公路互通立交綠地的海綿城市應用實例研究

劉園

前言

海綿城市在公路立交中的應用，貫徹了生態(tài)文明的建設要求和低影響開發(fā)的理念，加強了公路立交雨水徑流的控制，保障了公路立交及周邊地區(qū)排水防澇的安全，維護了水生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展模式。

1 應用理念

從“海綿城市”理念出發(fā)，提高公路互通立交綠地的雨水調(diào)蓄能力、生態(tài)調(diào)控能力以及節(jié)能減排能力，從而達到雨水的自然蓄水、自然滲透、自然凈化和可持續(xù)水循環(huán)，提高水生態(tài)系統(tǒng)的自然修復能力，維護公路立交綠地良好的生態(tài)功能。

2 工程概況

西龍立交節(jié)點為佛山市兩條重要的縱橫向交通走廊的轉(zhuǎn)向節(jié)點，其交通功能與地理位置非常重要。立交西側(cè)為進城方向，北側(cè)為白云機場方向，東側(cè)為廣州南站方向，南側(cè)為順德方向，是一個區(qū)域路網(wǎng)協(xié)調(diào)的立交體系，是樞紐型立交。西龍立交周邊地區(qū)目前以農(nóng)田、魚塘為主，西側(cè)緊鄰東平水道。

圖1 西龍立交海綿城市效果圖

3 應用內(nèi)容

本次海綿城市應用內(nèi)容包括植草溝、雨水花園、雨水前處理池、景觀湖和綠化。

主要應用范圍為：魁奇路段奇龍大橋東側(cè)半幅橋面雨水沿橋墩落地后的排放、西龍立交范圍以內(nèi)匝道橋面雨水落地后的排放、西龍立交范圍以內(nèi)匝道道路邊坡和立交范圍內(nèi)佛山一環(huán)道路邊坡雨水的排放。

4 立交海綿城市應用方案

西龍立交內(nèi)綠地方案從“海綿城市”理念出發(fā)，朝景觀水體方向靠攏升級；同時兼具雨水調(diào)蓄功能，將立交范圍的大部分雨水匯集后通過蓄水、下滲、蒸發(fā)等功能實現(xiàn)水的生態(tài)循環(huán)，多余的雨水通過溢流管排放至周邊水系（見圖2）。

（1）排水方案

①采用佛山市禪城區(qū)單一暴雨強度公式，即：

路面、道路周邊地塊采用重現(xiàn)期P=5年：

q=（L/s·hm2）

上式中：q——暴雨強度（L/s·ha）；

圖2 西龍立交海綿城市系統(tǒng)流程圖

t——降雨歷時（min）。

暴雨強度公式中：

t=t1+t2

上式中：t1——地面集水時間，橋面、路面取5min，其他取15min；

t2——管道內(nèi)流行時間。

②雨水量采用下列公式計算：

Q=φ·q·F（L/s）

式中：q——暴雨強度（L/s·hm2）；

F——匯水面積（hm2）；

φ——徑流系數(shù)，按地面覆蓋情況確定；路面、橋面取0.9，綠地取0.15，綜合徑流系數(shù)取0.6。

③雨水量計算

佛山一環(huán)以西：

a.奇龍?zhí)卮髽蚣耙龢驑蛎嬗晁?jīng)橋上DN1200雨水掛管收集后于魁奇路沿橋墩落地，其水量按500L/s計，折算匯水面積為2.21ha；

b.佛山一環(huán)以西立交范圍內(nèi)地塊匯水面積約5.73ha，起點匯流時間取15min，按5年一遇暴雨強度計算雨水量約為1298L/s；

c.經(jīng)計算，佛山一環(huán)以西的雨水排放總量約為1798L/s（橋面+地塊），可確定，按設計標準暴雨強度快收快排雨水，其出水口采用4m寬明渠，渠底坡度5‰；其排水方向為：由西往東通過橫穿佛山一環(huán)的現(xiàn)狀3m×3m雨水箱涵，接入往北去佛山一環(huán)東側(cè)的現(xiàn)狀2m×1.5m明渠。

佛山一環(huán)以東：

佛山一環(huán)以東立交范圍內(nèi)地塊匯水面積約5.46ha，起點匯流時間取15min，按5年一遇暴雨強度計算雨水量約為1237L/s。經(jīng)可確定，按設計標準暴雨強度快收快排雨水，其出口排水管尺寸為d1000，坡度5‰；其排水方向為：由北往南接入往東南去的現(xiàn)狀5m×1.5m明渠。

④排水溢流口

溢流口采用側(cè)出式排水格柵，排水量與格柵尺寸、格柵形式及柵條間距有關，其泄水量可參照如下公式計算：

B=s·（n-12）+e·n

n=Q·（sinα）0.5/ehv

式中：B——格柵寬度，m；

s——格條寬度，取10mm；

Q——設計流量，L/s；

α——格柵的傾角，取90°；

e——格柵凈間隙，取50mm；

h——格柵前水深，取0.5m；

v——過柵流速，取0.9m/s。

經(jīng)上述計算，佛山一環(huán)以東總出水口及景觀湖連通渠間的格柵計算后確定尺寸為2組2.0m×0.8m；佛山一環(huán)以西出水口為明渠，不影響過流，無需設置格柵；其余均采用1組1.5m×0.8m的格柵；格柵空隙為50mm，柵條寬度為10mm。

（2）海綿設施方案

①應用目標

由于佛山與廣州毗鄰，確定佛山市立交道路系統(tǒng)的年徑流總量目標控制率為80%，參照廣州市年徑流總量控制率對應的降雨量值，其對應的設計降雨量為35.5mm。

②調(diào)蓄容積

海綿城市開發(fā)設施以徑流總量和徑流污染為目標進行控制時，設施具有的調(diào)蓄容積一般應滿足“單位面積控制容積”的指標要求，雨水調(diào)蓄容積一般采用容積法進行計算，如下所示：

V=10·H·φ·F

式中：V——雨水調(diào)蓄容積，m3；

H——降雨量，mm；

φ——雨水量綜合徑流系數(shù)，按規(guī)范經(jīng)加權平均計算可取0.6；

F——匯水面積，ha。

經(jīng)計算，佛山一環(huán)以西調(diào)蓄容積為1691m3；佛山一環(huán)以東調(diào)蓄容積為1163m3。

③滲透水容積

對于植草溝、雨水花園、前處理池及景觀湖等土層結(jié)構(gòu)內(nèi)部有蓄水空間的滲透設施，其滲透水容積按如下公式計算：

Ws=α·K·J·As·ts·n

式中Ws——滲透水容積，m3；

α——綜合安全系數(shù)，一般取0.5～0.6；

J——水力坡降，一般取1；

As——有效滲透面積，m2，植草溝、雨水花園、前處理池及景觀湖有效滲透面積；

ts——滲透時間，s，一般取24h；

n——滲透層的平均孔隙率，取0.3；

K——土壤滲透系數(shù)，m/s，本項目土壤多為淤泥質(zhì)粉砂土質(zhì)，滲透系數(shù)較?。?.0×10-6），故采用砂石層（6.0×10-5～6.0×10-4）進行換填。

經(jīng)計算，Ws=0.5×0.00006×1×2×3600×0.3=0.22×0.3×As=0.066As

④實際調(diào)蓄容積

本工程實際調(diào)蓄容積見表1。

表1

由表1可知，佛山一環(huán)以西和佛山一環(huán)以東調(diào)蓄容積滿足年徑流總量控制率80%的要求，且調(diào)峰容積滿足超重現(xiàn)期調(diào)峰要求。

⑤海綿設施布置

a.經(jīng)計算，雨水花園、前處理池及景觀湖兼具有滲透和調(diào)蓄的功能，其調(diào)節(jié)總?cè)莘e約為4036m3。

b.經(jīng)計算，植草溝主要為轉(zhuǎn)輸型，其尺寸須滿足排水設計暴雨強度下流量，從而確定尺寸范圍為2.5m×0.6m。

c.根據(jù)地質(zhì)資料，結(jié)合西龍立交范圍內(nèi)地下水位，景觀湖景觀水位定為0.8m、2.9m；另外為保證一定景觀效果，景觀湖水深應該在1～2m左右，本次方案水深定為1.8m，即湖底高程為-1.0m、1.1m

（3）微地形方案

結(jié)合周邊現(xiàn)狀排水系統(tǒng)的建設情況，立交內(nèi)綠化用地的場地平整高程：佛山一環(huán)以西定為2.20m，佛山一環(huán)以東定為4.30m。根據(jù)測量地形測算，場地平整大概有45661.67m3施工棄土及建筑垃圾需外運處理，場地平整后開發(fā)海綿設施的挖方約為29674.78m3。

（4）綠化方案

①海綿設施內(nèi)植物宜根據(jù)設施水分條件、徑流雨水水質(zhì)等進行選擇，宜選擇耐鹽、耐淹、耐污等能力較強，且耐水又耐污的鄉(xiāng)土植物。

②綠化應用理念：“彈性綠地讓水流慢下來”。

用植草溝將前處理池、雨水花園及景觀水體串聯(lián)起來，形成一系列不同承載力的凈化濕地，構(gòu)建一個完整的雨水管理系統(tǒng)、生態(tài)凈化系統(tǒng)和綠色海綿系統(tǒng)。

植物布置方案結(jié)合高程，行車視線等進行配置，觀賞點較高處植物以喬木為主，觀賞點較低處采用喬灌地被進行多層次種植，重點打造。

海綿設施由于其特殊的功能要求，且墊層經(jīng)過特殊處理，雨季蓄水，旱季不保水，所以植物必須選擇既耐水濕又耐干旱的品種。為增加雨水的下滲，種植土土壤容重不宜大于1.20。

植草溝：種植沿階草。

前處理池：凈化區(qū)、調(diào)節(jié)區(qū)種植耐旱耐澇地被。

雨水花園：以耐旱耐澇地被為主。

景觀湖：蓄水區(qū)以耐旱耐澇地被為主，調(diào)節(jié)區(qū)種植耐旱耐澇喬灌草，形成豐富的濕地水體景觀。

圖3 雨水花園斷面示意圖

圖4 景觀湖斷面示意圖

5 結(jié)束語

西龍立交綠地的海綿城市應用根據(jù)實際地形、地貌情況，通過植物緩沖帶、植草溝和濕塘等海綿措施對污染物的過濾、沉淀作用，可有效去除污染物濃度，減少對自然水體的污染，增加地下水涵養(yǎng)，減輕城市總體排水防澇壓力，實現(xiàn)徑流總量控制，為典型示范工程增添了一個亮點。

[1]《雨水控制與利用工程設計規(guī)范》（DB11/685-2013）.

[2]《雨水集蓄利用工程技術規(guī)范》（GB/T 50596-2010）.

[3]國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見.國務院辦公廳發(fā)布.