基于海绵城市建设理念下的排涝区防洪提升工程实践
时间：2023-02-08 16:50:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
霍卓东
(佛山市三水区淼通排水工程有限公司，广东 佛山，528000)
海绵城市是通过充分发挥建筑、道路与绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。海绵城市在应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也可称之为“水弹性城市”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用[1－3]。本文以三水区防洪排涝能力提升工程为例，基于海绵城市理念，对主体建筑物进行工程设计，旨在提高泵站的排涝能力，发挥泵站排涝效益，满足防洪排涝标准及生态岸线恢复率的水务指标要求。
佛山市三水区防洪排涝能力提升工程(鸡陵岗泵站引涌二期工程)位于佛山市三水区白坭镇西侧、鸡陵岗附近，属于樵桑联围的三水区白坭镇管辖范围。沿线主要为三角洲冲积平原和错落残丘地貌，地表均为第四系覆盖，大部分河流两岸均为冲积阶地和河漫滩，属珠江三角洲平原区，第四纪海陆交互相冲淤积第一阶地，地势较平缓，周围水系发育。
本区域暴雨成因主要是锋面雨、台风雨，强降雨时，地表易形成面流、片流，并在低洼处形成较强动态水流，其具有一定的冲刷侵蚀作用。河涌水与雨水对堤岸有冲刷、淘蚀、潜蚀等破坏作用，对地基土亦有软化作用。由于地基土浅部土层压力较大时，人工填土、淤泥质土层将会存在沉陷和不均匀沉降的问题，可能会造成地基失稳、易发生滑坡、挤压变形等问题，需对软弱土层淤泥质土进行地基处理措施(如水泥搅拌桩、旋喷桩、CFG桩等)，以满足承载和沉降变形的要求[4]。
由于排涝能力严重不足，新建鸡陵岗泵站、云塘电排站及大岗新站等骨干排涝泵站，以解决白坭镇的内涝问题。而与鸡陵岗泵站配套的河涌现状宽度大多在十余米，不仅远小于规划的河涌宽度，也难以满足泵站运行的需要。因此，为配合在建的鸡陵岗泵站、有效发挥新建闸站的排涝效益，实施鸡陵岗泵站引涌二期工程，建设工程约6.5km，对全区部分堤围(大坝)、堤面进行硬底化，长度约106km，对西南涌沿线的下岸村、上岸村、老寮村及水上村四段进行护岸，长度约955m，对大塱涡涌通信产业园区段右岸的1.275km河涌范围进行综合整治。工程建设规划标准为提高控制片区的排涝能力至“30年一遇24h暴雨一天排干，内河涌控制水位均不超过2.544m”，并满足周边农业灌溉和河涌景观用水的需求。工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物与临时建筑物为5级。以达到提高排涝能力，发挥闸站排涝效益与提升区域景观，改善内河涌水质的海绵城市建设目的。
随着城市化进程的加快，建设区原有农田和鱼塘面积不断减少，雨水下渗和调蓄能力也相应减少，一旦遇到暴雨，内涝问题愈发严重。基于海绵城市的生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用这一理念，本项目的建设要求为不仅能够提高白坭的排涝能力，还能够通过鸡陵涌泵站从西江引水，解决仅靠位于北部的沙围灌溉泵站引水距离过长的难题，满足中部和南部片区农业灌溉和河涌景观用水的需求，从而能够创造良好的环境景观、改变城市风貌并提升区域竞争能力，给白坭的经济快速发展创造良好的投资环境。
2.1 海绵城市建设必要性
2.1.1 当地经济社会的快速发展要求更高标准的排涝设施提供保障
项目所在的白坭镇位于樵桑联围的保护范围内，对应排涝面积约为47km2，但目前仅有位于南部片区的白坭电排站一个外排出口，导致中部及北部片区由于排水距离较长在暴雨期间易出现内涝，使当地农业和工业生产均遭受到不小的损失。为了达到规划的排涝标准，切实保障当地社会发展，按照鸡陵岗泵站建设规模实施鸡陵岗泵站引涌二期工程，是十分必要的。
2.1.2 项目建设是创造良好城市景观、城市风貌、提升城市居民居住条件的需求
为了推动城市建设的持续快速发展，必须创造良好的投资环境，不仅包括经济环境、人文环境，还包括城市景观和城市风貌。作为白坭镇的主干河涌，本项目的建设不仅能够提高白坭的排涝能力，还能够通过鸡陵涌泵站从西江引水，解决仅靠位于北部的沙围灌溉泵站引水距离过长的难题，满足中部和南部片区农业灌溉和河涌景观用水的需求，从而能够创造良好的环境景观、改变城市风貌并提升区域竞争能力，给白坭的经济快速发展创造良好的投资环境。另外，择水而居是现代人追求的一种时尚，也是城市居民对自然的一种向往，改善河涌水环境会提升城市居民的居住条件，创造休闲舒适的娱乐环境，为构筑现代化商住新区打下坚实的基础[4]。
2.2 工程纵向布置
本工程整治河涌涌底高程为－0.256m，悬臂式挡墙顶高程与一期引涌相适应取1.944m，墙后放坡，坡顶高程参考片区竖向规划图以及现场实际地形，确定为3.244m～4.744m。
2.3 主要建筑物
2.3.1 河涌
(1)拓宽整治1号涌长2620m
①1号涌－1段新建密排松木桩护岸290m，河涌底清淤至高程－0.256m，河涌宽度设置为10m；
②1号涌－2段新建悬臂式挡墙1000m，基础处理为压石挤淤，墙顶高程1.944m，墙后按1∶2坡比放坡至设计堤顶高程3.444m；
③1号涌－3段新建悬臂式挡墙510m，基础处理采用6排ϕ150的5m混凝土预制桩梅花形布置＋800厚压石挤淤，墙顶高程1.944m，墙后按1∶2坡比放坡至设计堤顶高程4.244m；
④1号涌－4段新建悬臂式大挡墙820m，其中300m新建挡墙基础处理采用4排桩径300的11m长PST薄壁管桩，桩间距1.5m。挡墙墙顶高程3.744m；
其余520m新建挡墙基础处理采用9排ϕ150的5m混凝土预制桩梅花形布置＋800厚压石挤淤，挡墙墙顶高程3.744m。
(2)整治2号涌长1280m
2号涌新建河涌护岸1280m，两岸自然放坡，坡度为1∶2.5，坡顶高程3.244m。
(3)整治3号涌长2440m
①3号涌－1段新建悬臂式挡墙680m，河涌底高程－0.256m，基础处理为压石挤淤，墙后按1∶2坡比放坡至设计堤顶高程3.744m；
②2号涌－2段新建悬臂式挡墙770m，基础处理为密排7mϕ500水泥搅拌桩，墙顶高程1.944m，墙后按1∶2坡比放坡至设计堤顶高程4.744m；
③3号涌－3段新建悬臂式挡墙600m，基础处理为压石挤淤，墙顶高程1.944m，墙后按1∶2坡比放坡至设计堤顶高程3.744m；
④3号涌－4段新建密排松木桩护岸290m，河涌底清淤至高程－0.256m，河涌宽度设置为8m。
对整治的河涌进行拓宽河道、新开河涌等措施，提高控制片区的排涝能力至“30年一遇24小时暴雨一天排干，内河涌控制水位均不超过2.544m”的规划标准，整体提高了白坭镇鸡陵岗片区的排涝体系和排涝能力，并满足周边农业灌溉和河涌景观用水的需求，保障了城市排涝安全。
2.3.2 桥涵
拟建5座桥涵，行车荷载为公路－Ⅱ级，采用预制吊装法施工，桥面净跨33m，桥面含防撞栏宽7.0m，桥面高程3.244m，桥涵两端各采用宽10m搭板与现状地面接顺。桥梁基础采用ϕ1200钻孔灌注桩基础。
2.4 地基处理
目前常用的基础形式有水泥土搅拌桩复合地基、预应力管桩、钻孔桩、木桩等，本工程场地松软土层厚度大，地下水位浅，根据地区经验，不宜采用人工挖孔桩。钻孔桩灌注桩虽可获得较高的单桩承载力，稳定性好但造价偏高，施工工期较长，且有泥浆排出污染环境。锤击预应力管桩穿透力强，可获得较高承载力，但经控制贯入长度不能太小。本工程主要有悬臂式挡墙和桥涵工程，部分涌段挡墙挡土高度较大，根据场地工程地质条件，环境条件并结合拟建水工建筑物结构特点，可选用压石基础、水泥搅拌桩复合地基、木桩复合地基三种基础形式[5－7]。
本工程整治岸线较长，沿途地质条件变化较大，采用同一种基础形式显然是不合理的，因此，设计将根据不同的建筑物形式和特点以及工程地质条件，综合考虑地形地貌和环境特点，对不同的建筑物形式采用不同的基础处理方案[8－9]。涉及地基处理的建筑物主要有悬臂式挡墙和5座桥涵。
悬臂式挡墙建基面多位于淤泥质土层，根据挡墙挡土高度的不同，选择不同的地基处理方法。
(1)1号涌2段、2号涌、3号涌1段、3号涌3段河涌悬臂式挡墙挡土深度分别为3.7m，3.5m，4.0m，4.0m，初步拟定采用800厚压石进行基础处理；
(2)1号涌3段、1号涌4段为大悬臂式挡墙挡土，高度为4.5m，基础处理初步拟定采用9排ϕ150的5m混凝土预制桩梅花形布置＋800厚压石挤淤；
1号涌－4段其中300m部分淤泥层较厚5m桩无法穿透淤泥层，单独采用4排桩径300的11m长PST薄壁管桩，桩间距1.5m；
(3)3号涌2段由于靠近公路，且挡土高度较大，因此，地基处理拟设计为密排ϕ500水泥土搅拌桩，桩长7m。
通过地基处理，提高了地基土的承载力，降低了压缩性。因土层内夹有薄层粉砂或粉土而产生管涌或流砂，地基处理也可改善地基的透水特性，增强了地基土对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用。
根据«佛山市海绵城市建设水务技术指引»表1的分类要求，本工程为河涌岸线整治，属于生态岸线恢复类别，应该满足防洪排涝标准及生态岸线恢复率的水务指标要求[10]。
表1 水务指标分类
根据«佛山市三水区城市排水防涝设施建设规划(2014－2020)»的规划要求，本工程区域排涝标准近期采用20年一遇最大24h暴雨一天排干不致灾，远期2030年为30年一遇最大24h暴雨一天排干不致灾.本工程设计排涝标准为30年一遇最大24h暴雨一天排干不致灾，满足«佛山市三水区城市排水防涝设施建设规划(2014－2020)»的规划要求，防洪排涝标准的水务指标满足要求。
表2 佛山市水务系统海绵城市建设指标
本工程为新建引涌工程，具有排涝及引水功能，但工程用地受到较大限制，在此情况下，首先满足排涝标准要求，同时考虑与周围建筑，市政条件衔接及生态岸线设计。本工程除1号涌1段，3号涌4段680延米之外，其余涌段均布置有景观绿植，未破坏原有河涌的生态结构，满足海绵城市的要求，生态岸线率达89.27%，大于佛山市水务系统海绵城市建设指标要求的80%，生态岸线率满足要求。
表3 海绵城市建设指标
工程结合城市化的要求，在原有河涌的基础上整治了河涌两岸，新建了岸墙美化两岸景观。经计算，经济内部收益率EIRR分别大于社会折现率8%，经济效益费用比ERCR大于1，说明该项目在经济上是可行的。特别需要指出的是，在国民经济评价分析计算中仅考虑减免内涝灾害作为本工程的效益。其他诸如排污换水、改善环境等其他效益因缺乏资料，其效益计算难以量化，故在计算中不计入效益，但国民经济评价指标仍较优越。
海绵城市经济社会的快速发展要求更高标准的排涝设施提供保障，防洪区的排涝建设是创造良好城市景观、城市风貌、提升城市居民居住条件的需求。三水区防洪排涝能力提升工程达到了规划的排涝标准，切实保障了当地社会发展，也满足了中部和南部片区农业灌溉和河涌景观用水的需求，从而改变了城市风貌并提升了区域竞争能力，给白坭的经济快速发展创造良好的投资环境，为构筑现代化商住新区打下坚实的基础。
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