高架桥雨水收集利用系统研究

刘 级，邰 昊

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010）

0 引言

现有城市道路交通量大，道路两侧用地资源有限，为缓解交通压力，高架桥在城市道路中被大量应用。高架桥下一般设置绿化带，既可以将桥墩包裹其中，保证行车安全，又可以提升道路景观效果。但高架桥下绿化带中的植物由于接收不到自然雨水，需要定期进行浇灌。未充分利用桥上的雨水，造成了自然资源的浪费；桥面雨水直接汇入到道路排水系统中，又增加了市政管网的压力。因此如何改进高架桥桥面雨水利用系统，使其能够提供充分的干净雨水进行浇灌是当下急需解决的问题。

1 常见高架桥雨水系统

1.1 引流系统

目前国内高架桥雨水系统大多采用引流系统，通过桥面雨水口或边沟收集桥面雨水，然后通过雨水管将其引至敷设在地面辅道下的排水系统中[1]。

该系统前期投资较省，施工简单，但存在以下几点问题：

（1）未充分利用自然资源。在降雨量较少的干旱地区，桥面雨水全部通过管道排走，不能缓解地下水位较低、水资源匮乏的问题。

（2）高架桥上有大量的污染物，如有机物、重金属、汽油、悬浮固体等。以上污染物在降雨过程中受到雨水冲刷，最终进入雨水管道后排到自然水体中，造成附近及下游水体的污染。

（3）高架桥下绿化带中的植物由于接收不到自然雨水，需要定期进行浇灌。目前常见的浇灌方式是采用移动式水车或者在绿化带中埋设自动喷淋系统，然而这两种浇灌方式的运营维护成本高。

1.2 海绵系统

自2015年国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》后，先后一大批城市响应号召，加快推行海绵城市的建设。其中，在高架桥桥面雨水利用系统这一块，出现了很多新型的、具有实际操作性的系统。现列举几种具有代表性的雨水利用系统。

1.2.1 蓄水系统

该系统重点突出海绵城市建设“渗、蓄、滞、净、用、排”理念中“蓄”的设计理念，将高架桥桥面上的雨水通过蓄水设施将其收集起来，然后通过阀门或水泵进行排放控制。目前市面上最常见的是采用下凹式绿化带、储水罐或者集水坑等措施。该种雨水利用系统的核心均是将雨水储存并直接利用，并未对雨水进行过滤，导致桥面污染物直接随雨水进入植物根系，有可能导致植物生长不良甚至死亡。此外，该类雨水利用系统还存在其他问题，例如下凹式绿化带中的溢流系统会将绿化带中的泥土带入下游雨水管中，储水罐存在清洗不便、容易堵塞管道的问题等，如图1所示。

图1 高架桥蓄水系统

1.2.2 蓄水+净水系统

该雨水利用系统在蓄水系统的基础上增加了雨水净化措施，总系统可细分为雨水收集系统+雨水过滤系统+雨水溢流系统+雨水灌溉系统。国内该类型的雨水利用系统在实现方式上有所差别，但大体系统构成均差异不大。图2为典型的蓄水+净水系统。

图2 高架桥蓄水+净水系统

高架桥雨水管收集的雨水在经过多级过滤设施后，干净的雨水汇集到雨水储存池，多余的则通过溢流管汇入到下游的雨水管道中。当桥下绿化带需要灌溉时，则人工启动水泵[2]。该种系统功能较为完善，但构筑物多，一次性投入大，且由于该系统为一体化施工，后续清理工作较为烦琐。此外，由于水泵为人工操作，后续的运营管理费用也较高。

2 本文雨水收集利用系统

2.1 系统概况

为解决上述技术问题，本文设计了一种新的高架桥雨水收集利用系统，该系统充分利用高架桥桥面雨水对桥下绿化带进行浇灌，减少了市政管网的建设费用，降低城市道路运营维护成本。

该系统与蓄水+净水系统构成类似，但雨水过滤系统和雨水灌溉系统的实现方式有所不同；此外，该系统还包括设置在道路上的防下渗绿化带种植层。该系统特征在于在雨水收集管和防下渗绿化带种植层之间设置有雨水收集过滤装置，雨水收集过滤装置由砌体墙围成的集水井、过滤井以及多级过滤网组成，集水井的井口与雨水收集管相连，过滤井则紧密设置在集水井的一侧，多级过滤网则设置在过滤井的侧壁上，而多级过滤网与防下渗绿化带种植层相通，在集水井的侧壁上还设置有溢流管，溢流管的另一端则依次连接有排水井和排水支管，如图4所示。

集水井和过滤井的井底均设置有防水底板，集水井和滤水井的井口处均设置有活动盖板，供人工清淤时方便掀开。用于分隔集水井和过滤井的砌体墙上开有滤水孔，对收集到的桥面雨水进行初期过滤后再排入过滤井中，滤水孔距离防水底板的高度为15～20 cm，孔径不超过2 cm。

所述多级过滤网包括第一过滤网、第二过滤网及第三过滤网，各级过滤网逐层设置在过滤井靠近防下渗绿化带种植层一侧的砌体墙上，过滤网距离防水底板的高度为25～30 cm，采用不锈钢材质，并且各级过滤网的滤网间隙逐渐减小，第一过滤网的滤网间隙不超过1 cm，第二过滤网的滤网间隙不超过0.8 cm，第三过滤网的滤网间隙不超过0.6 cm。

防下渗绿化带种植层从路面往下依次包括有种植土层、泥浆隔离土工布、煤渣渗透层、卵石层、复合防渗土工膜及素土基层，其中卵石层带有一定的坡度，卵石层向远离集水井和过滤井的一侧倾斜，种植土层的厚度不小于0.4 m，防下渗绿化带种植层的两侧还设置有路缘石，绿色植物种植在路缘石之间。

2.2 具体实施方式

如图3a所示，该系统为优化的一种高架桥下绿化带雨水利用系统，设置于两个高架桥桩基之间。在暴雨时节，高架桥雨水收集管内的雨量很大，流速快，为了避免雨水对整个系统设施的冲刷，一般在雨水收集管与高架桥桥墩承台之间设置两处弯头，这样可以有效减小流速。

雨水通过雨水收集管流入到集水井中，使得集水井中的水位不断上涨，当水位达到滤水孔的高度时雨水就通过滤水孔进入到过滤井中，雨水中的大颗粒污染物沉淀在集水井中；当集水井中水位继续上涨后，多余的雨水将通过设置在集水井侧壁上的溢流管排走。

图3 系统相关布置图

流入过滤井中的雨水再经过三道过滤网的过滤，进一步净化后流入防下渗绿化带种植层中，各种杂质则沉淀在过滤井的隔仓中。流入绿化带中的雨水通过植物根系的主动吸收以及绿化带的毛细现象对植物进行浇灌。设置在集水井和过滤井井口处的活动盖板均可灵活打开，方便进行人工清淤。该系统采用三道过滤网，在实际施工中可根据实际情况具体设置过滤网的数量，以保证过滤效果。

防下渗绿化带中复合防渗土工膜实行满铺并延伸至路缘石下，以防止雨水渗入到路基中，避免路基出现水稳破坏；卵石层为含水层，在接收到过滤井中的雨水后，通过煤渣渗透层将雨水向上渗透，同时将卵石层设计成带有一定的坡度，向远离集水井和过滤井的一侧倾斜，这样保证了雨水能够充分渗透到整个桥下的绿化带中；在煤渣渗透层上方设置一层泥浆隔离土工布，在透水的同时可有效防止泥浆上涌，最终保证渗透到种植土层中的雨水满足灌溉要求。

3 结语

该系统于2017年应用于宜昌市某内环快速路项目中，经过一年多的使用，现系统运行良好，桥下绿化带生长茂盛。分析系统构成及现场实际应用结果，得出以下结论：

（1）与现有高架桥桥面雨水利用相比，该雨水收集利用系统的关键之处就在于设置了多级过滤装置，通过多级过滤装置可以有效去除雨水中大量的杂质及有害物质，保证绿化带中植物能够健康生长。

（2）该雨水收集利用系统充分利用桥面雨水进行绿化带浇灌，既生态又环保，且不需要任何电力设施，建设及维护成本低。

（3）该雨水收集利用系统将高架桥桥面的雨水引至桥下绿化带内进行浇灌，解决了一部分雨水直接流入城市道路管道，减小了城市道路管网的压力，也降低了城市道路建设的费用。

（4）该雨水收集利用系统在集水井、过滤井上分别设置有活动盖板，可以定期打开活动盖板进行人工清淤即可，施工作业即方便又安全。