随着我国经济社会的迅猛发展, 城市化进程不断加快, 城市发展过程中面临的暴雨漫灌、水资源匮乏等共性问题日益严重, 为从源头缓解城市内涝、节约水资源、保护和改善城市生态环境, 国家提出建设“海绵城市”理念。

虽然目前业界关于海绵城市各个细部做法已日臻完善, 但从整体角度考虑的案例却并不多见;南京南站南广场, 运用海绵城市理念, 统筹设计与施工, 实现了城市核心区超大海绵广场雨水收纳自如 (见图1) 。

南京南站南广场项目位于南京南部新城核心区, 广场规划建设用地面积71 303m², 绿化总面积28 706.59m², 绿化率40.26%, 铺装及景观面积32 241.14m²。广场共设置2栋9层塔楼、出地面楼梯间59个、有顶下沉广场4处、上人屋面6处、盆式露天地下广场5处、HDPE蓄水池2个、雨水原水收集池及雨水回用调节机房各1个。

广场以渗、滞、排为第1层级, 其中包括顶板回填、雨水管埋设、透水性铺装、下沉式绿地、建筑屋面排水等;以蓄、净、用为第2层级, 其中包括广场上HDPE蓄水池及其净化回用系统、广场下雨水收集池及回用调节系统。通过这2个层级, 能够充分实现本广场的“海绵化”。

通过带坡屋面、落水管将建筑物顶面雨水排至地面水沟;通过透水铺装、下沉绿地滞纳吸收部分雨水;通过雨水口、溢流口、排水沟、排水板、雨水井、雨水管等将剩余雨水汇集至广场东西两侧HDPE模块雨水收集池。在收集池内, 通过污水处理系统, 弃流部分雨水至污水管, 并将净化后的雨水由给水管道回用于绿化灌溉;当收集池满时, 将多余雨水排至市政雨水管网 (地下露天广场排至相应雨水原水收集池, 并通过回用调节系统传递至地上给水系统) 。施工工艺流程如图2所示。

顶板回填是海绵广场发挥作用的第1步, 也是至关重要的1步。它既是雨水下渗、吸收、疏通、承重的基层, 也是埋设雨水管、排水沟、蓄水池等各个部分的“母体”。回填土本身及压实度影响雨水吸收下渗的程度, 排水板铺设质量影响雨水底部疏通的效果, 整体回填标高则影响其他预埋、找坡和面层施工, 顶板回填是海绵广场的“骨架”。

本广场顶板上主要为铺装道路、下沉绿地、水景及出地面建筑物, 其中防水及荷载需着重考虑。综合比较各种材质后, 防水采用2mm厚非固化橡胶沥青防水涂料+1道1.5mm厚自粘聚合物改性沥青防水卷材+4mm厚聚合物改性沥青耐根穿刺防水卷材 (SBS) , 回填总体采取XPS板+混凝土保护层+素土的方式, 在减轻顶板荷载的同时利于在广场中部带坡形成一盆式小广场, 收水效果显著。

从结构层至回填层建筑做法为:自防水钢筋混凝土顶板→30mm厚 (最薄处) 1∶8加气混凝土找坡i=0.3%→45mm厚泡沫玻璃保温层 (A级) →20mm厚1∶2.5水泥砂浆找平层→3道防水施工→30mm厚1∶3水泥砂浆保护层→18mm厚塑料排水板→土工布隔离层→回填施工。

雨水主管及雨水井收集来自各个口部及支管的雨水, 通过重力式坡向导流, 最终汇至地上HDPE模块蓄水池及市政雨水管网, 相当于海绵广场的“大动脉”。

本广场雨水管外径>200~800mm的采用HDPE双壁波纹管, 橡胶圈承插连接, 外径≤200mm的采用UPVC管, 承插口粘接, 管道环刚度≥8k N/m², 管道坡度1%。雨水井采用240mm砖墙砌筑圆形管井, 内径600mm, 双面20mm砂浆抹灰, 外侧2mm厚非固化改性沥青防水涂料+1道1.5mm自粘性改性沥青防水卷材 (见图3) 。雨污水管道、管井区域, XPS板铺设到管底标高, 浇筑150mm厚C25混凝土垫层, 在垫层上砌筑挡墙。预埋管线挡墙240mm, 砌筑高度根据管线综合标高, 待管道全部安装完成后, 该范围内回填中粗砂。

透水铺装是隔绝地上与地下的天然屏障, 也是雨水与海绵广场接触的最表层。它可以起到缓解排水压力、控制水体污染、维持水资源平衡等作用。与传统路面相比, 透水路面兼有良好的渗水保湿及透气性, 既满足人类活动对硬化地面的使用要求, 又能通过自身性能的生态优势, 减轻传统非透水性路面对地表生态的破坏程度。大量雨水透过生态透水路面渗入地下, 能很好地补充地下水, 维持了地下水资源供给平衡, 缓解了水资源的匮乏和短缺。

本广场透水铺装面积约占总铺装面积的一半, 主要分布于各出入口及通道处。透水铺装由下而上做法为:顶板建筑做法→回填土夯实→150mm厚碎石垫层→150厚C25透水钢筋混凝土→土工布隔离层→30mm厚中粗砂垫层→50mm厚生态陶瓷透水砖铺装 (见图4) 。

下沉式绿地相当于整个海绵广场的“呼吸系统”, 吸纳部分雨水与杂质, 同时通过绿植 (相当于“肺”) 净化空气、调节湿度。它可汇集周围硬化地表产生的降雨径流, 利用植被、土壤、微生物的作用, 截留和净化小流量雨水径流, 可起到缩减雨水径流量、完善给排水系统等功能。同时, 雨水径流携带污染物中所含的氨、磷等化学物质, 经过生物分解、化学、雨水自净的作用, 转化为绿色植被根系所需的营养物质, 又可促进绿色植物的生长。

本广场下沉式绿地穿插分布于整个广场, 绿化率在40%左右, 高程低于周围硬化地面高程0.05~0.15m, 溢流口位置位于绿地和硬化地面交接处或在绿地中, 雨水口高程高于绿地高程且低于硬化地面高程。下沉式绿地植物选用桂花、海棠等耐渍、耐淹、耐旱的品种, 种植土由砂、堆肥和壤质土混合而成, 渗透系数≥1×10^-5m/s, 覆土深度满足草本花卉≥250mm, 地被植物≥350mm, 小灌木≥450mm, 大灌木≥700mm, 浅根乔木≥1 000mm。下沉式绿地由下而上做法如图5所示。

广场建筑屋面是汇集、排出雨水的重要一环, 一般步骤为在屋面上找坡 (1%~3%) 汇水至排水沟, 而后由落水管将雨水排至地面雨水口或排水沟。

以广场上楼梯间排水为例, 具体做法为:在顶棚不锈钢水槽上开孔 (直径75mm) →取100mm DN65的304不锈钢管与水槽焊接做落水口→采用De75的PVC-U管与不锈钢管对接, 并接至对面→安装完成后在管段上面刷漆, 颜色与外立面型材颜色一致 (见图6) 。

HDPE模块蓄水池是指采用同一规格尺寸的网格状埋地HDPE模块 (再生聚丙烯材料) 拼装成雨水箱, 然后将每个箱体码放成为连续的雨水“矩阵”池。因为其网格化透空的结构, 材料的结构占用空间不到5%, 即模块的蓄水空间达到95%以上, 雨水可以在其中自由交换流动, 如图7所示。

本广场东西两侧设置2个有18m×15m×2m大小的矩形蓄水池, 常规蓄水容量约为462m³。施工具体流程为:测量放线→土方开挖→底板施工→蓄水模块施工→池壁施工→顶板施工→土方回填→管道、控制设备安装→运行调试。

运行方式为:雨水经雨水管网统一收集后通过初期弃流过滤装置进入模块式雨水蓄水池 (多余雨水直接溢流入市政雨水管网) , 经过自然沉淀使雨水中的悬浮物质 (主要是可沉固体) 在重力作用下沉淀, 从而雨水分离, 使水得到澄清;再经过清水池处理站消毒工艺处理后由设备井给水设备加压回用于广场内, 剩余污水通过二次弃流排入污水管网。储存在雨水蓄水模块中的雨水, 经过其他雨水处理设备的过滤、消毒后可用于绿化灌溉, 也可通过蓄水池将雨水下渗, 达到补充地下水资源、改善生态环境的目的。

因本广场还设有多个露天地下广场, 故落至地下的雨水也需考虑其排蓄回用。具体为:在地下1层广场周圈设置450mm×450mm缝式排水沟, 找1%坡汇集雨水至地下2层一钢混结构雨水原水收集池 (10.8m×7.5m×4.3m) , 收集池中雨水通过过滤加压泵与北侧雨水回用调节机房连接, 经过回用调节机房处理将中水传递至顶板给水系统, 实现地上雨水吸纳至地下, 地下中水回用至地上。

雨水收集及处理工艺流程为:区域雨水→上游雨水井→沉淀池 (弃流外排) →蓄水池→过滤加压泵 (过滤排污) →全自动过滤器→清水箱→回用泵→紫外线消毒器→绿化灌溉等 (见图8) 。

根据南京市多年降雨资料统计, 南京市年均降雨量为1 031.4mm。根据GB50400—2006《建筑与小区雨水利用工程技术规范》中第5.6.4条规定:雨水收集利用应对初期进行弃流, 初期径流量应按照下垫面性质取相应的弃流厚度, 一般屋面弃流厚度可取2~3mm径流厚度, 地面弃流取3~5mm径流厚度^[7]。

1) 设计一次降雨径流总量按下式计算:

式中:W₁为设计一次降雨径流总量 (m³) ;Ψ为综合径流系数;F为汇水面积 (hm²) ;H为重现期年最大日设计降雨量 (mm) ;得出:W₁=1 390.8m³。

2) 设计一次降雨弃流量按下式计算:

式中:W₂为一次降雨弃流量 (m³) ;F为汇水面积 (hm²) ;H_q为一次降雨弃流厚度 (mm) ;得出:W₂=152.5m³。

综上所述, 该项目内设计一次降雨可收集雨水量为:W=W₁-W₂=1 238.3m³。

取绿化浇洒用水定额为:2.5L/ (m²·d) , 广场绿化总面积为28 706.59 m², 则本项目绿化浇洒日用水量为:V₁=71.77m³;每周日杂用水量按5d计, 则用水量为:V₂=358.85m³。

本广场上有2个462m³HDPE模块蓄水池、广场下有1个348m³混凝土雨水调蓄池用于绿化用水, 满足收集、回用雨水实际要求。

1) 有效利用顶板回填、雨水管井、透水铺装、下沉绿地、屋面排水等可实现超大广场海绵城市的第1层级———渗、滞、排;同时利用广场上HDPE模块蓄水池, 广场下雨水原水收集池及雨水回用调节系统, 可实现超大广场海绵城市的第2层级———蓄、净、用;2个层级共同作用, 可实现超大海绵广场雨来雨去、收纳自如。

2) 一体化及海绵城市理念贯穿结构、建筑、给排水、市政、绿化等多个专业的设计中, 并落实于具体施工, 既可追溯, 又可验证。

3) 本项目海绵广场的建成, 不仅解决了城市核心区超大广场的存积水问题, 而且实现了整个广场绿化灌溉自给自足;同时, 超量雨水经过处理后再排放至市政管网, 不直接下河, 也保护了周边河道的生态环境, 社会经济效益显著。