廣州港南沙港區(qū)四期工程海綿港口設(shè)計

羅佳文，李 彬，鐘良生

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510290)

2019年11月，交通運輸部等9部委頒發(fā)了《關(guān)于建設(shè)世界一流港口的指導(dǎo)意見》，提出建設(shè)安全便捷、智慧綠色、經(jīng)濟高效、支撐有力、世界先進(jìn)的世界一流港口的高質(zhì)量發(fā)展要求[1-2]。在生態(tài)環(huán)保及節(jié)能低碳優(yōu)先的新形勢下，廣州港南沙港區(qū)四期工程將“海綿城市”建設(shè)理念融入港口建設(shè)當(dāng)中，實現(xiàn)港口建設(shè)和自然生態(tài)系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，增強港口防洪排澇能力，力求將港口建設(shè)成“生態(tài)化海綿港口”。

以廣州港南沙港區(qū)四期工程為例，結(jié)合生態(tài)化海綿港口的設(shè)計思路，根據(jù)JTS/T 105-4—2020《綠色港口等級評價指南》中生態(tài)環(huán)保與節(jié)能低碳的要求，重點從港區(qū)功能布局來分析可采用的海綿港口工程性措施，為類似生態(tài)化海綿港口建設(shè)提供參考。

1 工程概況

廣州港南沙港區(qū)四期工程位于南沙作業(yè)區(qū)(龍穴島)規(guī)劃的中部挖入式港池，東南側(cè)緊鄰已建的南沙港區(qū)一期工程，陸域西側(cè)有規(guī)劃物流園區(qū)及規(guī)劃鐵路物流中轉(zhuǎn)站，北側(cè)與糧食碼頭隔海相望。該項目是華南片區(qū)第1個采用“多泊位，堆場水平布置，港區(qū)自動化”模式的自動化集裝箱碼頭，港區(qū)陸域總面積約120.6萬m2，主要分為碼頭前沿作業(yè)區(qū)、堆場作業(yè)區(qū)、輔建區(qū)。

2 海綿港口建設(shè)理念

低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的徑流總量控制一般采用年徑流總量控制率作為控制目標(biāo)。低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)、雨水管渠系統(tǒng)及超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)是海綿港口建設(shè)相互依存的重要基礎(chǔ)元素。低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)通過采用滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術(shù)，如綠色屋面、下凹式綠地、透水鋪裝等，從而有效控制徑流總量、徑流峰值和徑流污染；雨水管渠系統(tǒng)應(yīng)與低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)共同組織徑流雨水的收集、轉(zhuǎn)輸與排放；超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)用來應(yīng)對超過雨水管渠系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的雨水徑流[3]。

3 海綿港口工程性設(shè)施

3.1 下凹式綠地

在港口輔建區(qū)的傳統(tǒng)景觀綠化設(shè)計中，道路兩旁綠地一般采用路緣石與道路分隔開，綠地高程比路面高程高出10 cm左右；在生態(tài)化海綿港口中，下凹式綠地高程低于周邊道路高程。降雨時，大部分雨水通過缺口路緣石進(jìn)入下凹式綠地下滲存儲，當(dāng)超過下凹式綠地的受納能力時，超標(biāo)雨水通過溢流雨水口排放至港區(qū)雨水管網(wǎng)系統(tǒng)；少部分雨水通過道路兩側(cè)雨水口直排至港區(qū)雨水管網(wǎng)系統(tǒng)。

下凹式綠地的下凹深度宜通過綜合考慮植物耐淹性能和土壤滲透性能確定，一般為100～200 mm。下沉式綠地內(nèi)一般應(yīng)設(shè)置溢流雨水口，保證暴雨時徑流的溢流排放，溢流口頂部高程一般應(yīng)高于綠地50～100 mm。下凹式綠地典型構(gòu)造見圖1。

圖1 下凹式綠地典型構(gòu)造

3.2 透水鋪裝

在港口輔建區(qū)的非機動車道和人行道采用透水鋪裝，按照面層材料不同可分為透水磚鋪裝和透水水泥混凝土鋪裝。降雨時，雨水可以通過透水鋪裝滲透到路基或者周圍土壤加以蓄存，既可保持道路的原有設(shè)計功能，又可以進(jìn)行雨水收集。透水鋪裝結(jié)構(gòu)符合CJJ/T 188《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》和CJJ/T 135《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定。當(dāng)透水鋪裝對項目所要求的道路路基強度及穩(wěn)定性有較大影響時，可采用半透水鋪裝結(jié)構(gòu)；當(dāng)項目土壤滲透能力較低時，應(yīng)在透水基層內(nèi)設(shè)置排水盲管；當(dāng)透水鋪裝設(shè)置在地下室頂板上時，頂板覆土厚度不應(yīng)小于600 mm且應(yīng)設(shè)置排水層。透水水泥混凝土、透水磚典型路面結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 典型路面結(jié)構(gòu)

3.3 綠色屋頂

綠色屋頂也稱種植屋面，其基質(zhì)深度根據(jù)植物需求及屋頂荷載確定，簡單式綠色屋頂?shù)幕|(zhì)深度一般不大于150 mm，屋頂上設(shè)置有雨水斗及雨落管，綠色屋頂?shù)脑O(shè)計可參考JGJ 155種植屋面工程技術(shù)規(guī)程。降雨時，雨水經(jīng)種植屋面滲透后，通過泄水口收集至屋面雨水邊溝，內(nèi)設(shè)雨水斗進(jìn)一步收集雨水至雨落管，最終流入室外雨水管網(wǎng)系統(tǒng)。綠色屋頂不僅可以截留部分初期雨水，而且有一定的隔熱作用，對建筑物有明顯的節(jié)能減排效果。平屋面、坡屋面綠色屋頂見圖3。

圖3 屋面綠色屋頂

4 設(shè)計方案

廣州港南沙港區(qū)四期工程陸域總面積約120.6萬m2，主要分為碼頭前沿作業(yè)區(qū)、堆場作業(yè)區(qū)、輔建區(qū)。在“生態(tài)化海綿港口”設(shè)計中，需根據(jù)不同區(qū)域的功能及特點，統(tǒng)籌考慮工程性海綿設(shè)施的布置。

4.1 碼頭前沿作業(yè)區(qū)

港區(qū)碼頭前沿作業(yè)區(qū)為四期工程主要作業(yè)區(qū)，面積為19.4萬m2，占港區(qū)總陸域面積的16%，基本實現(xiàn)全自動化，不適宜設(shè)置海綿工程性設(shè)施。在不影響碼頭作業(yè)的前提下，可考慮設(shè)置簡單的綠地，降雨時綠地可滲蓄少部分雨水，大部分雨水由區(qū)內(nèi)雨水管網(wǎng)系統(tǒng)收集排放。同時，適當(dāng)?shù)木G地景觀可減少揚塵、凈化空氣，改善碼頭前沿作業(yè)區(qū)的工作環(huán)境。

4.2 堆場作業(yè)區(qū)

堆場作業(yè)區(qū)以道路和堆場為主，多數(shù)為混凝土或聯(lián)鎖塊鋪面，透水鋪裝可應(yīng)用于該區(qū)域。在透水鋪裝設(shè)計中，需要考慮道路的荷載，針對不同功能的道路采用不同的設(shè)計方案。此外，綜合考慮港區(qū)道路及堆場區(qū)的高程，項目堆場區(qū)采用箱角梁基礎(chǔ)，在保證集裝箱正常堆存的前提下，適當(dāng)降低堆場區(qū)高程，使箱角梁頂高程高出堆場區(qū)域地面，利用高差形成天然的蓄水池，既可以蓄水，發(fā)生暴雨等惡劣天氣時又可避免集裝箱貨物造成經(jīng)濟損失，增加港區(qū)抵抗極端天氣的抗風(fēng)險能力。

本工程港區(qū)堆場區(qū)面積為46.8萬m2，占港區(qū)總陸域面積的39%。碼頭箱角基礎(chǔ)高程6.1 m，軌道梁高程5.78 m，箱間區(qū)鋪面高程5.73～5.78 m，由箱區(qū)兩側(cè)往中間傾斜，坡度約3‰，箱區(qū)平均下凹深度約0.25 m，總蓄水能力約11.7萬m3。下凹式堆場平面布置見圖4，下凹式堆場標(biāo)準(zhǔn)箱區(qū)斷面見圖5。

圖4 下凹式堆場平面布置

圖5 下凹式堆場標(biāo)準(zhǔn)箱區(qū)斷面(高程：m；尺寸：mm)

4.3 輔建區(qū)

輔建區(qū)是最適宜生態(tài)化海綿港口建設(shè)的區(qū)域，下凹式綠地、透水鋪裝、綠色屋面等工程性海綿設(shè)施均可運用于輔建區(qū)。在考慮屋面荷載的前提下，各建筑單體合理布置綠色屋面，建設(shè)節(jié)能環(huán)保型的綠色建筑；下凹式綠地與區(qū)內(nèi)道路協(xié)調(diào)布置，保證道路雨水經(jīng)缺口路緣石自流進(jìn)入下凹式綠地；非機動車道、人行道和露天停車場在考慮使用功能的前提下均采用透水鋪裝。合理的海綿設(shè)施布置不僅增加了輔建區(qū)對雨水的調(diào)蓄能力，而且使整個區(qū)域錯落有致、美觀大方。

根據(jù)《廣州市海綿城市專項規(guī)劃(2016—2030)》，廣州港南沙港區(qū)四期工程屬于獅子洋建設(shè)流域08-04片區(qū)，土壤類型為壤土，用地類型為交通樞紐用地S3，項目年徑流總量控制率73%，對應(yīng)的設(shè)計降雨量為28.5mm。

輔建區(qū)建筑總用地面積2.89萬m2，下墊面主要為屋面、鋪裝、綠化。該區(qū)域的海綿城市建設(shè)以滯留、凈化、存儲為主。通過透水鋪裝、下凹式綠地、綠色屋頂?shù)群＞d設(shè)施重新構(gòu)建排水系統(tǒng)，設(shè)1個總排水出口，外接市政管網(wǎng)。

項目充分利用地面綠化進(jìn)行下凹式綠地設(shè)計，地面鋪裝在適宜地區(qū)采用透水性鋪裝，合理布置綠色屋面，下墊面類型見表1。雨量徑流系數(shù)宜按GB 50014—2021《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》和GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》采用相應(yīng)取值[4-5]，匯水分區(qū)的綜合雨量徑流系數(shù)見表2。

表1 輔建區(qū)下墊面類型

表2 輔建區(qū)綜合雨量徑流系數(shù)

輔建區(qū)需設(shè)計調(diào)蓄容積：面積28 900 m2，徑流系數(shù)0.57，年徑流總量控制率73%，設(shè)計降雨量28.5 mm，需設(shè)計調(diào)蓄容積469.48 m3。輔建區(qū)下凹式綠地調(diào)蓄容積：面積2 362 m2，下凹調(diào)蓄深度0.20 m，調(diào)蓄容積472.40 m3。

經(jīng)上述分析計算，調(diào)蓄容積大于需設(shè)計調(diào)蓄容積，該項目海綿城市設(shè)計方案年均徑流總量控制率大于73%，滿足規(guī)劃中所要求的年徑流總量控制率73%的控制目標(biāo)。

5 結(jié)語

1)在港口建設(shè)中引入“生態(tài)化海綿港口”建設(shè)理論，結(jié)合港口工程的自身特性，將自然途徑充分應(yīng)用到港口排水系統(tǒng)中，結(jié)合港口建設(shè)中采用的各種海綿工程性措施，使得雨水得到存儲、滲透、凈化，控制輔建區(qū)總徑流量及初期雨水的污染，實現(xiàn)了“生態(tài)化海綿港口”的建設(shè)目標(biāo)。

2)南沙四期工程的“生態(tài)化海綿港口”設(shè)計理念，改變了傳統(tǒng)港口建設(shè)中排出雨水完全依靠港區(qū)雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的情況，在滿足港區(qū)排水能力的前提下，通過設(shè)置調(diào)蓄設(shè)施提升堆場區(qū)域排水設(shè)施的抗風(fēng)險能力，減少極端天氣對港區(qū)造成的經(jīng)濟損失。

3)碼頭前沿作業(yè)區(qū)基本上依靠自動化運作，工程性海綿設(shè)施不適宜在該區(qū)域設(shè)置。堆場作業(yè)區(qū)可采用下凹型設(shè)計，根據(jù)自動化集裝箱碼頭的特點，通過提高箱角梁基礎(chǔ)，降低箱區(qū)間鋪面高程，以高差形成天然的蓄水池，提升港區(qū)抵抗極端天氣的抗風(fēng)險能力。輔建區(qū)采用下凹式綠地、透水鋪裝、綠色屋面等工程性海綿設(shè)施，改善輔建區(qū)辦公環(huán)境的同時，可對雨水進(jìn)行調(diào)蓄和滲透凈化。