海绵校园改造实践
0 引言
海绵城市以“自然渗透、自然留存、自然排放、自然净化”为核心理念,采用低影响开发模式,通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施的有机结合,尽可能使雨水就地消纳和吸收利用,以实现多重径流雨水控制,重构城市生态结构,丰富城市功能性,恢复城市原有良性水文循环。
2016年,玉溪市成功申报为国家第2批海绵城市建设试点城市。作为云贵高原地区特色代表城市,在“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路的引领下,选择建筑小区、公共建筑、公园广场、市政道路等多种类型项目,从源头减排、过程控制、系统治理角度出发,积极开展海绵城市建设探索与实践。在减小城市防洪排涝压力的同时充分利用雨水资源,对于干旱高原地区海绵城市建设具有良好的示范作用。
1 工程概况
玉溪市地处云贵高原西南边缘,属于典型的高原地区阶梯型坡地。受中亚热带半湿润凉冬高原季风气候的影响,气候温和,日照充足,蒸发量大,旱雨季明显。根据多年气象统计数据,玉溪市红塔区平均降雨量909mm,雨季主要集中于5—9月(降雨量占全年总降雨量的70%以上),旱季降雨明显减少,存在水资源短缺的情况。红塔区降雨时空分布不均,多发生范围小、强度大、突发性强的短历时强降雨,易造成局部洪涝灾害。
玉溪一中位于玉溪市红塔区太极路与州桥路交叉口,被玉溪大河分隔为南、北校区。其中,北校区主要由教学、运动、宿舍区域组成,具有良好的天然排水坡度和充足的绿化空间。但由于建造年代久、建设方式传统,北校区内排水系统、场地相对标高及雨水利用等均存在一定问题。此外,玉溪一中所在区域土壤渗透性一般,地下水位较浅。因此,在北校区海绵改造过程中应充分考虑场地条件,优化径流设计,优先利用现有低洼地或湿塘,做好导流处理。
2 海绵改造原则与布局
改造区域总面积119 882m2,改造前主要存在以下问题:(1)地表硬质化严重,部分区域破损老化,易发生路面积水;(2)绿化带标高高于周边硬质化广场和道路,降雨期间雨水无法直接引入绿化带进行消纳;(3)排水系统为雨、污水合流;(4)绿化均采用自来水,缺乏雨水资源化利用;(5)污水接入玉溪大河北侧合流箱涵。基于现状问题的分析,结合海绵城市建设理念及上位规划要求,依托现有地形、地势,结合改造目标与需求,充分运用不同类型的低影响开发设施,减少源头径流,净化初雨污染,优化径流控制,合理利用雨水,提升环境品质,打造学生与文化、自然、科普相连接的绿色有机、生态优先、可持续发展现代海绵校园景观。
合理划分排水分区,结合各排水分区下垫面分布情况,设置下凹式绿地、透水混凝土路面及植被缓冲带等低影响开发设施。严格控制各设施相对标高,保证传输型植草沟等导流设施可有效控制径流路径,并引导地块内及路面雨水优先流入下凹式绿地,进行源头滞蓄净化处理,以实现源头削减径流外排的目的。下凹式绿地内设置雨水溢流口,超过调蓄水位的雨水流入周边管网。
考虑径流排放过程中雨、污水合流问题,取消现状雨、污水合流排水沟,结合低影响开发设施布置情况,重新构建雨、污水系统。新建雨水系统可将低影响开发设施净化后的雨水输送至下游蓄水模块中进行蓄存利用,可实现超标径流雨水的安全排放,避免校区内部出现积水现象。新建污水系统可有效收集教学、宿舍区域生活污水,将其输送至下游一体化污水处理系统中进行处理利用。
考虑末端雨水资源化利用及污水出路调整问题,结合改造后雨、污水管线布置情况,在北校区西南角新建850m3蓄水模块,收集经低影响开发设施净化的雨水,并用于校园绿化;在北校区南侧新建生活污水处理能力达500m3/d的一体化污水处理设备,收集教学、宿舍区域生活污水,处理达标后的中水优先用于校区绿化,其余排放至玉溪大河。
3 海绵改造要点
3.1 施工准备
进场前应做好资源配置和技术准备工作,合理制定施工工序,以确保施工顺利进行。结合场地现状和图纸设计要求,实地踏勘并复核施工可行性。编制施工专项方案,按序开展场地测量,落实施工物资配置,并做好与校方相关责任人员的沟通,保证物资顺利进场。考虑玉溪市单点暴雨频发的特点,应做好彩条布、土工布等防水应急物资的准备工作。充分考虑教学期间施工降噪,并保障人员日常基本活动路线畅通,须合理协调时间安排,合理布置施工围挡,做好人员交通疏导,保证人员活动安全。
3.2 施工时序控制
为加强施工连贯性,避免场地反复开挖,在充分阅读设计图纸、明晰设计意图的基础上,了解各改造设施之间的内在联系。通过现场踏勘复核测量,深化设计内容,合理拆解施工步骤,合理安排施工时序,现场施工按要求严格执行。施工时间优选暑假期间,应注意短历时强降雨的影响,改造过程中充分做好降雨应急处理工作。
3.3 施工技术要点
1)雨水花园及下凹式绿地
雨水花园及下凹式绿地是海绵改造工程的重要组成设施之一,兼具“渗、滞、蓄、净”功能,并可通过合理搭配高低错落、颜色层次分明的植物有效提升区域景观效果,施工技术要点为控制雨水径流流向,即严格控制进水渠道(植草沟等)、下凹式绿地、雨水花园底部及溢流井等组成部分的相对标高。
结合径流流向设计,北校区道路及广场雨水优先排入周边植草沟,然后输送至雨水花园及下凹式绿地进行进一步净化处理。因此,为充分保证径流雨水的可收集性,道路及广场周边植草沟、下凹式绿地底部标高均应至少低于道路10cm。考虑本项目区域土属于红色黏土,透水性差,植草沟等引流设施在施工过程中须充分实现设计坡度,不能出现因反坡或平坡导致的积水问题。此外,须严格控制雨水花园及下凹式绿地下凹深度,以确保引流雨水能得到滞蓄净化。雨水花园施工过程中首先应保证开挖深度为该系统最低标高点,一般低于道路20~30cm,须进行标高复核,雨水花园溢流井超高溢流高度一般高于雨水花园底部15~20cm。
2)透水混凝土路面
透水混凝土路面铺装具有施工便捷、周转方便、工期短、功能完善等优点,适用于空间有限、施工时间受限的学校环境。透水混凝土路面铺装重点在于对混凝土搅拌、摊铺、浇筑成型及养护的质量控制。
透水混凝土宜采用强制性搅拌机进行搅拌,搅拌时按规定比例及投料顺序将物料投入搅拌机,新拌混凝土自出机至作业面运输时间宜≤30min。透水混凝土属于干性混凝土料,初凝快,摊铺须及时。应随时检查施工表面的初凝情况,出现初凝现象时可均匀喷洒适量缓凝剂,采用塑料薄膜覆盖等方法养护,并防止阳光直晒。彩色透水混凝土双色组合层施工过程中上面层应在下面层初凝前铺筑。透水混凝土浇筑1d后开始洒水养护,高温施工时为浇筑8h后开始洒水养护,不宜用压力水直接冲淋混凝土表面,应自上而下淋水。透水混凝土湿养护时间一般≥7d,标准养护时间一般≥14d,养护期间混凝土面层不得通车,且应保证覆盖材料的完整。
3)蓄水模块
蓄水模块兼具“蓄、用”功能,是北校区海绵体系重要组成部分。新型地下组装蓄水模块在保证蓄水效果的同时,节省海绵改造施工时间,施工过程中应注意防水土工膜铺设和模块组合。蓄水模块底部复合土工膜铺设前应对铺设面碴土、尖锐物等进行清理。当采用双道焊缝的接缝方式时,及时对焊接质量进行检测,保证土工膜焊接平整、严密,不得出现漏焊。需预留外侧土工膜,根据现场情况尽量平铺在基坑斜坡上并固定,为充分保证蓄水模块外围整体防水效果,土工膜焊缝应与模块搭接形成错缝。蓄水模块组装采用半、整片模块单元,无须其他连接构件,施工简便,是关键施工步骤。上下层构件需旋转90°堆叠码放,以实现连接处在垂直方向上不连续,在最上部嵌入盖板后完成蓄水模块铺设,如图1所示。模块组装完成后,将骨架底部伸出的防水土工膜向上拉起,进行侧面及上部土工膜铺设、焊接,完成蓄水模块防水材料整体铺设。
4)施工降水
根据土壤勘测结果,如遇降雨,开挖区域沟槽(基坑)边坡极有可能发生位移和坍塌现象,雨水将破坏回填土结构。因此,在沟槽(基坑)边坡开挖过程中须保证边坡稳定性,并在边坡铺设彩条布,沟槽内须每隔20m设置集水坑(基坑四角设置集水坑,四边设置排水沟),同时适当增加雨天潜水泵的数量,防止因沟槽(基坑)底部积水影响边坡稳定性。此外,应避免回填土被雨水淋湿或浸泡,堆场内土方及沟槽(基坑)已回填区域应用彩条布覆盖,引导雨水沿着彩条布排至集水坑,再通过潜水泵抽排至附近河流或市政管网。回填过程中应保证沟槽(基坑)内排水设施通畅,防止雨水浸泡。进行管道半径以下回填时,应采取防止管道上浮、位移的措施。
4 结语
结合玉溪市海绵城市试点区建设,基于源头减排、过程控制、系统治理理念,开展玉溪一中北校区海绵校园改造实践工作,统筹自然生态与人工干预,合理施工雨水花园、下凹式绿地、透水混凝土路面、蓄水模块等,并通过工程实践总结施工技术要点,为高原地区同类海绵城市改造设计与施工提供参考。
图1 蓄水模块施工示意
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