土工材料在海绵城市中的应用

更新日期:2018-04-27 16:41:49 星期五
摘要:

什么是海绵城市?
  所谓海绵城市,就是充分发挥原始地形地貌对降雨的积存作用,充分发挥自然下垫面和生态本底对雨水的渗透作用,充分发挥植被、土壤、湿地等对水质的自然净化作用,使城市像“海绵”一样,对雨水具有吸收和释放功能,能够弹性地适应环境变化和应对自然灾害。在城市开发建设中,加强规划建设管控,通过源头减排、过程控制、系统治理,采取屋顶绿化、透水铺装、下凹式绿地、雨水收集利用设施等措施,使建筑与小区、道路与广场、公园和绿地、水系等具备对雨水的吸纳、蓄滞和缓释作用,有效控制雨水径流,实现“小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解”。
  目前全国已有130多个城市制定了海绵城市建设方案。根据国务院常务会议有关部署,确定的目标核心是通过海绵城市建设,使70%的降雨就地消纳和利用。围绕这一目标确定的时间表是到2020年,20%的城市建成区达到这个要求。如果一个城市建成区有100平方公里的话,至少有20平方公里在2020年要达到这个要求;到2030年,80%的城市建成区要达到这个要求。
海绵城市”规范要点 :
海绵城市规范要点
1.透水铺装

透水砖铺装、透水水泥混凝土铺装和透水沥青混凝土铺装,嵌草砖、园林铺装中的鹅卵石、碎石铺装,透水土工布等也属于渗透铺装。
(1)透水铺装对道路路基强度和稳定性的潜在风险较大时,可采用半透水。
(2)土地透水能力有限时,应在透水铺装的透水土工布内设排水板。
(3)当透水铺装设置在地下室顶板上时,顶板覆土厚度不应小于600 mm,并应设置排水板。
2.下沉式绿地
下沉深度指下沉式绿地低于周边铺砌地面或道路的平均深度,下沉深度小于100 mm的下沉式绿地面积不参与计算(受当地土壤渗透性能等条件制约,下沉深度有限的渗透设施除外),对于湿塘、雨水湿地等水面设施系指调蓄深度
透水铺装率=透水铺装面积/硬化地面总面积;
绿色屋顶率=绿色屋顶面积/建筑屋顶总面积。
(1)下沉式绿地的下凹深度应根据植物耐淹性能和土壤渗透性能确定,一般为100-200 mm。
(2)下沉式绿地内一般应设置溢流口(如雨水口),保证暴雨时径流的溢流排放,溢流口顶部标高一般应高于绿地50-100 mm。

3.生物滞留设施
(1)对于污染严重的汇水区应选用植草沟、植被缓冲带或沉淀池等对径流雨水进行预处理,去除大颗粒的污染物并减缓流速;应采取弃流、排盐等措施防止融雪剂或石油类等高浓度污染物侵害植物。
(2)屋面径流雨水可由雨落管接入生物滞留设施,道路径流雨水可通过路缘石豁口进入,路缘石豁口尺寸和数量应根据道路纵坡等经计算确定。
(3)生物滞留设施应用于道路绿化带时,若道路纵坡大于1%,应设置挡水堰/台坎,以减缓流速并增加雨水渗透量;设施靠近路基部分应进行防渗处理,防止对道路路基稳定性造成影响。
(4)生物滞留设施内应设置溢流设施,可采用溢流竖管、盖篦溢流井或雨水口等,溢流设施顶一般应低于汇水面100 mm。
(5)生物滞留设施宜分散布置且规模不宜过大,生物滞留设施面积与汇水面面积之比一般为5%-10%。
(6)复杂型生物滞留设施结构层外侧及底部应设置透水土工布,防止周围原土侵入。如经评估认为下渗会对周围建(构)筑物造成塌陷风险,或者拟将底部出水进行集蓄回用时,可在生物滞留设施底部和周边设置防渗土工膜。
(7)生物滞留设施的蓄水层深度应根据植物耐淹性能和土壤渗透性能来确定,一般为200-300 mm,并应设100 mm的超高;换土层介质类型及深度应满足出水水质要求,还应符合植物种植及园林绿化养护管理技术要求;为防止换土层介质流失,换土层底部一般设置透水土工布隔离层,也可采用厚度不小于100 mm的砂层(细砂和粗砂)代替;砾石层起到排水作用,厚度一般为250-300 mm,可在其底部埋置管径为100-150 mm的穿孔排水管,砾石应洗净且粒径不小于穿孔管的开孔孔径;为提高生物滞留设施的调蓄作用,在穿孔管底部可增设一定厚度的砾石调蓄层。
4.渗透塘(洼地,主要是下渗和精华,没有雨水调用)
(1)渗透塘前应设置沉砂池、前置塘等预处理设施,去除大颗粒的污染物并减缓流速;有降雪的城市,应采取弃流、排盐等措施防止融雪剂侵害植物。
(2)渗透塘边坡坡度(垂直:水平)一般不大于1:3,塘底至溢流水位一般不小于0.6 m。
(3)渗透塘底部构造一般为200-300 mm的种植土、透水土工布及300-500 mm的过滤介质层。
(4)渗透塘排空时间不应大于24 h。渗透塘应设溢流设施,并与城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统衔接,渗透塘外围应设安全防护措施和警示牌。
5.湿塘(雨水调蓄,有雨水再用的调节容积)
(1)进水口和溢流出水口应设置碎石、消能坎等消能设施,防止水流冲刷和侵蚀。
(2)前置塘为湿塘的预处理设施,起到沉淀径流中大颗粒污染物的作用;池底一般为混凝土或块石结构,便于清淤;前置塘应设置清淤通道及防护设施,驳岸形式宜为生态软驳岸,边坡坡度(垂直:水平)一般为1:2-1:8;前置塘沉泥区容积应根据清淤周期和所汇入径流雨水的SS污染物负荷确定。
(3)主塘一般包括常水位以下的永久容积和储存容积,永久容积水深一般为0.8-2.5 m;储存容积一般根据所在区域相关规划提出的“单位面积控制容积”确定;具有峰值流量削减功能的湿塘还包括调节容积,调节容积应在24-48 h内排空;主塘与前置塘间宜设置水生植物种植区(雨水湿地),主塘驳岸宜为生态软驳岸,边坡坡度(垂直:水平)不宜大于1:6。
(4)溢流出水口包括溢流竖管和溢洪道,排水能力应根据下游雨水管渠或超标雨水径流排放系统的排水能力确定。
(5)湿塘应设置护栏、警示牌等安全防护与警示措施。
6. 雨水湿地
(1)进水口和溢流出水口应设置碎石、消能坎等消能设施,防止水流冲刷和侵蚀。
(2)雨水湿地应设置前置塘对径流雨水进行预处理。
(3)沼泽区包括浅沼泽区和深沼泽区,是雨水湿地主要的净化区,其中浅沼泽区水深范围一般为0-0.3 m,深沼泽区水深范围为一般为0.3-0.5 m,根据水深不同种植不同类型的水生植物。
(4)雨水湿地的调节容积应在24h内排空。
(5)出水池主要起防止沉淀物的再悬浮和降低温度的作用,水深一般为0.8-1.2 m,出水池容积约为总容积(不含调节容积)的10%。
5.植草沟
(1)浅沟断面形式宜采用倒抛物线形、三角形或梯形。
(2)植草沟的边坡坡度(垂直:水平)不宜大于1:3,纵坡不应大于4%。纵坡较大时宜设置为阶梯型植草沟或在中途设置消能台坎。
(3)植草沟最大流速应小于0.8m/s ,曼宁系数宜为0.2-0.3。
(4)转输型植草沟内植被高度宜控制在100-200 mm。
6. 渗管/渠
(1)渗管/渠应设置植草沟、沉淀(砂)池等预处理设施。
(2)渗管/渠开孔率应控制在1%-3%之间,无砂混凝土管的孔隙率应大于20%。
(3)渗管/渠的敷设坡度应满足排水的要求。
(4)渗管/渠四周应填充砾石或其他多孔材料,砾石层外包透水土工布,土工布搭接宽度不应少于200 mm。
(5)渗管/渠设在行车路面下时覆土深度不应小于700 mm。
7.植被缓冲带
植被缓冲带为坡度较缓的植被区,经植被拦截及土壤下渗作用减缓地表径流流速,并去除径流中的部分污染物,植被缓冲带坡度一般为 2%-6%,宽度不宜小于2 m。
8. 初期雨水弃流设施
常见的初期弃流方法包括容积法弃流、小管弃流(水流切换法)等,弃流形式包括自控弃流、渗透弃流、弃流池、雨落管弃流等。适用于屋面雨水的雨落管、径流雨水的集中入口等低影响开发设施的前端。
【海绵城市建设十问】

  问:海绵城市是一个形象的表述,该如何理解?

  答:海绵城市,是指城市在适应环境变化和应对自然灾害等方面,具有良好的“弹性”:下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,干旱缺水时将蓄存的水“释放”并加以利用。

问:海绵城市能摆脱城市“看海”窘况?

  答:长期以来,城市建设中存在“重地上轻地下”、“重工程手段轻自然方法”的偏向。遇到强降雨,最常见的办法就是通过管道“快速排出”。而海绵城市突破“以排为主”的传统雨水管理理念,以建筑、道路、绿地等为载体,通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种生态化技术,构建城市低影响开发雨水系。

问:海绵城市能给老百姓生活带来什么改变?

  答:海绵城市建设有很多好处。第一,涵养了地下水,补充了地下水的不足;第二,净化了水质;第三,还可以改善微气候。

 问:海绵城市能缓解雾霾吗?

  答:雾霾的元凶是煤炭消耗和汽车尾气排放,帮凶是静稳天气。城市硬化不通气,海绵城市则能“接地气”。雾霾跟水土有关系,具有普遍性和特殊性,普遍性就是排放,特殊性就是水土污染,特别是氨氮,氨氮蒸发了以后会让细菌微生物大量繁殖。因此,减排和提标是分开的,“地上”和“地下”要结合。“海绵城市”的“功夫”主要是在下面,用料和植物一层一层减少径流水量、减少径流污染。

问:海绵城市该如何建设?

  答:海绵城市的建设是一个系统工程,不是单纯地挖几条水沟、建几处景观。首先要做好顶层设计,因城、因地而异;其次,在思想上,社会各界达成共识,认识建设的重要性、复杂性、艰巨性和挑战性;最后,在技术和方法上创新,不能简单地套用或复制某一固定模式。应从法律体系、财税政策、管理机制、技术与产业体系、人才培养、公众参与等环节综合考虑实施。

问:建设过程中应避开哪些误区?

  答:一些地方存在对海绵城市缺乏严谨科学的认知、基础性研究匮乏、建设一阵风等问题。海绵城市要建得科学,基础性研究和观测必须先行。建设海绵城市过程中要尊重科学,合理地设计和规划,合理地布局建设。

问:海绵城市建设存在哪些技术问题?

  答:海绵型城市建设目前存在七个方面的关键问题,包括城市海绵体规划技术;“渗、滞、蓄、净、用、排”措施的布局及调度运用技术;城市排水系统规划技术;城市排水规划标准完善;设计方法改进;城市洪涝预警调度系统;海面城市建设目标的可达性分析。

问:海绵城市建设将带动6万亿元投资?

  答:海绵城市建设将会拉动新一轮城市建设热潮,将会拉动新材料渗透和管材等行业以及与之相关的产业研究的发展,同时带动城市园林产业的建设,并加速推进城市排水系统的升级改造。海绵城市所能拉动的投资数额,在北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室教授车伍看来,会是“一个天文数字”。

问:如何看待其经济效益和生态效益?

  答:构建海绵城市的经济效益不可小觑。海绵城市建设注重对天然水系的保护利用,大大减少了建设排水管道和钢筋混凝土水池的工程量。调蓄设施往往与城市既有的绿地、园林、景观水体相结合,“净增成本”比较低,还能大幅减少水环境污染治理费用,降低城市内涝造成的巨额损失。

问:海绵城市建设适用哪些城市,对于老旧城区占比较大的特大型城市,建设海绵城市是否现实?

  答:相对新城区,老旧城区确实面临空间条件有限、改造难度大等问题。但相比建设大型地下调蓄池、大规模改造雨水管线等方案,多添置一些“海绵体”反而更具可行性。