满足该地块10000m2绿地广场全年用水外。还可以另外提供11966m2的市政绿地用水入网市政中水管道。具体做法见图9。铺设300mm厚大块石或混凝土砌块、缝宽10mm的拼缝灌绿豆沙虱9露天停车场、广场、步行街、人行道海绵结构小型集水池做法2)对于大型公园绿地或地面无海绵结构做法的，应设置大型集水池，通过计算确定集水池容积。以A市为例，某地块面积为5000mz．集水池容积=5000x0．2051=1025．5m3,取1000m3。采用尺寸为16mx16mx4m的地下水池，容积为1024m3(具体参照《钢筋混凝土蓄水池图集》选用)，雨水井管道与集水池连通。集水池年蓄水量=5000xl569／1000x70％=5500m3,按照每年每平方米绿地用水量为0．3m3计算，则可以浇灌绿地面积=5500／o．3=18305m2，除满足该地块5000m2全年用水外，还可以另外提供13305m：的市政绿地用水人网市政中水管道。具体做法见图lO。3)结合建筑物地下室建设地下大型集水池。将地块内的雨水通过雨水井管道输送到地下室大型集水池，用于绿地浇灌、地面洒水降尘、小区消防应急用2016$6囊1(11一)第34卷啼荭技术111 器给水排水工程WaterSupply&DrainageEngineering水．便可达到70％的降雨就地消纳和利用的目标。房屋地下大型集水池做法见图11。地下蓄水池(缎障浇水、磅洗路面、消防用水受教舅孜矧餐蓉封段落凌蓉黛教人行道图11房屋地下大型集水池做法3海绵结构设计的改进1)屋面雨水不能由落水管排入雨水井，而应将其直接排至地面上。2)绿地树池内土面应低于周围道路150inn以上【训．树池周边不应做阻水流人的反边。对于老城区现有的树池土面、苗圃土面与周边砌石面齐平或高出砌石面的情况，应加高周边砌石面至少200mm以上，用于滞留雨水。3)大型绿地除采用下沉做法外，还应增加一些下洼的砂石地面、浅集水坑塘，以便于中、小雨期间滞留雨水涵养绿地，解决大部分绿地水涝问题。老城区绿地改造应优先采用该做法。以A市为例。每100m2设置1个10m2方(圆)形的砂石地面，砂石厚1m，砂石孑L隙率为0．35，则蓄水量为10xlx0．35=3．5m3。可以解决3．5／100=0．035m=35mm降雨量的蓄水问题；每100m2设置1个10m2方(圆)形的浅集水坑塘，深度为0．6m，则蓄水量为10x0．6=6m3，可以解决6／100=0．06m=60mm降雨量的蓄水问题。绿地下修筑地下砂石埂与砂石地面、浅集水坑塘连通，以便于绿地滞留雨水涵养绿地。砂石地面的坑底、浅集水坑塘底应直接铺设大鹅卵石，不得采用水泥砂浆、混凝土、防水薄膜等隔水做法。4)海绵城市建设，特别是老城区海绵城市的建设，应更多地关注绿地、硬铺装地面和路面改造、雨水滞留利用和渗透等工作。如果一味地强调改造排水系统，而忽略雨水的滞留利用工作，问题将得不到根本解决。4结语海绵城市建设做法多种多样．需要根据各地的具体情况，采用相应的技术措施，使其达到70％的降雨就地消纳和利用的目标⋯。对于海绵城市建设的概念还有待于相关人员认真领悟，所提出的海绵结构做法需经过试验达到功能目标后方可实施。该探讨成果希望能为今后类似工程建设提供一定的参考和借鉴。呵参考文献：『l】国务院办公厅．《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》(国发办[2015175号)[EB／OL]．(2015一lO—16)[2016—04-07]．http：llwww．djy．gov．cn／xxgk／zyxxzz／201510It20151016-46623．html．[2】《给水排水工程结构设计手册》编委会．给水排水工程结构设计手册【M】．2版．北京：中国建筑工业出版社，2007：138—202，215-217．『31上海市政工程设计研究院．城镇道路路面设计规范：GJJ169—2012[$1．北京：中国建筑工业出版社，2012．【4】上海市绿化管理局．城市绿地设计规范：GB50420—2007’is]．北京：中国计划出版社，2007．收稿日期：2016—04—13作者简介：曾庆红。男，高级工程师，学士，主要从事土木工程、建筑结构、市政结构设计工作。(上接第69页)参考文献：[11蓝戊己，顾远生，束学智，等．大型桥梁整体顶升平移关键技术【J]．建筑结构，2010(Sup2)：687—689．[21刘长卿．成都市二环路红牌楼立交引桥整体顶升关键技术[J1．施工技术，2014(22)：99一103．[3】游炜．城市桥梁改造中的既有连续梁桥顶升技术改造【J】．福建112啼荭投木2016No．6(Nov．)V01．34建筑，2015(5)：88—91．【4】蒋岩峰，蓝戊已．桥梁整体顶升关键技术研究叨．建筑结构，2007(Supl)：27-29．【5】邱溺彬，刘世忠，李丽园．顶升技术在城市桥梁改造中的应用叨．施工技术，2013(5)：62-66．收稿日期：2016—05—03作者简介：陈明权，男，工程师。学士，主要从事工程项目管理工作。