湿陷性黄土地区海绵城市设计探讨

(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030001)

引言

海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时能将蓄存的水“释放”并加以利用，以提升城市生态系统功能和减少城市洪涝灾害的发生。

湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下或在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，属于特殊土，有些杂填土也具有湿陷性。我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土(泛指黄土和黄土状土)多具湿陷性。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，有的老黄土不具湿陷性。湿陷性黄土的土质较均匀、结构疏松。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。在一定压力下受水浸湿时，土结构会迅速破坏，产生较大的附加下沉，强度迅速降低。

在近几年，全国几十个城市进行了海绵城市的规划、设计、建设。但是，湿陷性黄土地区的海绵城市建设经验较少，本文依据相关规定，对处于湿陷性黄土地区的山西大学东山校区进行海绵城市设计，以期为同类工程提供借鉴。

1 项目概况

山西大学东山校区位于太原市东山地区，湿陷情况普遍存在。根据勘察探井土样的湿陷性试验结果显示，项目区第②层湿陷性粉土、第③层湿陷性粉土为该工程湿陷的主要土层。地基土主要由填土、黄土状粉土及黄土状粉质黏土组成，属湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级(中等)-Ⅲ级(严重)-Ⅳ级(很严重)，湿陷类型为自重Ⅱ级-自重Ⅳ级湿陷性黄土。

2 海绵设施下垫面的地基处理

由于该地区地形高差较大(大约为52.7 m)且场地内分布有冲沟(冲沟深度为4～20 m)，整个场地的挖填方较大，同时场地为自重湿陷性场地，场地内的道路、广场、植草沟、下凹式绿地、雨水花园等海绵设施布置区域的地基均需采取消除湿陷性的措施进行处理。综合考虑场地内地面、地层及经济性等因素，对建筑物以外的海绵设施区域内均采用冲击力为3 000 kN的强夯处理。依据DBJ04/T 312—2015《湿陷性黄土场地勘察及地基处理技术规范》第6.1.5条，确定海绵设施区域内地基处理措施，植草沟和道路广场部分处理厚度为5～6 m；对场地内下凹式绿地、雨水花园区域进行强夯处理时，局部降低标高进行强夯，确保基底有2 m的非湿陷性土。

3 海绵城市设计方案

根据《太原市海绵城市建设技术导则》中5.1.16条“自重湿陷性黄土严禁选用雨水入渗设施”和GB 50025—2004《湿陷性黄土地区建筑规范》中5.2.4、5.2.6等条文的规定，地表雨水综合利用设施距离建筑的距离应>12～25 m。结合山西大学东山校区自重湿陷性黄土的地质条件，以满足海绵城市的建设要求为前提，以保证建筑及道路等基础设施安全为目标，设计方针对地面雨水综合利用设施进行了优化调整，更侧重“滞、蓄、净、用、排”等功能，将下凹绿地、雨水花园、植草沟等地表雨水综合利用设施化整为零，并局部进行防渗处理严格控制下渗；结合GB 50025—2004《湿陷性黄土地区建筑规范》中防护距离的要求，远离建筑及主要道路基础，谨慎布置下凹绿地及透水铺装，并有效控制其总面积。

由于湿陷性黄土地区海绵城市设施的“渗”功能受阻，在下凹式绿地、雨水花园等具有蓄水功能的海绵设施中充分发挥其“滞蓄调峰，自然净化”的功能，将下凹式绿地、雨水花园从上向下依次设100～500 mm的蓄水层、300 mm厚的种植土层和300～500 mm厚的级配砾石层，在级配砾石层中布置DN200的渗水管。地面降水经过种植土和级配砾石层的过滤，不但得到了自然净化，更重要的是雨水通过种植土层和砾石层的缓慢下渗，大大延缓了雨水进入市政雨水管网的时间，同时增加了下凹式绿地和雨水花园的单位面积蓄水量，蓄水量可达0.2～0.5 m3/m2。由此可见，对于湿陷性黄土地区的海绵城市设计，海绵设施的“滞”和“蓄”功能尤为重要。

4 自重湿陷性黄土条件下海绵设施的防渗措施

在确定海绵设施中的下凹式绿地和雨水花园的防渗设计方案时，防渗隔水层设计了两种方案进行比选。

方案一为刚性防水。隔水层采用“刚”性的钢筋混凝土结构，结构层从上至下依次为：内部结构防水(防水砂浆)、200～300 mm厚的钢筋混凝土结构层、外粘高分子防水卷材。

方案二为柔性防水。隔水层采用“柔”性防水，从上至下依次为2 mm厚的“两布一膜”(透水土工布、HDPE防水膜)、200 mm厚的黏土层。

若地基产生不均匀沉降，刚性防水层易产生裂缝、雨水下渗，容易造成更大面积的塌陷；而柔性防水层则不会产生较大的裂缝，即使产生裂缝，其裂缝也具有“自愈功能”。显热柔性防水功能优于刚性防水。在该项目防渗隔水层设计时，选用了柔性防水层的做法。下凹式绿地和雨水花园的防渗措施如图1和图2所示。

图1 下凹式绿地防渗措施示意图

图2 雨水花园防渗措施示意图

5 结语

针对山西大学东山校区自重湿陷性黄土的地质条件，在进行海绵城市方案设计时，下凹绿地、雨水花园、植草沟、透水铺装均严格控制下渗，防渗采用粘土和防渗膜结合的柔性防水方法。通过优化设计，解决了自重湿陷性黄土地区下渗功能受阻的技术难题，充分发挥出海绵设施“滞、蓄、净”的功能，该项目设计的成功，证明在自重湿陷性黄土地区进行海绵城市建设是可行的。