探討:海綿城市雨水滲井系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵問題
雨水滲井是我國古代城鎮(zhèn)曾經(jīng)通用的排水技術(shù)之一,在當(dāng)代新型城市雨洪管理理念革新背景下有了新的發(fā)展與應(yīng)用需求。針對傳統(tǒng)雨水滲井設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)定量分析、粗獷建設(shè)等問題,系統(tǒng)梳理國家海綿城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合理論研究與工程實(shí)踐,圍繞雨水滲井選型、規(guī)模計(jì)算、結(jié)構(gòu)與填料設(shè)計(jì)、預(yù)處理設(shè)計(jì)及施工等環(huán)節(jié)總結(jié)探討,提出改進(jìn)建設(shè)思路、加強(qiáng)跨學(xué)科研究的建議。
雨水滲井作為我國海綿城市建設(shè)“滲、滯、蓄、凈、用、排”技術(shù)體系中專用滲透類雨水設(shè)施,可實(shí)現(xiàn)匯水區(qū)雨水速滲,有效削減徑流總量與峰值,緩解排水壓力,涵養(yǎng)地下水源,在豎向改造難度大的城市低洼區(qū)或管網(wǎng)不健全、排水無出路地區(qū)具有重要工程應(yīng)用價(jià)值。2014年,住建部頒布《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》,闡述了雨水滲井概念及典型構(gòu)造,但對不同應(yīng)用場景下雨水滲井系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工缺少具體方法指引,國家層面暫無專門規(guī)范借鑒,各地建設(shè)缺乏標(biāo)準(zhǔn),質(zhì)量參差不齊。目前,一些地區(qū)主要參照河床取水滲井、公路排水滲井、工程降(排)水井等專利、文獻(xiàn)資料設(shè)計(jì)建造,對雨水滲井在排水防澇體系中作用、徑流調(diào)控機(jī)制與滲井結(jié)構(gòu)關(guān)系缺乏系統(tǒng)研究。傳統(tǒng)滲井大多利用天然河砂、碎石、建筑垃圾骨料等作填料,強(qiáng)調(diào)“水量速滲”,忽視“水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)控制”,同樣缺乏深入探究。為此,筆者通過國家海綿城市試點(diǎn)建設(shè)調(diào)研,總結(jié)團(tuán)隊(duì)實(shí)踐研究成果,圍繞雨水滲井分類選型、規(guī)模計(jì)算、結(jié)構(gòu)與填料設(shè)計(jì)、施工方法等進(jìn)行探討,旨為適宜地區(qū)雨水滲井建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)參考。
1 雨水滲井分類及適用場景
Rainwater seepage well
系統(tǒng)梳理我國各地雨水滲井建造形式,按其屬性特征可分為:
結(jié)構(gòu)與滲流方式:垂直入滲式、輻射滲透式、滲排一體式(見圖1);
井體材料:磚(石)砌式、鋼筋混凝土式、塑料式、硅砂混凝土式、鋼波紋管式、玻璃鋼管式等;
填料類型:砂石滲井、建筑再生骨料滲井、人工改性填料滲井;
布設(shè)形式:單井式、井群式。各類滲井技術(shù)特性及適用條件如圖1所示。
圖1 雨水滲井典型結(jié)構(gòu)與滲流方式
工程設(shè)計(jì)中,雨水滲井徑流調(diào)控作用會(huì)因其所處排水防澇體系位置的不同而異。筆者從海綿城市“源頭減排-過程控制-系統(tǒng)治理”三段式雨水系統(tǒng)構(gòu)建角度出發(fā),將雨水滲井劃分為:源頭減排滲井、過程控制滲井和終端消納滲井(見圖2)。源頭減排滲井適用于小區(qū)、廣場等產(chǎn)匯流源頭地塊下墊面徑流削減;過程控制滲井主要用于排水區(qū)市政雨水管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的中途削峰,減輕下游管網(wǎng)排水壓力;終端消納滲井則用于排水系統(tǒng)末端雨水集中削減。
雨水滲井設(shè)計(jì)選型時(shí),應(yīng)根據(jù)其系統(tǒng)功能定位、匯水區(qū)特征(降雨特征、匯水面積、下墊面污染水平)、擬建場地工程地質(zhì)(穩(wěn)定性、承載力)、水文地質(zhì)(地下水埋深、土壤滲透性)及周邊建構(gòu)筑物基礎(chǔ)埋設(shè)條件等,由圖3經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。工程選址時(shí)注意:
擬建場地及匯水區(qū)內(nèi)不得有有毒有害物質(zhì)生產(chǎn)、儲(chǔ)存與堆放場所;
地下水源井周邊30 m范圍不得建設(shè)雨水滲井,范圍外選址時(shí)應(yīng)避開補(bǔ)給區(qū)并評估污染風(fēng)險(xiǎn);
擬建場地適宜性評價(jià)應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)資料,分析地層穩(wěn)定性、承載力,同時(shí)進(jìn)行水文地質(zhì)勘察,分層(分段)開展注水試驗(yàn) ,評判地下水以上土體滲透性;
雨水滲井設(shè)置于建筑小區(qū)時(shí),距離建筑物基礎(chǔ)水平距離應(yīng)≥5m;
應(yīng)用于存在徑流污染、設(shè)施底部距離季節(jié)性最高地下水位<1.5m或距離建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)水平距離<5m區(qū)域時(shí),應(yīng)采取預(yù)凈化、防滲等措施防止污染及次生災(zāi)害;
濕陷性黃土場地滲井建設(shè)應(yīng)經(jīng)專門論證;濕陷等級(jí)低、土層薄的非自重濕陷場地,可考慮貫穿式滲井結(jié)構(gòu);
地下水位過高且徑流污染嚴(yán)重、地下水保護(hù)嚴(yán)格地區(qū),易坍塌、滑坡等不良地質(zhì)區(qū),高等級(jí)、大厚度自重濕陷性黃土區(qū),土壤滲透性嚴(yán)重不良且開挖處理成本過高地區(qū)不適合建設(shè)。
圖3 雨水滲井分類及適用場景
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
Rainwater seepage well
2.1 規(guī)模計(jì)算
2.1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)水量
目前,雨水滲井設(shè)計(jì)進(jìn)水量(Vc)算法較多,易出現(xiàn)未考慮其排水系統(tǒng)中功能定位,混淆使用,導(dǎo)致規(guī)模偏大/小的情形。筆者建議分3種情況:
(1)用于雨水源頭減排目標(biāo)時(shí),宜按式(1)計(jì)算:
式中 Vc1——設(shè)計(jì)進(jìn)水量,m3;
H——場地年徑流總量控制率對應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量,mm;
φc——匯水區(qū)綜合雨量徑流系數(shù);
F——雨水滲井匯水面積(含自身),hm2。
(2)用于雨水峰值(管道洪峰流量)削減目標(biāo)時(shí),可按式(2)估算:
式中 Vc2——設(shè)計(jì)進(jìn)水量(調(diào)節(jié)削減水量),m3;
μ——脫過系數(shù),雨水滲井下游出水管道設(shè)計(jì)流量與上游進(jìn)水管道設(shè)計(jì)流量之比;
Qi——雨水滲井上游管道設(shè)計(jì)流量,m3/min;
b、n——當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度公式參數(shù);
t——降雨歷時(shí),min。
(3)用于項(xiàng)目/區(qū)域雨水終端消納時(shí),可按項(xiàng)目/區(qū)域室外排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期對應(yīng)暴雨強(qiáng)度計(jì)算,見式(3):
式中 Vc3——設(shè)計(jì)進(jìn)水量,m3;
A1、C——當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度公式參數(shù);
P——室外排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期;
ψc——匯水區(qū)綜合流量徑流系數(shù);
tc——設(shè)計(jì)降雨歷時(shí),min,一般≤120min。
2.1.2 設(shè)計(jì)滲透量
設(shè)計(jì)時(shí),忽略雨水非飽和—飽和入滲變化過程及其各向異性,基于達(dá)西定律計(jì)算見式(4):
式中 Wi——滲井滲透量,m3;
δ——安全系數(shù),宜取0.5~0.8,匯水區(qū)下墊面易積淀泥沙、塵土?xí)r,取低值,較潔凈時(shí),取高值;
K——滲透土層飽和滲透系數(shù),m/s;
J——水力坡度,一般取1;
A——滲井有效滲透面積,水平滲透面按投影面積算,豎直滲透面按1/2設(shè)計(jì)水位高度計(jì)算,m2;
ti——入滲歷時(shí),min。
式(4)中,K應(yīng)以現(xiàn)場注水試驗(yàn)確定??辈鞎r(shí),實(shí)測滲井底部及周邊土壤滲透速率應(yīng)≥5×10-6m/s,宜在6×10-5~6×10-4m/s(中粗砂滲透系數(shù)區(qū)),不宜超過1×10-3m/s(無足夠停留時(shí)間凈化)。對于地下水以上可滲透成層土(飽和含水),其等效滲透系數(shù)可按式(5)計(jì)算:
式中 Ke——滲透土層等效滲透系數(shù),m/s;
hp——滲透土層上方蓄水深度,m;
hj——土層j厚度,m;
kj——土層j滲透系數(shù),m/s。
式(4)中,ti取值分兩種情形:①匯水面徑流通過滲井快速下滲且不允許周邊積水時(shí),應(yīng)按當(dāng)?shù)囟嗄昶骄涤隁v時(shí)取值,一般取2~3 h;②匯水面徑流量大且允許滲井周邊存在積蓄滯區(qū),雨后一定時(shí)間完成排空時(shí),可取12~48 h。
2.1.3 設(shè)計(jì)儲(chǔ)存容積及有效滲透面積
(1)雨水滲井頂部設(shè)有蓄水空間時(shí),其有效儲(chǔ)存容積可按式(6)、式(7)計(jì)算:
(2)滲井頂部不設(shè)滯蓄空間或很小時(shí):Vt=0,其有效儲(chǔ)存容積Vs等于填料孔隙儲(chǔ)水容積,有效滲透面積按忽略Vs后的式(8)計(jì)算。
根據(jù)進(jìn)水流量與土壤滲透速率校核Vs、A,結(jié)合滲透土層埋深、進(jìn)出水管標(biāo)高、填料厚度與孔隙率分配滲井頂部和填料內(nèi)部蓄水容積;結(jié)合滲井結(jié)構(gòu)及貫入滲透土層深度,分配有效滲透面積,垂直入滲井按井底滲透面積疊加井壁開孔面積分配,輻射滲透井按井底滲透面積疊加水平滲透管開孔面積分配。開孔孔徑、開孔率還應(yīng)經(jīng)結(jié)構(gòu)專業(yè)校核。
2.2 結(jié)構(gòu)與填料設(shè)計(jì)
2.2.1 結(jié)構(gòu)與材料
根據(jù)上述計(jì)算初步確定雨水滲井內(nèi)徑及深度,井壁結(jié)構(gòu)與材質(zhì)應(yīng)考慮擬建場地地質(zhì),經(jīng)結(jié)構(gòu)演算確定。一般情況下,源頭減排滲井多采用垂直入滲或輻射滲透式,過程控制與終端消納滲井采用滲排一體或垂直入滲式。輻射滲透式滲井多采用磚砌,滲排一體式滲井多采用塑料成品井,垂直入滲式滲井可采用磚砌、鋼筋混凝土、鋼波紋管或玻璃鋼管等形式。磚砌式滲井要求地基承載力穩(wěn)定、不易沉降,結(jié)構(gòu)抗剪性能可承受側(cè)壁土壓(無配筋磚砌體結(jié)構(gòu)抗側(cè)壁土壓力弱,工程實(shí)踐中,井體上部易擾動(dòng)土層可結(jié)合放坡,設(shè)計(jì)成倒梯臺(tái)“”結(jié)構(gòu)),井壁厚度≥240 mm,結(jié)構(gòu)深度宜≤6 m,不適用于軟土、高地下水位等地區(qū)。磚砌輻射滲井(見圖2b)輻射滲透管敷設(shè)坡度宜≥2%,扇形布置,4~8根/層,管長根據(jù)排水量確定,管徑宜≥150 mm,開孔孔徑宜為8~12 mm,采用PE、PVC-U等塑料管材時(shí),開孔率宜為1.5%~3%。滲透管外圍可填充1.5~2倍管徑厚度的礫/碎石層(粒徑>開孔孔徑),并用透水土工布包裹。
鋼筋混凝土滲井抗壓強(qiáng)度高、抗浮性強(qiáng)、耐久性好、自重大,深度適用廣(幾米至幾十米),井徑、井壁厚度應(yīng)滿足下沉深度、強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性(抗滑、抗浮、抗傾)要求,符合《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 191)規(guī)定。團(tuán)隊(duì)運(yùn)用ABAQUS軟件,模擬不同工況下(不同井徑、壁厚、埋深、開孔率)應(yīng)力場,推求結(jié)構(gòu)最大拉力值,依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010)配筋計(jì)算,獲取保證鋼筋混凝土滲井安全的參數(shù)值。鋼筋混凝土垂直滲井(見圖2a)井底與井壁開孔區(qū)宜填充碎石滲透層,滲透層高度與開孔區(qū)高度一致,外包透水土工布或整體設(shè)為級(jí)配反濾結(jié)構(gòu)。
塑料滲井多采用PE或PP成品井,自重輕,占地小,抗浮性弱,井徑一般≤1.5m,結(jié)構(gòu)深度≤7m,井壁采用實(shí)壁或帶肋結(jié)構(gòu),壁厚、材料性能應(yīng)符合《市政排水用塑料檢查井》(CJ/T 326)規(guī)定,開孔后井筒環(huán)剛度應(yīng)滿足抗側(cè)壁土壓要求。滲排一體式塑料滲井(圖2c)井內(nèi)應(yīng)設(shè)0.3m沉沙室,井間距≤150倍滲管管徑,滲管管徑、敷設(shè)坡度(宜1%~2%)應(yīng)滿足雨水排放流量要求。
除以上典型結(jié)構(gòu)外,近年來,鋼波紋管、硅砂混凝土等材料也被用于雨水滲井建造。鋼波紋管滲井采用熱軋鋼板波形鋼片拼接而成,井徑、井深適用廣,適應(yīng)地基變形能力強(qiáng),自重小,可用于軟土、膨脹土區(qū)域。硅砂混凝土滲井采用具有透水功能(透水系數(shù)≥2.5×10-4m/s)的硅砂砌塊砌筑而成,無須結(jié)構(gòu)開孔,適用于小區(qū)、公園等徑流水質(zhì)良好(低濁)地區(qū)的小深度滲井,材料性能及強(qiáng)度等應(yīng)符合《硅砂雨水利用工程技術(shù)規(guī)程》(CECS 381)規(guī)定,寒冷地區(qū)應(yīng)用時(shí)須滿足抗凍要求。
此外,實(shí)踐還應(yīng)考慮場地空間、工期(磚砌式、現(xiàn)澆鋼筋混凝土式>預(yù)制鋼筋混凝土式、鋼波紋管式>塑料式)、造價(jià)(鋼筋混凝土式>磚砌式>鋼波紋管式>塑料式)、使用壽命等因素,綜合比選后確定結(jié)構(gòu)方案。團(tuán)隊(duì)在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,集成相關(guān)技術(shù)優(yōu)點(diǎn),提出一種組合式雨水滲井結(jié)構(gòu)(見圖4)。
該結(jié)構(gòu)由上端濾料池(集中凈化區(qū))與下部泄水管組合而成。濾料池設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土或鋼波紋管,池底向泄水管方向找坡;泄水管根據(jù)泄水量要求布設(shè)單根或多根,采用玻璃鋼管、鋼波紋管等套接下沉。泄水管壁厚滿足抗側(cè)向土壓要求,穿越滲透不良土層或濕陷性黃土層時(shí),側(cè)壁不開孔,貫入砂層部分開孔。該結(jié)構(gòu)采用“小深度,同管徑;大深度,分段變換管徑(上大下?。钡慕Y(jié)構(gòu)力學(xué)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì),有利于不同埋深、材質(zhì)滲井性能互補(bǔ)發(fā)揮,減少結(jié)構(gòu)耗材及開挖成本,節(jié)省投資。凈化與滲排分體式設(shè)計(jì)也便于后期堵塞、污染后集中維護(hù),降低運(yùn)維成本。目前已在西咸新區(qū)多個(gè)海綿型建筑小區(qū)推廣應(yīng)用。
2.2.2 填料
填料是雨水滲井設(shè)計(jì)又一關(guān)鍵,既要滿足速滲,又須規(guī)避地下水污染。設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量、排空時(shí)間、包氣帶深度及地下水保護(hù)目標(biāo)等綜合確定填料厚度、類型、粒徑組成等參數(shù)。
雨水滲井填料厚度(hf)理論最大值為整個(gè)井深(即地表至滲井底以上包氣帶深度,井底貫入滲透土層深度應(yīng)≥側(cè)壁滲透區(qū)高度)。設(shè)計(jì)時(shí),考慮到相鄰場次降雨排空要求,填料厚度應(yīng)滿足式(9):
雨水速滲同時(shí)可能引發(fā)地下水污染,因此,填料厚度須滿足污染凈化需要?,F(xiàn)行《建筑與小區(qū)雨水控制與利用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“井底滲透面距地下水位距離不應(yīng)小于1.5m”,是基于填料與滲透土層協(xié)同凈化考慮,未考慮匯水區(qū)污染類型及水平。因此應(yīng)盡量讓污染集中于填料區(qū),減少向地下水上方滲透土層遷移(污染修復(fù)代價(jià)大)。為此,可通過進(jìn)水目標(biāo)污染物濃度與地下水水質(zhì)限值要求,確定滲井水質(zhì)控制最小填料厚度hf-min。鑒于徑流污染特征及填料多樣性,建議用以下方式確定hf-min:
采用等溫吸附實(shí)驗(yàn)確定目標(biāo)污染物飽和吸附量,通過設(shè)計(jì)進(jìn)水流量、使用年限等確定填料對目標(biāo)污染物吸附能力基準(zhǔn),結(jié)合吸附量實(shí)測值與基準(zhǔn)值估算填料厚度;
搭建不同填料厚度土工模型,通過實(shí)際雨水或模擬配水試驗(yàn)確定不同填料厚度徑流污染削減效率,推算達(dá)到凈化目標(biāo)填料厚度;
搭建固定填料厚度土工模型,用實(shí)際雨水或模擬配水試驗(yàn)確定污染削減效率,建立HYDRUS等模型,模擬確定最優(yōu)厚度。
綜上,確定滲井填料厚度hf∈[hf-min,hf-max)。
徑流污染削減效果還與填料類型、粒徑及滲透速率有關(guān)。傳統(tǒng)速滲為主的雨水滲井,填料多采用粗粒徑、單一組分礫石或建筑骨料。匯水區(qū)存在污染、地下水保護(hù)嚴(yán)格時(shí),筆者建議采用中粗砂填料或改良填料(基本填料+改良劑)?;咎盍弦艘灾猩埃?.35~0.50mm)、粗砂(0.50~2mm)為主,改良劑選用強(qiáng)吸附性材料,根據(jù)滲井進(jìn)水污染特征確定。團(tuán)隊(duì)通過分析海綿鐵、高爐渣、沸石等改良劑特性,采用混合填料濾柱試驗(yàn),比較不同進(jìn)水流量(0.5a、1a、2a 重現(xiàn)期,歷時(shí)90min,匯流比1∶150)、不同進(jìn)水污染濃度(見表1)等9種工況下,基本填料與改良劑摻混比例(見表2)、改良劑類型對滲井滲透性能及凈污效果的影響。
表2 雨水滲井填料配比(體積比)方案
結(jié)果(見圖5)表明:
添加海綿鐵可顯著提高TP、NO-3-N、Zn去除,添加活化沸石可提高NH3-N去除,添加高爐渣可提高NH3-N、Cu去除;
試驗(yàn)條件下,體積比 90%基本填料+5%高爐渣+5%沸石對COD削減效果最好,90%基本填料+10%海綿鐵對NO-3-N、TP削減效果最好,90%基本填料+10%沸石或90%基本填料+5%高爐渣+5%沸石對NH3-N、TN削減效果較好,90%基本填料+5%海綿鐵+5%高爐渣對Cu、Zn、Cd削減效果最好;
改良劑添加比例由10%增至30%~45%時(shí),反應(yīng)原料、吸附點(diǎn)位、陽離子交換量增加,但同時(shí)提高了混合填料滲透速率,徑流污染接觸反應(yīng)時(shí)間縮短,綜合削減率提升不大且原材料成本增加。
實(shí)踐中,匯水區(qū)徑流污染輕(如小區(qū)、公園),滲井以速滲為主時(shí),基本填料宜選0.50~2 mm粗砂,改良劑可選粒徑較大的火山石、陶粒、高爐渣等以5%~10%體積比摻混;徑流污染較重,滲井兼具速滲和凈污功能時(shí),宜選0.35~0.5mm中砂做基本填料,同時(shí)宜選粒徑小、凈化能力強(qiáng)的海綿鐵、活化沸石、麥飯石等材料以10%~20%體積比摻混,結(jié)合填料厚度設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)。
2.3 附屬設(shè)施設(shè)計(jì)
2.3.1 預(yù)處理設(shè)施
上述試驗(yàn)為評價(jià)不同配比填料凈污效能,采用了較高配水濃度(較長雨前干燥期才出現(xiàn)的負(fù)荷)。實(shí)踐中,徑流污染較重時(shí),不宜由滲井承擔(dān)全部污染削減,而是通過前端預(yù)處理設(shè)施控制進(jìn)水水質(zhì),降低填料堵塞污染頻率及運(yùn)維成本。
雨水滲井預(yù)處理工藝可分為灰色和綠色兩類。城市徑流可生化性差,一般不適合生化法處理。傳統(tǒng)灰色工藝主要采取攔污沉淀、棄流、過濾等單一或組合方式,根據(jù)進(jìn)水水量水質(zhì)、處理目的及場地空間確定(見圖6)。攔污一般采用格柵、截污掛籃等設(shè)施,攔截樹葉、垃圾,沉淀泥沙。棄流主要采用容積法、水流切換法等對存在初期沖刷、污染負(fù)荷較高的早期徑流予以棄除,常用雨落管棄流、液位式/雨量式自控棄流設(shè)施,棄流量根據(jù)匯水面實(shí)測COD、SS等污染物濃度確定,無資料時(shí),屋面、地面分別采用2~3 mm、3~5 mm厚度棄流。成品棄流設(shè)施規(guī)格、構(gòu)造及自控等技術(shù)參數(shù)根據(jù)處理量、維護(hù)要求與廠家共同確認(rèn)。經(jīng)攔污、棄流處理后,可結(jié)合雨水回用設(shè)置過濾設(shè)施進(jìn)一步降低污染負(fù)荷,常見有精密濾網(wǎng)過濾或簡易介質(zhì)過濾。在此,需特別強(qiáng)調(diào)的是雨水滲井本身也是處理設(shè)施,應(yīng)權(quán)衡其建設(shè)使用與預(yù)處理設(shè)施投入關(guān)系,不宜照搬傳統(tǒng)混凝沉淀、濾池過濾、膜濾等工藝,增加建設(shè)運(yùn)維成本同時(shí),也因過度處理失去滲井建設(shè)意義。實(shí)踐中,應(yīng)結(jié)合匯水區(qū)污染特征、填料凈化能力、出水水質(zhì)及地下水環(huán)境容量,設(shè)定滲井進(jìn)水水質(zhì)控制目標(biāo),由預(yù)處理設(shè)施分擔(dān)匯水區(qū)與滲井進(jìn)水端污染負(fù)荷差值,以此確定預(yù)處理工藝及設(shè)施規(guī)模。
設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)滲井匯水區(qū)下墊面性質(zhì)、豎向,結(jié)合子匯水區(qū)劃分,合理布置綠色雨水設(shè)施,綜合測算綠色雨水設(shè)施系統(tǒng)對匯水區(qū)徑流污染削減程度。根據(jù)滲井進(jìn)水水質(zhì)控制目標(biāo),結(jié)合匯水區(qū)基底徑流污染特征,優(yōu)化確定綠色雨水預(yù)處理設(shè)施規(guī)模。
實(shí)踐中也可采取初期棄流/沉淀+生物滯留等灰-綠設(shè)施結(jié)合方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)處理目標(biāo)。須強(qiáng)調(diào)的是,預(yù)處理并非萬能,醫(yī)院、垃圾場站等傳染性疾病、嚴(yán)重化學(xué)污染場所不得設(shè)置雨水滲井。
2.3.2 其他附屬設(shè)施
除預(yù)處理設(shè)施外,雨水滲井附屬設(shè)施還包括溢流口/管/通道、爬梯、檢修孔、防墜落裝置、警示標(biāo)志等。
①過程控制滲井(削峰調(diào)節(jié))應(yīng)設(shè)溢流通道與下游管網(wǎng)銜接;源頭減排與終端消納滲井按需設(shè)置溢流口。溢流口/管/通道過流能力不應(yīng)低于設(shè)計(jì)最大進(jìn)水流量;溢流標(biāo)高應(yīng)根據(jù)滲井調(diào)節(jié)容積、下游管網(wǎng)/河道水位標(biāo)高等確定,溢流口/管處應(yīng)設(shè)置濾網(wǎng)以防堵塞。
②滲井頂部蓄水深度>1m時(shí),應(yīng)設(shè)置踏步或爬梯(可參考97S501、02S515、14S501等國家標(biāo)準(zhǔn)圖集設(shè)計(jì)),以便檢修養(yǎng)護(hù);有頂蓋的滲井應(yīng)設(shè)檢修孔(可參考05S804國家標(biāo)準(zhǔn)圖集設(shè)計(jì))。
③為防止非工作人員或動(dòng)物墜入,大深度滲井周邊應(yīng)設(shè)置防護(hù)網(wǎng)、井口防墜網(wǎng)及警示標(biāo)志。
3 系統(tǒng)施工
Rainwater seepage well
粗獷施工是導(dǎo)致雨水滲井功能低下重要因素。雨水滲井施工時(shí),應(yīng)根據(jù)滲井結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、埋深、土壤地質(zhì)等,選用明挖法或沉井法。一般情況下,深度<10m,無不良地質(zhì),土層穩(wěn)定的開闊場地,可采用明挖法;大深度滲井宜用沉井法。磚砌滲井、塑料滲井、鋼筋混凝土滲井等可采用明挖法,預(yù)制鋼筋混凝土、玻璃鋼管、鋼波紋管等成品井可采用沉井法(參照《沉井與氣壓沉箱施工規(guī)范》(GB/T 51130)。
總結(jié)傳統(tǒng)雨水滲井施工中質(zhì)量通病和易忽視細(xì)節(jié),強(qiáng)調(diào):
(1)土方開挖與地基處理:應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、地下水位、井室斷面、荷載條件等制定基坑支護(hù)方案;機(jī)械開挖不得擾動(dòng)井底原狀地基土,預(yù)留200~300mm土層由人工開挖至設(shè)計(jì)高程整平;驗(yàn)槽時(shí),應(yīng)采用雙環(huán)法或單環(huán)法復(fù)測土基滲透系數(shù);根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)置中粗砂或碎石墊層,嚴(yán)禁使用灰土等不透水墊層;開挖時(shí),井邊預(yù)留填充滲透層位置。
(2)主井施工:
①磚砌式滲井:應(yīng)符合《砌體工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50203)規(guī)定;輻射管與主井同步施工且隨砌隨安裝;輻射管兩側(cè)礫石層對稱鋪設(shè),避免管道產(chǎn)生位移;井室四周應(yīng)分層對稱回填,每層≤300mm,采用人工回填、夯實(shí),嚴(yán)禁使用機(jī)械推土滾壓。
②鋼筋混凝土滲井:應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204)規(guī)定;現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)應(yīng)分層澆圈、連續(xù)澆筑,養(yǎng)護(hù)后分層回填;預(yù)制結(jié)構(gòu)安裝前做好構(gòu)件復(fù)驗(yàn)與裂縫鑒定。
③成品滲井(鋼波紋管、玻璃鋼、塑料):運(yùn)輸?shù)跹b中避免碰撞損壞;回填時(shí)沿井體分4~6個(gè)位置對稱回填,避免側(cè)壓不均造成井壁變形,實(shí)時(shí)觀測井體、接管變形。
④其他:隨時(shí)用經(jīng)緯儀、鋼尺等觀測校正滲井垂直度,控制偏斜量;注意保護(hù)基底滲透層,避免堵塞污染;嚴(yán)密監(jiān)測周圍建構(gòu)筑物及管線沉降、變形,采取保護(hù)措施;進(jìn)、出水管等附件安裝完成后須校準(zhǔn)位置偏差。
(3)功能驗(yàn)收:施工完畢后,應(yīng)飽和注水觀測滲井進(jìn)出水及整體下滲情況(滿足設(shè)計(jì)要求或大于地勘注水試驗(yàn)均值),不得缺失。
4 結(jié)語與展望
Rainwater seepage well
雨水滲井作為我國海綿城市技術(shù)體系代表性措施之一,是一項(xiàng)涉及多專業(yè)協(xié)同的系統(tǒng)工程。針對各地實(shí)踐生搬硬套,缺乏研究支撐,建成后運(yùn)行效率低、生命周期短、地質(zhì)災(zāi)害與污染頻發(fā)等問題,建設(shè)思路應(yīng)由“單井設(shè)計(jì)”向“匯水區(qū)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)”轉(zhuǎn)變、“地質(zhì)適宜性”向“地質(zhì)、環(huán)境長期適應(yīng)性”轉(zhuǎn)變、“水量速滲”向“灰綠結(jié)合,水量水質(zhì)調(diào)控并重”轉(zhuǎn)變,重視建設(shè)前匯水區(qū)評估與建成后運(yùn)行效果、沉降變形等觀(監(jiān))測跟蹤。加強(qiáng)水專業(yè)與巖土、結(jié)構(gòu)、材料等專業(yè)對話,關(guān)注不同水文地質(zhì)條件下雨水滲井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適宜性研究、滲井工藝參數(shù)基礎(chǔ)試驗(yàn)與經(jīng)濟(jì)高效抗衰減填料研發(fā)、雨水集中入滲回灌對地下水涵養(yǎng)及水環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境等長期影響模擬預(yù)測與風(fēng)險(xiǎn)評估等研究方向,持續(xù)改進(jìn)雨水滲井設(shè)計(jì)、施工與維護(hù)方法。為科學(xué)推廣海綿城市雨洪控制與資源化理念夯實(shí)技術(shù)保障。
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