湿陷性黄土地区海绵城市建设雨水渗蓄风险防控

3 湿陷性黄土场地海绵城市建设风险防控典型措施

3.1 主动消除湿陷性法

《湿陷性黄土地区建筑标准》中根据建筑类别、湿陷性黄土等级与厚度、地基承载要求等给出几类典型地基处理方法（挤密、强夯、垫层、注浆、预浸水等）及其适用范围。这些方法主要针对具有较大自重、明显增加场地荷载（附加应力）、须严格控制结构沉降的建（构）筑物。对于一般浅表性海绵设施而言（植草沟、下凹式绿地、生物滞留设施等）不会增加下方土体荷载，通常采取沟槽开挖、素土夯实后铺设防渗土工膜的方式处理；对于钢筋混凝土雨水池、排水沟、溢流井、沉砂井等设施，多采用换填垫层法（土垫层、3∶7灰土垫层等）处理（见图3），处理深度及范围根据下卧土层承载力确定；对于自重湿陷性场地大体量、深层混凝土雨水调蓄池（库）建设，可采用换填垫层、冲击碾压、强夯、灰土挤密桩等方式组合处理，消除地基全部或部分湿陷量，或采用桩基础穿透全部湿陷层。对于湿陷性黄土层较薄（<3 m）场地，综合考虑安全性、经济性基础上，可采取一定范围整体换填方式消除设施下方基础湿陷性（见图4）。上述施工均须评估对临近建筑、市政设施、地下管线等变形与稳定的影响。

3.2 设置安全防护距离法

若建设场地较大，海绵设施与建（构）筑物间满足安全防护距离，则可不采取防渗（漏）处理措施或只做有限处理。《湿陷性黄土地区建筑标准》中规定了不同地基湿陷等级、不同建筑类别下埋地管道、排水沟和水池与建筑物间防护距离（见表1），可指导海绵设施布置。

实际工程中，上述距离难以保证时（市政道路侧分带及湿陷等级较高的高密度建筑小区），一般可采取两种方式间接防护：

（1）避开临近绿地，将屋面、地面径流通过防渗型传输设施引流至开放空间远离建筑的公共绿地、红线外绿地等集中调蓄。图5a山城名邸小区海绵化改造时，将屋面及路面雨水通过现状雨水管、排水沟、截水沟引流至多功能雨水广场集中调节控制，避开建筑宅前绿地；图5b空港花园小区海绵化改造时，取消建筑散水排放，将屋面雨水立管通过环形管道连接后统一收集转输至远离建筑的公共绿地调蓄。二者皆采用此法。

（2）在海绵设施靠近建（构）筑物侧增加防渗措施，改变雨水渗流路径及对地基场作用影响范围，缩小设施与建（构）筑物基础水平防护距离。团队以常见多层（6层）建筑浅基础（埋深1.5 m）为对象，采用有限元法研究不同湿陷等级和水力条件下（压力水头0.2 m），雨水花园底部渗流点距建筑物基础水平距离L值对地基土含水量、应力场及沉降等影响（见图6）。

以地基不均匀沉降模拟结果与结构允许沉降差，得出不同湿陷等级场地雨水花园防渗设防距离L的优化结果：无湿陷性地基，L>1.0 m；Ⅰ级非自重湿陷，L>1.5 m；Ⅱ级非自重湿陷，L>2.0 m。《海绵城市建设技术指南》中关于设施边界距建筑物基础水平净距≥3 m的控制规定符合设防要求。自重湿陷性场地鉴于黄土本构关系和湿陷机理复杂性，未探明规律前，建议全防处理。上述结论可为相关工程提供参考，但仍需实践长期验证。

3.3 贯穿湿陷性黄土层法

当场地湿陷性黄土层厚度较薄，海绵设施结构深度大于湿陷下限深度时，可采用贯穿法（穿透整个湿陷层）处理。

图7为咸阳职业技术学院贯穿式渗井结构（上部钢筋混凝土滤料池+下部玻璃钢管），用于校园内无管网覆盖的易积涝区雨水渗排（汇流比1∶200，3年一遇1.5 h降雨控制）。其结构侧壁不开孔，地面径流经滤料池（填料体积分数：90%河砂+5%活化沸石+5%海绵铁；饱和下渗速率1.58×10-3 m/s）渗滤净化后通过玻璃钢管底部排泄，回补地下水。玻璃钢管贯入中砂层≥0.5 m，距地下高水位>4 m。4年来运行良好。此法在湿陷土层下限深度<10 m、土层下方潜水位以上有连续稳定砂层、周边无不良地质发育时适用，但在大厚度自重湿陷场地不宜设置。

3.4 防渗（漏）处理法

当湿陷性黄土层较厚，安全防护距离不足，周围建筑消除地基全部湿陷量或穿透湿陷性黄土层存在困难时，海绵设施防渗处理成为关键环节。防渗包括材料防渗、结构防渗两种形式（常联合使用）。材料防渗多用复合防水土工布、HDPE膜、GCL防水毯、防水水泥砂浆等；结构防渗常用防水砖墙、钢筋（素）混凝土防渗挡墙等，防渗同时亦可加强海绵设施及邻近建（构）筑物抗变形能力。图8为湿陷性黄土场地海绵型市政道路常用三种防渗处理方式，其分别适用于：侧分带较宽（4.5～6 m）、湿陷等级较低情形（见图8a）；侧分带较窄（2.5～3.5 m）、湿陷等级及道路等级较低情形（见图8b）和侧分带相对较宽（3～5 m）、湿陷等级及道路等级较高的换填段情形（见图8c）。三种方式工程造价：钢筋混凝土防渗挡墙>防水砖墙>自然放坡，根据侧分带空间，可单独或联合使用。