基于海綿城市理論的水閘排澇泵站工程設計分析

劉承瓏

（廣州市宏濤水務勘測設計有限公司，廣州 510091）

海綿城市建設理念在建筑設計領域的應用逐漸成熟，其能夠充分發揮道路、建筑等對雨水的存儲、稀釋作用，從而控制雨水徑流及自然滲透的功能。基于海綿城市理論文章對水閘排澇泵站工程設計展開分析，其中能夠有效提升泵站對生態雨水以及自然災害的“彈性”管理，滿足防洪排澇標準的同時恢復岸線生態環境[1]。

1 工程案例

白云區沙貝水閘排澇泵站工程現狀河涌約2.93km，寬度為10～28m，涉及的海綿城市控制指標岸線共18 427m，生態岸線長度17 507m，其中生態框復式斷面15 356m，U 型槽草皮護坡復式1 222m，波浪樁草皮護坡斜坡式947m，在進行海綿城市建設過程中需要符合規劃中生態岸線恢復率80%的要求。目前該泵站存在的問題為排澇情況與當地城市化發展需求不符，上下游翼墻漿砌石老化開裂，生態系統亟需進行修復，并優化城市雨水管渠系統控制城市不透水面積比例。

2 基本概況

本區域沿線主要為珠江三角洲平原區和珠江西航道，為第四紀海陸沖淤積第一階地，周圍水系環境復雜充裕，地勢相對平緩。該區域內存在暴雨以臺風雨、強降雨和鋒面雨為主天氣，加之地勢平緩往往會造成面流、片流情況，尤其在低洼處會出現動態水流對水閘排洪泵站堤岸具有沖刷腐蝕性。地基處以淤泥質土層為主，于是會造成失穩、滑坡等情況發生，所以需要進一步加強地基穩定性降低沉降風險。該泵站的早期建設主要解決城鎮內澇問題，但隨著河流涌寬度逐漸大于規劃數值，泵站難以滿足排澇需求，所以需要重新建設提升排澇效益，既要滿足周圍灌溉需求，又要具備可持續發展性。

3 基于海綿城市理論的工程設計

3.1 地基處理

目前地基處理比較常見且使用的形式包括水泥土攪拌樁復合地基、鉆孔樁、預應力管樁等，本次工程場地存在淤泥層厚、地下水位淺的特點，因此不宜應用人工挖孔樁。針對泵站工程區域地下水腐蝕性指標的分析如表1 所示，參照《巖土工程勘察規范》判斷該區域地下水對混凝土結構具有微腐蝕性。為滿足海綿城市理論需求，在進行水閘排澇泵站工程設計時可以采用旋挖灌注的方式降低地基沉降風險，再根據工程環境特點選擇水泥攪拌樁和木樁復合地基形式。本工程沿線較長，而且整體環境地質變化大，所以需要綜合考慮地貌特征，針對普通懸臂式擋墻采用混凝土預制梅花形布置，80cm厚壓石擠淤，對淤泥層較厚的部分用PST 薄壁管樁；對于擋土高度較高的涌段設計密排φ500 水泥攪拌樁，提升地基的整體承載力，同時改善透水性提升對雨水的緩釋效果。施工階段需要注意以下幾點：

表1 地下水腐蝕性指標

1）在鉆孔與旋挖灌注樁時需要做好樁孔護壁，成孔后及時灌注混凝土降低塌孔風險，并清除孔底沉渣。

2）在施工時采用專用設備避免出現掉鉆、泥漿流失、孔壁擾動等問題。

3）針對巖面起伏問題需要考慮巖性、巖石風化程度、是否存在破碎帶、是否存在孤石等問題，做好地質條件檢測。

4）在施工過程中需踐行海綿城市理論，及時運走沖樁后產生的淤泥，架設簡易維護，降低揚塵污染。

5）及時清理建筑垃圾，專人負責攪料場地與材料堆放場地的衛生，避免在大風天作業。

3.2 植被選擇

海綿城市建設中植物的選擇需要滿足水土適應性、地質環境、土壤類型、日照條件、雨量、耐污染性、抗逆性以及景觀價值等多樣化條件，其中影響植被大部分因素為降雨。廣州市降雨特點主要表現為：①年降雨量較大，約1800mm；②雨季較長，集中在4～9 月；③7～9 月受東南沿海臺風影響，降雨量較大，洪澇災害多發月份；④7～8 月降雨以暴雨為主，而且分布不均。加之該市午后夏季午后氣溫升高以及水汽較高，經常出現地形雨。在這樣的環境下，海綿城市理論設計下對水閘排澇泵站工程設計中植被緩沖帶建設需要選擇耐高溫、耐雨水的植物，如銀葉樹、水黃皮、泰來藻、海菖蒲、銀葉藻等。同時實施LID 設施布置應用透水鋪裝、雨水罐、雨水濕地、滲透塘、下沉式綠地以及調蓄池等科學控制雨水滲透量[1]。

種植緩沖帶建設需要注意以下4 點：

1）及時做到雜草清理、修剪以及植物補種。

2）根據水閘排澇泵站種植緩沖帶設計需要根據水量控制進水口規模，確保有效收集徑流雨水，重點為暴雨季節需要進行局部下凹或擴大進水口。

3）為避免污泥沉降影響過水通暢性，需要定期進行垃圾與沉淀物清理。

4）檢驗邊坡塌陷問題，做好加固工作。

3.3 雨水管渠系統設計

為進一步落實海綿城市理念，在進行水閘排澇泵站工程設計時可以思考綠化帶建設的可持續性，在不占用建設面積的前提下設置蓄水模塊。根據項目建設情況在綠化帶下設計容量300m3的雨水收集系統，并利用地埋式一體機完成對雨水的消毒過濾，將建筑雨水排水管通過分流、過濾、棄流以及截污后匯入雨水收集池內。本項目中處理后的雨水需要滿足《城市污水再生利用——城市雜用水水質》的需求，主要用于車輛清洗、景觀補水、道路沖洗等，采用消毒處理和定期監測的方式確保水質安全。具體步驟為：確定雨水管道位置→基坑開挖→澆筑墊層與底板→攤鋪防滲膜→蓄水模塊安裝→封土工布防滲膜→隱蔽工程及一體機安裝→通電調試與運行→竣工驗收[2]。此外還需注意以下事項：

1）生活飲用水管道不可與雨水管道相接。

2）雨水蓄水池務必設置安全分流井用于分配超出容積的雨水。

3）雨水管道上需做好標識，避免誤接、誤用。

4）防滲膜的攤鋪需要在澆筑混凝土達到一定強度后進行，并對表面雜物和積水進行清理，做好破損檢驗。

雨水回收裝置棄流裝置設置十分關鍵，工程可應用YL-3052 棄流截污裝置和YL-DN800 安全分流井共同進行雨水棄流，由格柵和電動執行器進行控制，附帶控制箱進行地埋式安裝，控制箱位于棄流裝置的垂直地面位置。棄流控制器前端用于攔截大顆粒懸浮物，設置間距3mm 的格柵，采用直接提籃的方式取出并清理垃圾。全程由PLC 系統進行控制，同時可利用傳感器連接計算機完成雨量、雨頻等參數的記錄，實現串聯監測收集優質雨水[3]。

3.4 屋頂及不透水地面的設計

以往環境下城市建筑較少，雨水排放能夠直接滲入地下并匯聚到江流，但隨著城市化進程的發展，建筑和人工鋪裝地面面積增大，導致不透水地面增多。基于海綿城市理論重點分析了對屋頂綠化和部分城市地面不透水性的處理，控制其開放強度來降低對生態系統的破壞。建筑屋頂占據城市50%的不透水表面，加之泵站建造過程中為穩定地基和周圍環境而建造的路基路面，使得雨水長期滯留加劇路面和屋頂老化，所以需要進行針對性處理。本次工程針對屋頂和部分路面采用模塊化組合的方式，自帶儲排水功能實現共享水源，對于屋頂的設計如圖1 所示。對于坡度較緩的路面則設置植被緩沖帶減緩徑流流速，用于攔截部分污染物，可作為生物滯留設施降低開發成本[4]。

圖1 建筑屋頂設計

對于水閘排澇泵站周圍不透水地面的設計可以實施全透水路面和半透水路面改造。其中全透水路面主要用于人行道、非機動車道以及景觀硬質鋪裝等。此類路面基層結構由下至上為路基→150 厚多孔隙水泥穩定碎石層→30 厚中粗砂→60-100 厚預制透水混凝土；或路基→180 厚多孔隙水泥穩定碎石層→80 厚現澆透水混凝土；路基→120 厚級配碎石層→150 厚多孔隙水泥穩定碎石層→30 厚中粗砂→80 厚透水混凝土。半透水路面結構為級配碎石底基層→150-180 厚無砂大孔水泥混凝土基層→180-220 厚透水混凝土；或底基層→150-180 厚級配碎石基層→180-220 厚透水水泥混凝土[5-6]。全透水結構中的面層設計需要保證混凝土面層強度在C20 以上，而且厚度在80mm 以上，半透水結構的面層混凝土強度需要在C30 以上，厚度180mm以上，孔隙在15%以上。縱向變形縫與橫向變形縫間距分別為4.0～5.0m、3.5～4.5m，面層板長寬比例控制在1∶3。針對基層的設計，全透水結構壓實度務必在92%以上，半透水結構壓實度控制在94%以上，各結構層功能需要符合《城市道路路基設計規范》，結構層功能表，如表2 所示。

表2 結構層功能表

由于項目工程的水閘排澇泵站位置淤泥量較大，周圍環境亟待改善，因此需要在修復生態的基礎上降低施工改造對環境的影響。根據對現場環境的分析發現，施工容易造成水土流失現象，因此務必注意以下3 點：

1）分段式開挖，減少開挖面，縮短時間，對于裸露挖面需要臨時覆蓋塑料，并設置排水攔溝和積水沉砂井。

2）出入施工現場需做好車輛清理，避免帶出污染物。

3）根據施工區域降雨情況制定計劃，在暴雨前完成松土壓實工作，對坡面進行緊急防護避免強烈沖刷。

4 結 語

海綿城市理論對工程設計的綠化性、可持續性等提出嚴格規范，這是維護生態穩定、提升經濟效益、科學排澇抗洪的基本保障。針對白云區水閘排澇泵站工程的設計切實滿足相關標準，維護當地社會發展，同時也實現良好的農業灌溉與景觀用水等多樣化需求，為現代化建設打下基礎。