濕陷性黃土地區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)探討

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

引言

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)能將蓄存的水“釋放”并加以利用，以提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能和減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生。

濕陷性黃土是指在上覆土層自重應(yīng)力作用下或在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土，屬于特殊土，有些雜填土也具有濕陷性。我國(guó)東北、西北、華中和華東部分地區(qū)的黃土(泛指黃土和黃土狀土)多具濕陷性。濕陷性黃土又分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土，有的老黃土不具濕陷性。濕陷性黃土的土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松。在未受水浸濕時(shí)，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較小。在一定壓力下受水浸濕時(shí)，土結(jié)構(gòu)會(huì)迅速破壞，產(chǎn)生較大的附加下沉，強(qiáng)度迅速降低。

在近幾年，全國(guó)幾十個(gè)城市進(jìn)行了海綿城市的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)。但是，濕陷性黃土地區(qū)的海綿城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)較少，本文依據(jù)相關(guān)規(guī)定，對(duì)處于濕陷性黃土地區(qū)的山西大學(xué)東山校區(qū)進(jìn)行海綿城市設(shè)計(jì)，以期為同類(lèi)工程提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

山西大學(xué)東山校區(qū)位于太原市東山地區(qū)，濕陷情況普遍存在。根據(jù)勘察探井土樣的濕陷性試驗(yàn)結(jié)果顯示，項(xiàng)目區(qū)第②層濕陷性粉土、第③層濕陷性粉土為該工程濕陷的主要土層。地基土主要由填土、黃土狀粉土及黃土狀粉質(zhì)黏土組成，屬濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)(中等)-Ⅲ級(jí)(嚴(yán)重)-Ⅳ級(jí)(很?chē)?yán)重)，濕陷類(lèi)型為自重Ⅱ級(jí)-自重Ⅳ級(jí)濕陷性黃土。

2 海綿設(shè)施下墊面的地基處理

由于該地區(qū)地形高差較大(大約為52.7 m)且場(chǎng)地內(nèi)分布有沖溝(沖溝深度為4～20 m)，整個(gè)場(chǎng)地的挖填方較大，同時(shí)場(chǎng)地為自重濕陷性場(chǎng)地，場(chǎng)地內(nèi)的道路、廣場(chǎng)、植草溝、下凹式綠地、雨水花園等海綿設(shè)施布置區(qū)域的地基均需采取消除濕陷性的措施進(jìn)行處理。綜合考慮場(chǎng)地內(nèi)地面、地層及經(jīng)濟(jì)性等因素，對(duì)建筑物以外的海綿設(shè)施區(qū)域內(nèi)均采用沖擊力為3 000 kN的強(qiáng)夯處理。依據(jù)DBJ04/T 312—2015《濕陷性黃土場(chǎng)地勘察及地基處理技術(shù)規(guī)范》第6.1.5條，確定海綿設(shè)施區(qū)域內(nèi)地基處理措施，植草溝和道路廣場(chǎng)部分處理厚度為5～6 m；對(duì)場(chǎng)地內(nèi)下凹式綠地、雨水花園區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)夯處理時(shí)，局部降低標(biāo)高進(jìn)行強(qiáng)夯，確?；子? m的非濕陷性土。

3 海綿城市設(shè)計(jì)方案

根據(jù)《太原市海綿城市建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》中5.1.16條“自重濕陷性黃土嚴(yán)禁選用雨水入滲設(shè)施”和GB 50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中5.2.4、5.2.6等條文的規(guī)定，地表雨水綜合利用設(shè)施距離建筑的距離應(yīng)>12～25 m。結(jié)合山西大學(xué)東山校區(qū)自重濕陷性黃土的地質(zhì)條件，以滿(mǎn)足海綿城市的建設(shè)要求為前提，以保證建筑及道路等基礎(chǔ)設(shè)施安全為目標(biāo)，設(shè)計(jì)方針對(duì)地面雨水綜合利用設(shè)施進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，更側(cè)重“滯、蓄、凈、用、排”等功能，將下凹綠地、雨水花園、植草溝等地表雨水綜合利用設(shè)施化整為零，并局部進(jìn)行防滲處理嚴(yán)格控制下滲；結(jié)合GB 50025—2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中防護(hù)距離的要求，遠(yuǎn)離建筑及主要道路基礎(chǔ)，謹(jǐn)慎布置下凹綠地及透水鋪裝，并有效控制其總面積。

由于濕陷性黃土地區(qū)海綿城市設(shè)施的“滲”功能受阻，在下凹式綠地、雨水花園等具有蓄水功能的海綿設(shè)施中充分發(fā)揮其“滯蓄調(diào)峰，自然凈化”的功能，將下凹式綠地、雨水花園從上向下依次設(shè)100～500 mm的蓄水層、300 mm厚的種植土層和300～500 mm厚的級(jí)配礫石層，在級(jí)配礫石層中布置DN200的滲水管。地面降水經(jīng)過(guò)種植土和級(jí)配礫石層的過(guò)濾，不但得到了自然凈化，更重要的是雨水通過(guò)種植土層和礫石層的緩慢下滲，大大延緩了雨水進(jìn)入市政雨水管網(wǎng)的時(shí)間，同時(shí)增加了下凹式綠地和雨水花園的單位面積蓄水量，蓄水量可達(dá)0.2～0.5 m3/m2。由此可見(jiàn)，對(duì)于濕陷性黃土地區(qū)的海綿城市設(shè)計(jì)，海綿設(shè)施的“滯”和“蓄”功能尤為重要。

4 自重濕陷性黃土條件下海綿設(shè)施的防滲措施

在確定海綿設(shè)施中的下凹式綠地和雨水花園的防滲設(shè)計(jì)方案時(shí)，防滲隔水層設(shè)計(jì)了兩種方案進(jìn)行比選。

方案一為剛性防水。隔水層采用“剛”性的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層從上至下依次為：內(nèi)部結(jié)構(gòu)防水(防水砂漿)、200～300 mm厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層、外粘高分子防水卷材。

方案二為柔性防水。隔水層采用“柔”性防水，從上至下依次為2 mm厚的“兩布一膜”(透水土工布、HDPE防水膜)、200 mm厚的黏土層。

若地基產(chǎn)生不均勻沉降，剛性防水層易產(chǎn)生裂縫、雨水下滲，容易造成更大面積的塌陷；而柔性防水層則不會(huì)產(chǎn)生較大的裂縫，即使產(chǎn)生裂縫，其裂縫也具有“自愈功能”。顯熱柔性防水功能優(yōu)于剛性防水。在該項(xiàng)目防滲隔水層設(shè)計(jì)時(shí)，選用了柔性防水層的做法。下凹式綠地和雨水花園的防滲措施如圖1和圖2所示。

圖1 下凹式綠地防滲措施示意圖

圖2 雨水花園防滲措施示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)山西大學(xué)東山校區(qū)自重濕陷性黃土的地質(zhì)條件，在進(jìn)行海綿城市方案設(shè)計(jì)時(shí)，下凹綠地、雨水花園、植草溝、透水鋪裝均嚴(yán)格控制下滲，防滲采用粘土和防滲膜結(jié)合的柔性防水方法。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了自重濕陷性黃土地區(qū)下滲功能受阻的技術(shù)難題，充分發(fā)揮出海綿設(shè)施“滯、蓄、凈”的功能，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的成功，證明在自重濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行海綿城市建設(shè)是可行的。