绿地辅助排水在石环辅道雨水工程中的应用

2010-11-09曹美娟王维刚陈展弘

城市道桥与防洪 2010年2期

曹美娟，李光，王维刚，陈展弘

（天津市市政工程设计研究院，天津市300191）

0 引言

随着我国城市化进程的不断加快，城市交通体系的不断完善，城市主干道路、快速环线也延伸至了城乡结合部。地处排水管网空白区的城市交通系统，如何解决其路面雨水的排放问题，成为本工程设计的关键。本文中介绍了在工程中通过道路、排水、绿化专业的配合，利用下凹绿地排水技术，因地制宜的解决道路排水问题的设计思路及方法。

1 工程概况

本次排水工程属石环公路辅道的雨水配套工程，主要解决石环公路及辅道的路面雨水的排放。石环公路为河北省石家庄市外围环线，石环辅道作为石环公路主线与县乡级道路的联络线，有着重要的交通转换功能。主线及辅道的路面雨水能否排放顺畅，直接影响了雨天道路交通安全及道路面层、基层的耐久性。

本工程位于石家庄市城乡结合部，道路两侧多为乡村及农田，工程周边尚没有健全的排水管网体系，为排水空白区，且上下游雨水管道及出路均不能在短期内实现，所以在不能按照既定的规划进行实施的前提下，结合工程地理位置、道路断面布置，及石家庄市的气候、地质特征，提出将雨水口设置在绿化带内，由碟形绿地辅助排水以减小雨水的径流系数，增加雨水的入渗量，延长径流的时间，削减洪峰流量的设计思路，最终达到降低雨水管道管径，合理利用路面雨水的效果。

2 设计内容

2.1 设计思路

本工程中采用的“下凹式绿地排水”是绿地雨水调蓄技术的一种，较普通绿地而言，下凹式绿地利用下凹空间充分蓄集雨水，显著增加了雨水下渗时间。具有渗蓄雨水、削减洪峰流量、减轻地表径流污染等优点。

在本工程中采用的下凹式绿地结构为：绿地高程低于路面高程，雨水口设在绿地内，雨水口低于路面高程并高于绿地高程。因下凹绿地两侧高而中间下凹，故又称之为碟形绿地。

雨水排放流程示意见图1。

下凹式绿地汇集两侧道路产生的雨水径流，雨水径流先流入绿地，部分雨水渗入地下，绿地蓄满水后再溢流入雨水口。

为完成以上的工程设计，需要各专业的紧密配合，甚至突破以往的常规设计方法，以达到良好的设计效果。

2.2 道路工程

在道路设计中，打破传统设计惯例，将许多做法围绕本次绿地排水的主题做相应的调整。

2.2.1 横断面设计

标准路段道路横断面见图2。

在道路工程设计中，为便于路面径流向下凹绿地汇集，将道路的横坡调整为单面坡，人行道及路面雨水沿单向横坡汇至一侧道路边缘，经过水侧石排入下凹绿地内。

2.2.2 过水侧石设计

在道路工程设计过程中发现，道路与绿化带边缘如按常规采用一般混凝土侧石，则路面上的雨水无法沿道路横坡排至路外的绿化带内，即路面雨水无处可排；如为了排水顺畅，采用混凝土缘石，则影响道路的美观及行车安全。为配合排水工程的设计，道路设计选用了混凝土过水侧石，既满足了道路的交通功能，又可将路面雨水快速、顺畅的导流入绿化带。

过水侧石铺设结构见图3，正立面见图4。

2.3 绿化工程

下凹绿地为满足排水需求，需低于路面高程，而单纯降低绿地雨水口位置的高程容易形成排水边沟的效果，既影响排水又影响景观。

在设计中，将绿化带进行竖向高程设计，形成了以每30 m为一单元的碟形微地形景观，雨水口处地面高程低于路面高程30 cm，既满足了路面雨水的径流与渗蓄，又缔造了高低起伏的园林效果。

绿化带等高线见图5。

2.4 排水工程

2.4.1 雨水流量计算

（1）径流系数的选取

在雨水管道的设计中，一般都是依据设计区域内的地面覆盖情况，选取综合径流系数，而城市道路路面雨水只能按道路面层结构形式选用相应的单一覆盖径流系数，一般采用0.85～0.95。

本次设计虽然为路面雨水的排放，但因利用下凹绿地排水，雨水径流先后在路面及绿地里流行，径流系数经加权平均计算，采用0.60。

（2）雨水流行时间的确定

地面集水时间是雨水从相应汇水面积的最远点地表径流到雨水管渠入口的时间。地面集水时间的长短直接影响设计暴雨量强度和雨水管道的设计流量，地面集水时间的设定主要受路面雨水流行距离、地形坡度和地面覆盖情况而定，一般采用5～15 min。本次设计中考虑了雨水自路面沿道路横坡径流入下凹绿地，在下凹绿地中径流并渗蓄至一定高度后溢流入雨水口，其地面集水时间可取20 min。

（3）设计管道流量比较

根据以上设计参数，在重现期P=1 a的情况下分别计算，采用下凹绿地排水方式计算的设计流量是不采用该方式排水的43%，也就相当于绿化带内的雨水管道比道路上布设的雨水管道管径缩小了2～3级。

2.4.2 排水设施

按照以往排水设施的布设，路面雨水首先通过径流进入雨水口后再通过收水支管汇入检查井。本次设计将下凹绿地中的检查井和雨水口功能合二为一，将检查井盖作成井蓖式。为了避免雨水渗蓄高度过高对辅道路基产生影响，设计收水检查井井蓖高出绿化带地面10～15 cm，既有一定的蓄水功能，又可以防止绿地内杂物的进入。

上述设计的优点是不仅可以消减洪峰流量，还可以减少管道内及下游水体的污泥量，和增加绿地的土壤肥力，即“减污、减淤、增肥”。

圆形雨水口见图6。

2.5 相关注意事项

经过本工程设计，总结了设计、施工及运行管理中需特别注意的问题如下。

2.5.1 设计中应注意的问题

（1）过水侧石布置的数量应满足路面雨水排放的需要，尤其需要结合道路纵断面设计在道路最低点加密过水侧石，防止路面积水。

（2）绿化带内雨水口的布置必须结合绿化带的竖向设计，布置在最低点位置，且雨水口应高于周围地坪以达到蓄水的目的。

（3）设计中应以绿化带内土壤渗透系数作为确定蓄水量大小及雨水口高度的依据，在达到必要蓄水量的前提下防止雨水影响道路路基的安全。

（4）绿化带的竖向设计必须满足蓄水和排水的要求。

2.5.2 施工及运行管理中应注意的问题

（1）过水侧石的数量和位置必须按设计图纸施工。

（2）在运行管理中应定期清理侧石及雨水口的过水口，以免堵塞，影响排水效果。

（3）绿化带内种植的草本宜选用蒸散量小及雨水利用量大的品种。

3 下凹绿地排水在石家庄市应用的可行性研究

3.1 石家庄市雨水资源利用的必要性

石家庄市被列为受到人口、环境双重压力的极度资源性缺水地区。由于地下水的连年超采而得不到有效补充，造成地下水位持续下降。石家庄市水资源逐年严重短缺，如能将雨水资源加以利用，可在一定程度上缓解用水压力。由此可见，对水资源短缺的石家庄市进行雨水资源的利用是十分必要的。

石家庄市多年平均降水量为512 mm，降水具有年际变率大，季节分配不均，夏季降水集中等特点。中心城区的建筑物、道路等不透水铺装面是形成城市暴雨径流的主产流区，市区每年要耗费大量资金和人力排出这些雨水，排水压力很大，雨洪灾害也不断增大。据对2次30 mm左右的降雨的观察，一般路面径流深达100 mm以上，交叉口、地道桥积水严重，有的地方积水达到齐腰深。

如能对城市雨水资源进行有效利用，不仅可增加城市水源补给，美化与清洁城市环境，改善城市小气候，而且还可降低地面沉降量，控制雨洪，减少城市防洪排涝等基础设施的投资，带来可观的经济、环境和社会效益。