0 引言

固原市位于宁夏回族自治区南部，黄土高原中西部，是古代丝绸之路东段北道必经之地。固原市积极推进海绵城市建设，并成功入选第二批国家海绵城市建设试点。固原市本身属于干旱地区，地下水匮乏，境内无足够水源。考虑到固原市水资源严重不足，城市发展对水资源的需求量越来越大，雨水资源化利用成为缓解水资源不足的可行且有效途径。从2017年以来，通过完成重点片区项目海绵化建设和改造，形成片区内的项目连片性，具有一定的可展示性、可复制性，进而指导新旧城区项目库其他项目的建设工作推进。

固原市区地处黄土高原连绵的丘陵之中，土质为湿陷性黄土，即在一定压力（自身重力或外界压力）和受水浸湿作用下，土体结构会迅速破坏，并产生显著下沉。湿陷性黄土包括自重性湿陷和非自重性湿陷，且具以下独有的工作特性。

1）多孔性湿陷性黄土具有肉眼可见的大孔隙，直径大于0.5mm，土质结构松散、透水性强。

2）粉粒含量高湿陷性黄土粉粒通常占黄土总量的一半及以上，粒径主要集中在0.01～0.05mm。

3）垂直剖面具有垂直节理湿陷性黄土由于垂直节理作用，直立性较强，因此其横向透水性比竖向透水性要小很多。

4）含盐量大其中难溶盐占9%～14%，易溶盐为0.03%～0.05%。

固原市存在湿陷性黄土分布，因此对湿陷性黄土区开展海绵城市建设带来很多问题，使海绵城市建设技术选择受到制约。

固原所属地区按“中国湿陷性黄土工程地质分区略图”，位于陇东-陕北-晋西地区（II区），城市主体部分在清水河西岸的一、二、三级阶地之上，场地上部为黄土所覆盖，部分区域属非湿陷性黄土场地，大部分区域属I、II级非自重湿陷性黄土场地及II～IV自重湿陷性黄土场地。固原市自海绵城市试点建设以来，一直面临湿陷性黄土挑战，在湿陷性黄土分布区域，工程建设经常出现不同程度的问题，导致工程建设困难与建设成本增加，主要表现在以下方面。

1）工程建设前期需对该项目所在区域进行地质勘察，以便得出最新湿陷性系数、湿陷性等级等详细资料，为设计施工提供依据。在具体设计中，对湿陷性黄土地基等问题的分析与设计将增加工作量，降低工作效率，并提高工程造价。

2）在建设工程完成后，若之前对黄土的湿陷性考虑不周，建筑工程会面对地下水位变化、污水排放集中导致渗漏等问题，在一定程度上导致土体发生结构性破坏。

3）在湿陷性黄土地基上进行工程建设时，必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害。

冻融是指土层由于温度降到0℃以下和升至0℃以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现象。固原市位于黄土高原干旱半干旱区，属大陆性气候带的边缘，年平均气温在6.0～6.2℃。常年最冷月为1月，平均气温-14.3℃，极端最低气温-28.1℃。固原市属于高寒地区，昼夜温差大，冻融问题突出，土地冻融给固原市主要造成如下影响。

1）冻胀和融沉土层冻结产生体积膨胀，融化使土层变软产生沉陷，甚至土石翻浆，从而形成冻胀和融沉作用。其常造成建筑物基础破坏，房屋开裂，地面下沉；道路路基变形，威胁行车安全，影响交通运输等。

2）冻融塌陷土层强烈冻融使地表下沉，从而引起塌陷。常见于季节性冻土地区，并造成大量路基破坏、建筑物损毁等。

固原在海绵城市试点建设过程中，要实现试点建设综合性目标：修复城市水生态、改善城市水环境、保障城市水安全、提高城市水资源承载能力，需充分结合以下特征进行建设。

1）结合西北地区地区特征，改善城区人居环境。

2）融合城市双修理念，践行海绵城市建设理念。

3）利用存量空间条件，控制合流溢流污染。

4）提升施工工艺工法，合理高效利用非常规水资源。

海绵示范区主要有4个主要建设区域：西南新区、老城区、饮马河片区和清水河。

西南新区应以目标为导向，城市新区、各类园区、开发区由于现状制约条件较少，可按海绵城市建设的理想目标，结合海绵城市专项规划建设指标管控体系，将海绵城市建设理念和目标要求系统纳入城市总体规划、详细规划和各相关专项规划中，并将雨水年径流总量控制率作为其中的刚性约束指标，建立区域雨水排放管理制度。

老城区改造则应以问题为导向，海绵城市建设应当从经济承受能力、资金利用效率、建设时序和社会影响等方面综合评估，避免不分轻重全面开建。对老城区要避免盲目全面翻挖，应从实际情况出发，以解决城市内涝、雨水收集利用、黑臭水体治理为突破口，结合城镇棚户区和城乡危房改造、老旧小区有机更新等工作同步推进。

饮马河区虽然位于老城区，但本身条件相对较好，改造条件适宜，可作为重点片区，以绿色改造为主，源头可与末端饮马河湿地公园结合，贯彻典型源头-中途-末端的海绵城市系统改造理念。

对于经济欠发达的固原地区来说，原道路及小区市政基础设施建设水平相对较低，结合海绵城市建设，有必要对市政基础设施进行提升改造，满足老百姓实际需求，提高居民幸福感，“海绵城市建设+基础设施提升”的建设策略对于固原地区十分必要与迫切。

此外，拆迁区域、待建区域及在建区域等未来的建设按照《固原市海绵城市专项规划》要求进行管控，从而实现固原市未来总体建设面积及范围要求。

系统推进固原市海绵城市建设，落实重点建设任务，按照科学性、典型性及体现固原特征原则，在充分考虑固原发展水平基础上，依据国家部门相关政策要求，参考固原市相关规划成果，确定固原市海绵城市建设试点建设目标，试点建设目标如表1所示。

结合固原市本底条件分析与现场踏勘，提出“利用优先、治污为本、防涝兼顾”的实施理念，确定“问题与目标并重、源头过程末端兼顾、点线面统筹推进”的建设策略。从源头、中途、末端建设思路，源头低影响开发改造实现污染控制30%～50%，中途+末端实现污染控制50%～70%。对应技术策略如下。

1）最大限度进行源头低影响开发改造，实现源头削减目标。

2）完善与优化市政管网布局及城区段雨污分流改造，设计标准达到2年一遇。

3）东关街截污干管优化及沿清水河西岸的CSO调蓄池建设，溢流频次不超过10次/年。

4）固原市区厂网一体化布局及污水处理厂提标改造（处理规模达到4万m³/d，出水达到一级A标准）。

5）构建雨水、中水回用系统，合理高效利用水资源。

6）构建末端多功能调蓄及超标雨水径流排放系统，提高排涝除险能力。

1）开展《固原市湿陷性黄土场地海绵城市间建设雨水下渗风险评价及防控措施优化》等课题研究，采用理论分析、现场监测、模型试验及数值模拟相结合的方法对湿陷性黄土地区海绵雨水设施效果进行综合评价的方法体系，并在此基础上结合工程试点应用，对既有防渗保护措施进行结构、尺寸、路径、材料及工艺优化，以便更好地服务于黄土地区海绵城市安全建设。

2）开展《固原市海绵建设过程中冻融问题风险评价及防控措施研究》等课题研究，采用小试、中试、现场监测、模型模拟等方式方法对冻融问题风险进行科学评估。基于此研究，总结可行、适宜的设计条件、材料、参数等，形成一套有效解决冻融问题的办法。

针对湿陷性黄土地区雨水下渗风险控制问题，开发适用于固原地区本土的生物滞留填料，广泛应用于海绵雨水设施。对不同规模尺寸侧分带合理设置两布一膜、防渗砖墙、混凝土墙、L形钢筋混凝土防水墙等防渗设施。对不同场景湿陷性黄土雨水下渗机理、影响范围、防渗保护措施进行耦合分析与工程优化，明确防渗关键技术参数及施工标准，为海绵技术在西北黄土地区推广应用提供科学论证。

针对固原市自身项目情况，建筑与小区内绿地空间较小（此类绿地暂定义为小绿地空间），且多靠近建筑物，在低影响开发改造过程中需多利用回用设施（雨水桶/罐），尽量将雨水收集利用，减少其下渗量；公园广场内绿地充足，具有足够的调蓄空间（此类绿地暂定为大绿地空间），需结合周边竖向高程及管网情况，通过雨水径流组织核算其合理调蓄容积，尽量能够收纳周边客水，慢排缓释，减少末端管网压力；西南新区大量新建道路人行步道外侧绿带较宽（道路大绿地），控制绿带与人行步道及周边建筑距离，进行低影响设施建设，注意避免雨水集中冲刷，做好消能过滤措施；老旧城区内道路两侧绿地较少（暂定为道路小绿地），该类绿地空间主要采用转输思路进行低影响设施改造，控制距离两侧建（构）筑物间距，将雨水进行消能过滤，通过末端溢流设施排至市政雨水管网。

因此，解决湿陷性黄土的问题需衔接设计方案，管控施工细节。大绿地空间多发挥其调蓄功能，小绿地空间多发挥其转输功能，二者充分结合，在工程建设过程中，注意其衔接关系，因地制宜进行项目建设。

固原市尚未进行中心城区湿陷性黄土分布勘察及研究，无法明确各区域湿陷性黄土等级与类型，故在项目设计阶段，需聘请专业勘察团队查明以下内容：(1)黄土地层年代、成因；(2)湿陷性黄土层厚度；(3)湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力随深度的变化；(4)场地湿陷类型和地基湿陷等级的平面分布；(5)地形参数和承载力；(6)地下水等环境水变化趋势；(7)其他工程地质条件。并应结合建筑物的特点和设计要求，对场地、地基作出评价，对地基处理措施提出建议。

湿陷性黄土区域施工需注意土壤侵蚀与沉淀控制，生物滞留设施宜在其汇水面施工完成后进行施工，如周边绿地种植、道路结构层等施工均已完成，或根据现场条件及施工进度安排与汇水面同时进行施工。

生物滞留设施沟槽周边应设置挡土袋、预沉池等，防止周边水土流失对沟槽渗透性能、深度造成影响；已完工的入水口设施应进行临时封堵。生物滞留设施施工流程为：施工过程中土壤侵蚀和沉淀控制→沟槽开挖及基层土壤渗透性能保护与恢复→防渗层→砾石排水层→透水土工布或砂层→换土层或种植土层→植物种植→覆盖层→进水口与溢流口。

此外，针对周边建（构）筑物，需强化其自身及周边地基，在建（构）筑物周边进行低影响设施建设过程中，不扰动其自身地基，确定合理安全距离，具体系数及距离参考GB 50025—2018《湿陷性黄土地区建筑规范》。

对于建筑与小区类项目，设计过程中建议多采用雨水回用类设施（如雨水桶），减少雨水下渗；对于道路类项目，通过侧分带植草沟及人行步道外侧砾石沟，将雨水传输至末端调蓄设施，溢流至市政雨水管网。

1)I级湿陷性黄土区域可选取换填垫层、压实地基等。换填垫层适用于浅层软弱土层或不均匀土层的地基处理。应根据海绵设施规模、结构特点、荷载性质、场地土质条件、施工机械设备及填料性质和来源等综合分析后，进行换填垫层设计，并选择施工方法。对于工程量较大的换填垫层，应按所选用的施工机械、换填材料及场地土质条件进行现场试验，确定换填垫层压实效果和施工质量控制标准。换填垫层厚度应根据置换软弱土的深度及下卧土层承载力确定，厚度宜为1.0～2.0m。

地下水位以上填土可采用碾压法和振动压实法；非黏性土或黏粒含量少、透水性较好的松散填土地基宜采用振动压实法。压实地基设计和施工方法的选择，应根据海绵设施规模、结构与荷载特点、场地土层条件、变形要求及填料等因素确定。以压实填土作为持力层时，应根据建筑结构类型、填料性能和现场条件等，对拟压实填土提出质量要求。对大面积填土的设计和施工，应验算并采取有效措施确保大面积填土自身稳定性、填土下原地基稳定性、承载力和变形满足设计要求；应评估对邻近建筑物及重要市政设施、地下管线等的变形和稳定的影响；施工过程中应对大面积填土和邻近建筑物、重要市政设施、地下管线等进行变形监测。

2)II级湿陷性黄土区域可选取换填垫层、灰土挤密桩地基等。灰土挤密桩、土挤密桩复合地基处理应符合下列规定：适用于处理地下水位以上的粉土、黏性土、素填土、杂填土和湿陷性黄土等地基，可处理地基厚度宜为3～15m；当以消除地基土的湿陷性为主要目的时，可选用土挤密桩；当以提高地基土承载力或增强其水稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩；当地基土含水量大于24%、饱和度大于65%时，应通过试验确定其适用性；对重要工程或在缺乏经验的地区，施工前应按设计要求，在有代表性的地段进行现场试验。

3)III、IV级自重湿陷性黄土区域可选取换填垫层、灰土挤密桩地基等，处理深度及范围应满足《湿陷性黄土地区建筑规范》。

针对湿陷性黄土浸水结构强度下降、易沉陷的不利地质条件，可根据不同湿陷性黄土类型地质构造，推荐海绵城市适宜技术，并采取针对性措施。

1）局部区域不下渗结合《湿陷性黄土地区建筑规范》相关规定要求，低影响开发措施距离建筑或道路较近区域，建议局部区域不做下渗，做好防渗，避免对道路、建筑基础产生不利影响。

2）浅层、小型入渗与引导集中下渗对空间条件较差、湿陷性严重的区域，优先使用浅层、小型入渗设施，避免集中下渗；或采取引导雨水集中下渗的技术措施，将下渗不利区域的雨水通过植被浅沟、管道、地表漫流等措施引导至空间充足区域，通过渗井、雨水塘等设施进行雨水集中下渗。

3）基础防护措施根据下渗区域与道路或建筑基础的距离，采取针对性基础防护措施。以道路为例，针对侧分带较窄实际，分段布设L形钢筋混凝土防水墙，形成有利于结构保护的U形结构断面；在道路绿化带较宽区域，分段设置防水土工布+砖墙形成倒梯形防水断面；空间充足的区域，采取远离结构基础的带状下渗系统。

北方寒冷地区均面临冻融问题，冻融产生冻胀问题主要发生在透水铺装设施上，根据其他海绵城市试点城市经验，进行可行性研究和试验，主要技术策略包括：对于透水铺装抗冻融设计，水平方向上，通过每隔一定距离设置变形缝提高其抗冻性能；垂直方向上，设置砂垫层，并在砂垫层中每隔1.0m设置1条宽200mm的排水带，排水带与生物滞留带中的渗排管连接，可及时将透水铺装结构层中的融化水排走，以解决垂直方向上的冻胀问题。

固原市海绵城市建设项目是一个全新的项目，在实施过程中会遇到包括湿陷性黄土和冻融问题在内的多种问题，需项目参与者不断探索和总结，以确保项目顺利实施并取得良好效果。