“海绵城市”低影响开发设施改造技术在大型住宅小区中的应用

姚建平

上海南汇建工建设（集团）有限公司 上海 201399

小区“海绵城市”低影响开发设施改造的本质是充分发挥道路、建筑、绿地及水系等自身的生态系统功能，对小区雨水采用吸纳、渗蓄、净化、缓释等改造方式，控制雨水径流，恢复城市水文原生态，维持小区开发建设前后场地内水文特征的自然状态，从而实现改善水环境、修复水生态、涵养水资源等目标[1-4]。在确保排水防涝安全的情况下，可极大限度地降低城市开发建设过程中对生态环境的影响，即做到低影响开发建设。

临港地区是上海市“海绵城市”改造建设的试点区域，为保护滴水湖及周边地区水资源安全，确立了以滴水湖为中心的数个示范改造小区，以期实现降雨“五年一遇不积水、百年一遇不内涝、水质不黑臭”的总体控制目标。

1 工程概况

滴水湖馨苑“海绵城市”改造项目，位于上海浦东新区临港新城主城区滴水湖馨苑小区内，北邻申港大道，西靠茉莉路，靠近临港新城生态景观湖——滴水湖。滴水湖馨苑小区（分南北区）占地面积为332 971 m2，绿地面积为114 420 m2，总建筑面积为458 433 m2。该小区“海绵城市”低影响开发设施改造项目投资规模为3 330万元，包含雨水花园5 281 m2、生态停车位331 m2、净化调蓄设施2 365 m3、高位雨水花坛853 m2、调蓄净化明沟1 009 m等。

2 特点、难点分析

2.1 场地小、范围广、改造内容多、分散施工

本工程“海绵城市”低影响开发设施改造项目涉及雨水花园、生态停车场、净化调蓄设施、高位雨水花坛、调蓄净化明沟等众多改造内容，均位于居民小区内。因此施工现场可利用场地较小，各项改造设施分散分布在小区的各个地方，没有规律性，且在施工过程中占用了小区道路、停车位、公共绿化等，对小区居民的出入和生活影响较大。

2.2 材料质量控制是重点

“海绵城市”改造项目施工工艺并不复杂，技术难度也不高，但排水层、过滤层、改良种植土回填等每一层、每一道工序所用的材料质量、技术指标要求等都关系到吸纳、渗蓄、净化的效果和功能。因此，“海绵城市”改造施工过程中所选用的材料必须严格按照设计要求，选择优质材料。

2.3 原有地下管线、管道众多，难以实现精准化改造

本工程为临港地区试点改造小区，虽然设计单位、勘察单位、施工单位事先做了大量前期勘察、排摸工作，确定了改造点，但由于是在既有小区内改造，且小区内原有的地下管道、管线较为众多、复杂，因此对改造点准确定位、实现精准化改造有一定难度。有些改造点当开挖到一定程度时，发现有地下管道、管线和构筑物情况，存在需对改造范围重新调整甚至无法实施下去的问题。

2.4 社会和小区居民认知不够

目前“海绵城市”改造意愿主要局限于政府部门，社会参与度不太高，给“海绵城市”改造和推进带来了一定影响。特别是在已建既有小区内改造，由于小区居民对这项工作不甚了解，不太支持和配合，甚至在改造过程中出现居民阻挠改造的情况，迫使改造位置被重新调整或取消，影响改造进度和效果。

3 主要施工技术

3.1 雨水花园改造

雨水花园是采用人工开挖改造而成的浅凹型绿地，收集的地面雨水通过过滤层净化，从而对雨水进行利用和雨洪控制。其主要构造由排水层、透水层、过滤层和改良种植土层等组成（图1）。

图1 雨水花园改造构造示意

3.1.1  施工流程

雨水花园施工流程：定位放线→土方开挖→铺防渗膜、敷设管道→摊铺碎石排水层→铺设透水土工织物→土工织物与防渗膜边缘黏结→铺设中粗砂过滤层→改良种植土回填→绿化种植→清理打扫→验收。

3.1.2  工艺原理

流入雨水花园内的雨水通过过滤层、排水层，渗入HDPE穿孔实壁渗排水管（开孔率1%～3%）后进入溢流集水井，再由接溢流集水井的排水管排至雨水井，起到调蓄、净化、补给地下水等作用。

3.1.3  施工控制要点

1）每个雨水花园土方开挖量不大，采用人工开挖和清底，开挖深度控制在±0.00 m以下950 mm，严禁超挖。开挖时按边坡1∶3放坡，并使绿地中的高地雨水和人行道雨水过渡放坡至雨水花园内。

2）排水层采用φ20～φ30 mm碎石摊铺（图2），厚度200 mm；过滤层采用φ0.1～φ4.0 mm的中粗砂铺设（图3），厚度50 mm，级配良好、质地坚硬。

图2 摊铺碎石排水层

图3 铺设中砂过滤层

3）透水土工织物铺设时应注意小心铺放、防止损坏，其边缘重叠宽度至少达150 mm。同时，透水土工织物与防渗膜衔接的周围一圈边缘部位采用专用防渗膜黏结剂进行黏结牢固。

4）雨水花园的溢流集水井沉泥深度控制在300 mm，其顶部雨水篦子相对标高为－0.15 m，排水能力控制在20 L/s。溢流集水井周围散铺卵石，溢流口采用φ200 mm的HDPE管将水排入雨水检查井。

5）铺设接雨水花园溢流井的穿孔管时，管道底部应夯实，并控制好穿孔管坡度，安装时不得有土块、树叶等杂物进入穿孔管中。

6）排水管道隐蔽工程在回填前进行无压力管道严密性试验。

7）改良种植土回填采用种植土混合适量的草炭灰、椰糠、松针土及含有有机质的腐殖质（图4），配合比为50%种植土＋30%营养土＋20%有机质，透水种植土的厚度控制在300 mm。改良种植土的材料配合比以及施工质量控制，将对以后雨水花园内绿化种植的生长起着关键作用（图5）。

图4 回填改良种植土

图5 雨水花园改造后实景

3.2 生态停车位改造

将小区原有停车位改造成生态停车位，采用厚220 mm透水水泥混凝土。透水水泥混凝土具有透水性好、强度高、吸声、耐磨防滑以及在暴雨时改善对城市水环境污染状况的优点。

构造要求：停车位面层向排水沟坡向1%，横向停车位中间设置绿地花台。排水沟底部宽度为200 mm，上口盖板宽度为300 mm，底部铺设厚20 mm的水泥砂浆防水层，为有效达到排水效果，纵向坡度为0.3%，排向低影响开发设施（图6）。

图6 生态停车位改造剖面结构示意

3.2.1 施工流程

凿除原有停车位草坪砖→测量放线→土方开挖→浇筑排水沟垫层→水泥砂浆防水层→砌筑排水沟、绿地花台→敷设管道→排水沟粉刷→摊铺碎石→透水水泥混凝土施工→彩色喷涂

3.2.2  施工控制要点

1）停车位中间设置的绿地花台由MU10砖砌筑而成（图7），宽度控制在800 mm，每个绿地花台内设置1根φ50 mm排水管，排向一侧的排水沟，绿地花台内铺设1层土工织物和卵石。

2）碎石层摊铺：摊铺前对中线、纵横断面高程、宽度进行测量复核，素土层表面清洁、无杂物。摊铺厚度220 mm，摊铺时先采用挖机进行初步推平，再配合人工辅助精平，并对边角部位进行填补（图8）。

图7 砌筑绿地花台

图8 摊铺碎石层

3）透水水泥混凝土摊铺：透水水泥混凝土摊铺分2次进行，基层为厚170 mm粗料，面层为厚50 mm细料，面层摊铺时间控制在基层初凝以前。摊铺时采用平板振动机振实整平，透水水泥混凝土经过振实整平后，采用专用抹平机械进行抹平，以使停车位表面平整美观（图9）。

图9 透水混凝土面层（彩色）

4）养护：在透水水泥混凝土施工完毕后应进行覆盖养护，洒水养护时间至少达到7 d以上。

3.3 净化调蓄设施

净化调蓄设施具有雨水收集、净化和调蓄的功能，主要由具有抗穿刺、抗裂、易于集泥的不排空容积的池体和无动力缓释器组成（图10、图11）。

3.3.1  工艺原理

其原理就是把雨水径流高峰时的流量暂留，等最大流量下降后，再从净化调蓄设施池内将收集的雨水慢慢排放，并通过无动力缓释器自动运行，将雨水净化后可控、有规划地利用。

图10 净化调蓄设施平面示意

图11 净化调蓄设施剖面构造示意

3.3.2  施工流程

土方开挖→铺设粗砂→净化调蓄设施池体、配水井安装→管道敷设→无动力缓释器安装→铺设土工织物→摊铺卵石层→回填土

3.3.3  施工控制要点

1）坑底粗砂层分2层铺设，底部1层铺设厚度150 mm，压实系数控制在0.85～0.90之间，上部1层铺设厚度100 mm，压实系数控制在0.95。

2）净化调蓄设施池体安装：池体底部基底以不小于1%的坡度坡向排泥井，池体内部为圆弧形，底部设有集泥槽，便于排泥（图12）。

3）净化调蓄设施池体顶部的盖板采用规格为1 078 mm×994 mm×38 mm的玻璃钢格栅板（图13），承载强度5 kN，保持30 s未影响使用功能。安装无动力缓释器位置的玻璃钢格栅板预留孔采用不锈钢方管加固，玻璃钢格栅板与净化设施池体固定牢固。

图12 安装净化调蓄设施池体安装

图13 安装玻璃钢格栅板

4）玻璃钢格栅板上铺设透水土工织物，透水土工织物应全面覆盖，再在土工织物上摊铺厚50 mm的卵石层（图14）。

5）为确保净化调蓄设施池体顶部的荷载满足设计要求，池体顶部种植土厚度控制在250 mm，超出部分采用轻密度陶粒填充。

3.4 调蓄净化明沟

调蓄净化明沟断面尺寸400 mm×600 mm，在新建明沟内安装无动力缓释器进行调蓄（图15）。

图14 铺设土工织物和卵石层

图15 调蓄明沟实景

3.4.1  工艺原理

调蓄净化明沟内收集的雨水，通过安装在明沟内集水井两侧的无动力缓释器调蓄净化后，排入明沟内的集水井，再由集水井排入就近雨水井中。

3.4.2  控制要点

1）调蓄净化明沟底部按0.5%坡向集水井。

2）调蓄净化明沟内集水井距调蓄盖板100 mm，设置400 mm×100 mm的溢流口。

3）调蓄净化明沟盖板采用成品塑钢透水盖板，尺寸为500 mm×500 mm×50 mm。

4 “海绵城市”改造设施维护

“海绵城市”改造完毕后，为使低影响开发改造设施正常运行并达到净化、调蓄等效果，应定期保养，确保其长期可持续地发挥功能。因此平时要做好日常检查、检测等工作，发现问题应及时进行维护。

4.1 雨水花园维护

1）当溢水口、进水口堵塞或积淤导致水流不畅时，应及时清理。

2）调蓄能力不足时应清除淤积物。

3）当雨水排空时间超过设计规定的36 h时，应置换表层种植土或树皮覆盖层。

4）当排水水质达不到要求时，应及时置换填料。

4.2 生态停车位维护

1）当生态停车位产生不均匀沉降现象时，应局部整修找平，当面层损坏时，应进行修补。

2）当生态停车位透水路面渗透能力明显降低时，应采用负压抽吸和冲洗措施，提高渗透能力。

4.3 调蓄净化设施维护

1）及时清理调蓄净化设施内部的集泥。

2）及时做好缓释出水管、溢流管、配水井、雨水井等清理工作。

5 结语

1）“海绵城市”改造不仅仅在小区内进行，还可以在广场、道路、公园、社会停车场等公共区域实施，这种理念为城市运行适应环境变化、应对暴雨造成的灾害，起到了规避洪峰、净化水质、收集纳蓄和循环利用的作用。但在土地资源日趋紧张的情况下，不可能将低影响开发设施无限制地进行改造，这就要求改造技术进一步提高，并做到因地制宜、合理规划、环保节能[5-7]。

2）“海绵城市”改造要重视前期对改造区域的地下管线、管道、设施等情况的仔细勘察、排摸，掌握尽可能详尽的情况。同时事先做好与改造区域居民的沟通协调，得到社会和居民的认可、支持，避免重复劳动，做到精准化改造。

3）“海绵城市”的建设，不只是通过对既有小区、广场、道路、公园、社会停车场等区域的后续改造来实施，政府部门和行业主管部门还可以在上述新建区域前期规划、设计阶段给予充分的通盘考虑，将“海绵城市”的建设融入到整体的开发建设中，对资源节约、合理规划、生态环境及技术应用均有较大好处。

4）本工程为上海临港地区“海绵城市”试点改造工程，在经验不足和缺乏相关理论依据等不利情况下，通过参建各方的共同努力，在改造过程中克服了种种困难，顺利地完成了改造，达到了预期效果。