楊 漣

(南寧交通投資集團有限責任公司，南寧 530021)

高速公路排水設計的目的是盡快排除雨水，以保證道路和行車安全。研究表明，高速公路地面徑流含有一定泥砂量，降雨后會形成懸浮物并攜帶有機污染物隨著徑流進入周邊河流水系，引起水體富營養(yǎng)化及周邊生態(tài)環(huán)境的變化[1-5]。

低影響開發(fā)模式指在城市開發(fā)建設過程中采用源頭削減、中途轉(zhuǎn)輸、末端調(diào)蓄等多種手段，通過滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術，實現(xiàn)城市良性水文循環(huán)[6-8]。因此在滿足交通功能的前提下，利用低影響開發(fā)措施所具有的雨水凈化功能[9-13]，將高速公路與海綿城市有機結(jié)合，以減少高速公路對周邊環(huán)境的影響。

1 項目概況

吳圩機場第二高速公路是南寧市中心城區(qū)對外交通路網(wǎng)建設的重要組成部分，起于吳圩機場北部，連接機場大道北出入口，終點接南寧市玉洞西快速路，路線全長約20.5 km。沿線主要環(huán)境敏感點有蕾桑水庫和鷓鴣井水庫。吳圩機場第二高速公路多依山腰而建，沿線主要為丘陵地帶，地形起伏較大，山頂多呈渾圓狀，徑流迅速匯集。同時，沿線主要土質(zhì)為粘土，土壤下滲能力較弱。項目區(qū)位示意如圖1所示。

圖1 項目區(qū)位示意

2 高速公路建成后面臨的水環(huán)境問題

吳圩機場第二高速公路建成通車后，預估將產(chǎn)生3個關于水資源利用和環(huán)境問題：

1)降雨徑流會沖刷挖方段邊坡，造成水土流失并在低洼處沉積淤泥。

2)降雨徑流會沖刷帶走路面油污并沿著地形流入附近水庫，對水庫造成一定影響。

3)高速公路里程較長，距市區(qū)集中供水區(qū)域較遠，且中央分隔帶寬10.5 m，綠化澆灌用水量較大，使用市政自來水輸水成本較高。

3 設計方案

為減小高速公路建設對周邊環(huán)境破壞，盡可能降低初期雨水對周邊水庫的水質(zhì)影響，同時減少綠化澆灌等管養(yǎng)維護成本，采取低影響開發(fā)技術措施對路面徑流雨水進行滯留凈化，并通過雨水收集回用設施，將凈化后的雨水用于綠化澆灌，提高經(jīng)濟效益。

3.1 設計思路

總體設計思路：在滿足使用功能、保障行車安全的前提下，對第二高速公路進行低影響開發(fā)設計，因地制宜布置海綿措施，削減徑流污染，減少對周邊水庫水系的影響，改善生態(tài)環(huán)境，節(jié)約水資源。

已有研究表明，植被過濾帶能有效攔蓄徑流、攔截懸浮固體等污染物質(zhì),具有較好水土保持和水質(zhì)凈化效益[14-15]。據(jù)此，低影響開發(fā)措施應盡量布置于植被建設區(qū)域，并具備一定調(diào)蓄容積，以此充分利用周邊植被進行徑流凈化。同時由于道路中分帶綠化區(qū)域長期受雨水浸泡可能影響道路結(jié)構(gòu)安全[16]，本著安全優(yōu)先原則，因此先排除對高速公路產(chǎn)生安全影響的方案。綜合分析后，海綿措施布置主要位于：1)道路區(qū)段兩側(cè)綠化區(qū)；2)立交區(qū)段、高架橋區(qū)段橋下綠化區(qū)域；3)服務站、收費站硬化區(qū)域；4)水庫外圍。

另外，根據(jù)雨水收集須滿足需求回用水量等于匯水范圍收集雨水量，此時雨水收集回用最經(jīng)濟，既可減少雨水長期不使用發(fā)生變質(zhì)的幾率，又可減少投資。

3.2 雨水控制策略

3.2.1 高架段海綿雨水系統(tǒng)

主體工程設計中，降雨后橋面雨水通過橋梁落水管排入橋梁下方空地。考慮雨水落水管多點分散排放橋面雨水，因此可通過海綿措施的連片布置，既能去除污染物，又能整體提高措施的景觀性及經(jīng)濟性。

設置相關海綿設施后，雨水經(jīng)落水管先流到沉砂池中，進行消能、沉砂后，引流至橋下海綿措施中，如生物滯留池、下沉式綠地等，植被應布置于可見光照射之處，避免其因光照不足而導致非正常死亡的情況發(fā)生。海綿雨水系統(tǒng)流程如圖2所示。

(a)雨水徑流流程示意

3.2.2 邊坡、路面海綿雨水系統(tǒng)

高速公路兩側(cè)為邊坡，降雨后，邊坡、路面雨水進入排水邊溝，最后排至下游水體?？紤]到路面初期雨水污染，增加沉砂池削減懸浮物含量。邊坡、路面海綿雨水系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 邊坡、路面海綿雨水系統(tǒng)示意

考慮到混凝土邊溝對污染物削減能力較差，為此，在不影響邊溝基本排水功能、滿足過流能力的前提下，將混凝土排水溝變更為植草溝，并在開闊區(qū)域增加生物滯留設施，充分利用低影響開發(fā)措施削減徑流污染。最后在水庫前增加砂石過濾區(qū)，通過土壤過濾減少水庫污染。

同時，考慮灌溉的簡便性，道路中分帶設置灌溉管線，既可使用自來水進行供水，也可調(diào)整閥件使用收集雨水。

3.2.3 收費站、服務區(qū)海綿雨水系統(tǒng)

收費站、服務區(qū)作為高速公路人流量最大的區(qū)域，每天大量車輛往來，存在引起地面油污的風險，可見此區(qū)域面源污染控制需求大。同時，收費站、服務區(qū)可利用區(qū)域較大，適合進行低影響開發(fā)建設。

根據(jù)匯水面積，可采取的海綿措施有：下沉式綠地、透水鋪裝、雨水罐、綠色屋頂、生物滯留帶、植草溝、雨水花園、濕塘等。另外，雨水收集池設置于收費站和服務區(qū)，方便維護管理及檢修。海綿雨水系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖4 收費站、服務區(qū)海綿雨水系統(tǒng)示意

3.2.4 水庫保護措施

高速公路沿線有雷桑水庫及鷓鴣井水庫，均為非飲用水水源小型水庫。由沿線地形可知，高速公路地表徑流可通過排水邊溝及地勢直接進入該水體。為進一步減少地面徑流攜帶懸浮物直接進入水庫水體，在水庫外圍，根據(jù)對應道路匯水面積設置砂石過濾區(qū)，通過過濾吸附作用，減少直排水體的懸浮物含量。

3.2.5 主要海綿措施

根據(jù)高速公路設計文件，結(jié)合現(xiàn)場施工實際情況，主要對排水系統(tǒng)、綠地系統(tǒng)等進行海綿化設計，實現(xiàn)削減雨水徑流污染。

本工程應用了多種低影響開發(fā)措施，有植草溝、下沉式綠地、生物滯留設施、透水鋪裝、綠色屋頂、雨水收集利用系統(tǒng)、雨水罐、沉砂設施等，現(xiàn)選取主要措施進行說明。

1)植草溝

本工程將部分區(qū)域原設計的混凝土邊溝改為轉(zhuǎn)輸型植草溝，為保證高速公路路基安全，植草溝不考慮下滲，同時植草溝根據(jù)所在區(qū)域條件增大尺寸，以滿足原有邊溝設計過流能力要求。對于坡度較大區(qū)域，采用階梯排水形式布置植草溝。植草溝剖面如圖5所示。

單位：mm

此外，在植草溝下游增加沉砂池，可進一步控制徑流污染。

2)生物滯留設施

包括生物滯留帶及生物滯留池?？紤]到道路外圍可利用區(qū)域較小，為兼顧景觀效果，采用生物滯留帶的形式布置，如圖6所示。另外，高架橋橋面下方區(qū)域與水系較為接近，為了強化凈化效果，采用生物滯留池。

單位：mm

設計生物滯留設施蓄水深度為0.3 m。此外，在生物滯留池上游處增加沉砂池，可減少污染物進入滯留池，提高生物滯留池污染處理效果。

3)透水鋪裝

收費站、服務區(qū)等場地存在大量硬化路面，徑流系數(shù)較大，通過透水鋪裝，可減少徑流量的產(chǎn)生。透水磚孔透水率不小于0.1 mm/s，保水量在通常使用狀態(tài)下達 10 000 cc/m，抗壓強度不小于Cc50，抗折強度不小于Cf5，防滑等級為R2，防滑性能指標BPN≥70。

4)雨水收集利用系統(tǒng)

吳圩機場第二高速公路綠化澆灌原設計主要采用自來水進行滴灌、人工澆灌，因高速公路遠離市區(qū)，綠化澆灌存在成本太高的問題。增加雨水收集利用系統(tǒng)，可在一定程度上減少澆灌支出，節(jié)約成本。雨水收集利用系統(tǒng)設置要求：(1)地勢平緩處；(2)車輛容易到達、方便檢修且不影響交通的區(qū)域；(3)方便雨水回用的區(qū)域。

根據(jù)地形，結(jié)合設置要求，本工程雨水收集利用池設置在收費站、服務區(qū)區(qū)域。其余地區(qū)因地形起伏較大、施工以及運行后維護困難，暫不考慮。另外，收費站、服務區(qū)路面較為平緩，若直接埋設，需有較大深度才能收集較多雨水。因此選擇在收費站、服務區(qū)雨水排水溝下游處設置雨水收集循環(huán)利用水池。水池平面布置如圖7所示。

注：1.1—排泥泵；2—排泥管；3-1—進水總管；3-2—進水支管；4—防水土工膜；5—底板；6—通氣帽；7—供水管；8—供水泵；9—加氣砌塊；10—透水砌塊；11—蓋板；12—檢查井；13—分配水池池體；14—隔板；15—溢流管。2.單位：mm。

在高速公路附近設置雨水池需要考慮道路基礎安全問題，應盡量選用抗浮、抗沉降性能較好的水池。另外，考慮水池便于安裝、運輸、后期管理維護以及整體使用的經(jīng)濟性等因素，本工程使用硅砂蜂窩結(jié)構(gòu)式雨水收集循環(huán)利用水池，硅砂結(jié)構(gòu)透氣效果好，可在一定程度上延緩凈化后雨水水質(zhì)變差，收集并凈化后的雨水主要用于服務區(qū)綠化澆灌和高速公路沿線部分路段的中間綠化帶澆灌。

5)砂石過濾區(qū)

雷桑水庫及鷓鴣井水庫位于部分路段下游，為減少雨水流入時帶入的污染物，在水庫接近道路的一側(cè)增加砂石過濾區(qū)，讓地面雨水進入水庫前進行過濾吸附，減少污染。

6)沉砂裝置

雨水沖刷地面及管道，會攜帶較多的污染物質(zhì)，在設計范圍內(nèi)采取沉淀措施可降低雨水中懸浮物的含量，減少排放對水體的影響。本工程中沉淀措施主要為設置沉砂池。在植草溝、生物滯留帶(池)上游及下游合適位置設置沉砂池，可將雨水進行沉淀凈化，另外，沉砂池還可作為橋梁雨水立管消能池使用。

4 工程效果

吳圩機場第二高速公路是連接南寧市五象新區(qū)與吳圩機場的快速通道，也是南寧市海綿城市試點建設的重要示范項目之一。項目在梳理現(xiàn)狀條件基礎上，分析了項目建成后面臨的水資源和水環(huán)境問題。在不影響高速公路使用功能、行車安全前提下，因地制宜設置了各種海綿措施，系統(tǒng)性地解決了項目雨水問題。

根據(jù)后期施工實施及監(jiān)測評估，采取上述措施后，吳圩機場第二高速公路綜合徑流系數(shù)由未海綿化之前的0.5降為0.4，雨水年徑流總量控制率為53.7%，年徑流污染物削減率約為39.7%，大大降低了道路污染物對周邊環(huán)境的影響。同時，經(jīng)估算，每年可節(jié)約綠化澆灌水費約13.22萬元。

5 結(jié)束語

1)高速公路海綿化設計須以問題為導向，通過梳理項目沿線地形地貌、環(huán)境敏感點等現(xiàn)狀因素，分析項目建成后面臨的水資源和水環(huán)境問題，以此作為后續(xù)設計的重要基礎。

2)根據(jù)高速公路不同路段、不同區(qū)域的場地條件，因地制宜布置相應的海綿措施組合，可有效削減徑流污染，降低對原有生態(tài)環(huán)境的影響。

3)在高速公路收費站、服務區(qū)區(qū)域設置雨水收集利用系統(tǒng)，收集雨水并回收利用，具有良好的經(jīng)濟效益。