中環(huán)快速路海綿工程質(zhì)量調(diào)查及研究

方 燕，龔金龍，樊綠葉，馮 謙

（1.昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 昆山 215337；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

現(xiàn)階段海綿城市項目的建設(shè)仍以設(shè)計和施工為主，缺乏工程建設(shè)后的運維管理［1］。對已建成的海綿城市工程定期開展現(xiàn)狀評估，加強相關(guān)設(shè)施的維護和管養(yǎng)，是海綿城市項目發(fā)揮預(yù)期作用的重要保障［2，3］。昆山市中環(huán)快速路是全國率先結(jié)合海綿城市技術(shù)建設(shè)的高架快速路，于 2015 年通車運營，同時投入使用配套的 586 個海綿設(shè)施。本文開展現(xiàn)場調(diào)查，從雨水徑流匯入雨水口、雨水經(jīng)管道轉(zhuǎn)輸進入消能井和生物滯留池、滯留池自身結(jié)構(gòu)功能等全過程分析海綿設(shè)施運行現(xiàn)狀，針對發(fā)現(xiàn)的問題，提出有效可行的建議，為相關(guān)海綿城市工程的運維提供參考。

1 調(diào)查背景

昆山中環(huán)快速路穿越昆山市中心城區(qū)核心區(qū)域（見圖 1），由東線黃浦江路、南線國道 G312、西線江浦路、北線省道 S339 組成，全長約 44.2 km，涉及景觀面積3.2 km2，圍合面積達 78 km2（見圖 2）。其中央高架橋為雙向六車道，寬 24 m，兩側(cè)地面車行道、非機動車道寬 9 m。沿線河道眾多，水系豐富，主要有婁江、青陽港、張家港、小澞河等，海綿設(shè)施共計約 568 處，主要類型為生物滯留池、人工濕地等。

圖1 昆山中環(huán)快速路區(qū)位圖

圖2 昆山中環(huán)快速路周邊水系

2 調(diào)查方案

2.1 抽樣調(diào)查路段

在中環(huán)東南西北四條線路問題反映較多的路段進行抽樣調(diào)查，其中東線選取昆嘉路-景王路段、西線選取蕭林路-前進路段、南線選取金蝶路—郁金香路段，北線選取長江路—青陽路段。各路段均包含海綿設(shè)施 20 個，總計抽樣數(shù)量 80 個，占中環(huán)海綿設(shè)施總數(shù)量的 13.6 %，如圖 3 所示。

圖3 抽樣路段位置圖

2.2 調(diào)查內(nèi)容

從雨水徑流匯入雨水口、雨水經(jīng)橫管立管等管道轉(zhuǎn)輸進入消能井和生物滯留池、滯留池自身結(jié)構(gòu)功能等全過程調(diào)查海綿設(shè)施運行情況。主要調(diào)查內(nèi)容包括：①降雨期間橋面的雨水徑流組織情況，包括匯流和轉(zhuǎn)輸兩個過程；②觀察降雨期間海綿設(shè)施表面進水情況；③評估海綿設(shè)施內(nèi)植物生長狀況；④檢測海綿設(shè)施池內(nèi)填料的常水頭滲透系數(shù)；⑤開挖池體，核查海綿設(shè)施結(jié)構(gòu)層的完整性。

3 調(diào)查結(jié)果

3.1 降雨期間橋面雨水徑流匯流轉(zhuǎn)輸情況

降雨時雨水按照劃定的匯水分區(qū)匯入雨水收集系統(tǒng)是海綿設(shè)施發(fā)揮作用的前提。按照設(shè)計，降雨由橋面就近匯入雨水口，由敷設(shè)在橋體內(nèi)部的橫管和立管轉(zhuǎn)輸，進而進入地下的消能井、生物滯留池等設(shè)施，從而避免橋面積水。在降雨時段（2021 年 9 月 13 日，暴雨），現(xiàn)場觀察抽樣路段橋面雨水匯流、轉(zhuǎn)輸情況，觀察到橋面伸縮縫漏雨（見圖 4）、橋面底部漏雨（見圖 5）、橋墩銜接處漏雨等現(xiàn)象（見圖 6）。

圖4 伸縮縫漏水

圖6 橋墩與橋面銜接處立管漏水

3.2 降雨期間海綿設(shè)施表面進水情況

降雨期間觀察生物滯留池表面進水情況，徑流匯流、轉(zhuǎn)輸過程正常時，雨水應(yīng)由滯留池進水口進入池體表面，在滯留池內(nèi)各層依次下滲。

現(xiàn)場觀察 80 個生物滯留池進水端，小部分生物滯留池表面進水正常，如圖 7 所示，大部分生物滯留池表面進水異常，如圖 8 所示。經(jīng)統(tǒng)計，71 個表面未見明顯雨水，占比約 89 %。各抽樣路段具體情況如表 1 所示。

圖7 正常進水

所屬路段 調(diào)查數(shù)量/個 進水端無明顯進水?dāng)?shù)量/個 占比/%中環(huán)南線 20 19 95中環(huán)東線 20 20 100中環(huán)西線 20 16 80中環(huán)北線 20 16 80總計 80 71 89（平均）

3.3 海綿設(shè)施內(nèi)植物生長狀況

生物滯留池內(nèi)的植物具有加強過濾、保持過濾層不板結(jié)、去除部分污染物［4］和景觀等作用。現(xiàn)場觀察抽樣路段內(nèi) 80 個滯留池植物生長情況。其中植物長勢好且具有一定景觀效果的共 22 個，如圖 9 所示，占比27.5 %；植物長勢一般，伴有一些雜草，景觀效果一般的共 34 個，如圖 10 所示，占比 42.5 %；滯留池表面土壤大面積（一半以上）裸露，景觀效果較差的共 24 個，如圖 11 所示，占比 30 %。數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表 2 所示。

圖9 長勢良好

所屬路段 調(diào)查個數(shù)/個 長勢良好/個 長勢一般/個 長勢差/個中環(huán)南線 20 10 10 0中環(huán)東線 20 2 11 7中環(huán)西線 20 10 10 0中環(huán)北線 20 0 3 17合計 80 22 34 24占比 27.5 % 42.5 % 30 %

3.4 海綿設(shè)施填料滲透系數(shù)

生物滯留池內(nèi)的填料應(yīng)保證一定的滲透性能、保水保肥性能［5］。過濾層滲透系數(shù)一般在 30～300 mm/h，取過濾層土壤，實驗室內(nèi)測其常水頭滲透系數(shù)，檢測結(jié)果如表 3 所示。其中，滲透系數(shù)＜30 mm/h 的為 5 個，占比 6.3 %；滲透系數(shù)＞300 mm/h 的為 46 個，占比 57.5 %。

所屬路段 檢測數(shù)量／個滲透系數(shù)/（mm·h-1）最小 最大 平均中環(huán)南線 20 9 2 030 227中環(huán)東線 20 49 804 320中環(huán)西線 20 229 13 029 1 744中環(huán)北線 20 6 17 155 2 662

3.5 生物滯留池池體結(jié)構(gòu)

3.5.1 開挖典型海綿設(shè)施

現(xiàn)場開挖有代表性的生物滯留池兩個，1號生物滯留池開挖圖如圖 12～圖 14 所示，經(jīng)前期實驗室檢測其滲透系數(shù)正常（121 mm/h），植物生長狀況良好，進水管口通暢。

圖12 開挖前

2 號生物滯留池開挖圖如圖 15～圖 18 所示，經(jīng)前期實驗室檢測其滲透系數(shù)?。ǖ陀?30 mm/h），土壤大面積裸露，植物死亡嚴(yán)重，管口堵塞。

圖15 開挖前

圖18 土壤層中摻雜石塊

3.5.2 開挖結(jié)果

生物滯留池 1 結(jié)構(gòu)完整，包括過濾層 600 mm、過渡層 60 mm、排水層 200 mm，排水層內(nèi)埋設(shè) 3 根穿孔排水管。生物滯留池 2 為簡易型生物滯留池，蓄水層以下僅包含土壤層 300 mm，土壤黏性大，且土壤層中挖出較大石塊。

4 結(jié)論

1）雨水匯流及轉(zhuǎn)輸過程。高架橋面部分伸縮縫不密封。中環(huán)交通量大，車輛運行對橋梁產(chǎn)生的震動，以及由于溫差帶來的變形，造成原有防水處理開裂失效。

2）地上管線破損。降雨時，橋面底部部分位點漏水，推測橋體內(nèi)部相應(yīng)位置的橫管破裂；部分立管在橋墩與橋面的接合處不閉合，導(dǎo)致雨水外泄。

3）部分雨水井內(nèi)管道破損、斷裂?，F(xiàn)場檢查抽樣路段的雨水井，部分井內(nèi)通往滯留池的管道斷裂。

4）生物滯留池自身結(jié)構(gòu)功能。經(jīng)現(xiàn)場開挖和實驗室測定填料滲透系數(shù)，生物滯留池存在的問題主要為：部分生物滯留池進水管堵塞；部分生物滯留池填料黏性大，雨水滲透性能差；部分生物滯留池土壤大面積裸露，種植植物死亡。

5 建議

海綿設(shè)施良好運行效果的保障涉及多個環(huán)節(jié)，包括匯水區(qū)雨水的匯流、地上，地下管線的轉(zhuǎn)輸，滯留池良好的滯蓄凈化功能等。結(jié)合中環(huán)快速路海綿工程現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，給出以下運維建議。

5.1 定期排查中環(huán)快速路路面雨水徑流組織情況

中環(huán)快速路工程因車流量大、車速快等特殊情況，路面雨水徑流的排查存在較大難度。養(yǎng)護單位可與相關(guān)部門聯(lián)動，在夏季降雨較為密集的時間段內(nèi)，進行快速高效的摸排。

5.2 定期檢測海綿設(shè)施填料滲透系數(shù)

海綿設(shè)施的滲透、凈化功能主要取決于過濾層填料。在日常的使用過程中，道路沖刷帶來的雜質(zhì)會有一部分進入過濾層，對填料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而削弱了其滲透及凈化的功能。建議每年對海綿設(shè)施的填料進行挖檢，對填料滲透系數(shù)偏離正常范圍的海綿設(shè)施，及時換填。

5.3 加強雨水井內(nèi)管道檢查

在中環(huán)快速路的日常養(yǎng)護中，加強海綿設(shè)施的養(yǎng)護，尤其是雨水井井內(nèi)的檢查，建議在夏季高溫、冬季低溫期間，加密檢查井內(nèi)管線的破損情況，并及時修復(fù)。

5.4 加強海綿設(shè)施內(nèi)綠化養(yǎng)護

通過多年來的本土試驗，現(xiàn)階段已經(jīng)摸索出一批適合種植于本地海綿設(shè)施中的植物，與傳統(tǒng)綠化相比，海綿適生植物在景觀效果上，仍有一定差距，本次調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，海綿設(shè)施內(nèi)植物長勢有一部分出現(xiàn)了衰退的現(xiàn)象。建議加強海綿設(shè)施內(nèi)的綠化養(yǎng)護，及時修剪、清理，在保障海綿設(shè)施的功能基礎(chǔ)上，逐步提升設(shè)施的景觀效果。

5.5 對中環(huán)快速路海綿工程進行整體性的修復(fù)

中環(huán)快速路的海綿工程，是環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)性的生態(tài)工程，通過本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，工程運行多年來，局部的累積效應(yīng)已導(dǎo)致了海綿設(shè)施的功能性衰退。建議每 5 年 1 次，對中環(huán)快速路進行全面的調(diào)查以及系統(tǒng)性的修復(fù)。

6 結(jié)語

昆山中環(huán)快速路工程是昆山市海綿城市建設(shè)理論與實踐相結(jié)合的階段性成果，通過地上、地下管線的銜接，實現(xiàn)了對道路雨水的收集與利用。昆山中環(huán)快速路工程通車運營至今已有 6 年，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中環(huán)快速路配套的海綿設(shè)施，在雨水匯流傳輸和過濾凈化兩方面，因管線及過濾層填料老化等因素影響，海綿功能損耗較大。為保障海綿設(shè)施的功能，充分完善對雨水的收集與利用，在快速路的日常養(yǎng)護中，還需進一步加強海綿設(shè)施的運維，充分運用實際降雨，對工程現(xiàn)場進行勘察，重點觀測雨水的匯流及傳輸情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并系統(tǒng)性地修復(fù)問題。Q