CN105862549B - 用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带及其施工方法。该生物净化滞留带包括从下至上依次设置在海绵城市市政道路分隔带内的防水土工布、碎石净水层、透水土工布、改良土净水层、防冲刷层、设置在分隔带中央的溢流井、沿海绵城市市政道路纵向设置在所述碎石净水层中的集水管、与所述溢流井底部连通的横向连接管，溢流井贯穿防水土工布、碎石净水层、透水土工布、改良土净水层和防冲刷层，并与集水管连通，所述横向连接管沿海绵城市市政道路横向设置。本发明的生物净化滞留带具有排水、渗水、滞水、蓄水、净水的功能，可用于市政道路及城市周边的干线公路，使市政道路变成海绵城市市政道路，促进了海绵城市的发展。

Description

用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种市政道路生物净化滞留带及其施工方法，可应用海绵城市市政道路建设，属于道路工程领域。

背景技术

海绵城市是国家提出的一种城市建设新理念。国家住房和城乡建设部要求到2020年，城市建成区20％以上的面积达到目标要求，到2030年80％以上的面积达到目标要求。由此可以看出，国家改善居民生活环境与城市水环境的迫切需要，海绵城市要求城市在下雨时具有渗、滞、蓄、净、用、排的功能。道路铺装在整个城市铺装的比重约为30％，存在着雨水冲刷路面导致径流污染、水资源浪费的问题，因此，充分发挥市政道路在海绵城市中的作用非常重要。一般的市政道路主要由机动车道、非机动车道、人行道、中分带、侧分带组成。由于对市政道路景观效果以及绿化率的不断提高，中分带以及侧分带的宽度在不断增大，在保证道路安全使用的情况下，发挥中分带与侧分带渗水、蓄水、净水、滞水、排水的作用显得非常必要。在目前的市政道路设计中，所有的分隔带高度均高于路表，根本无法起到上述作用，且从分隔带流出的雨水会污染路面，也将加重排水系统的压力。

为了将市政道路变为海绵城市的一部分，改善城市水资源环境，提出了一种用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带。海绵城市理念在2013年首次提出，2014年在南宁市及深圳市进行了初步探索，目前在各试点城市刚开始初步探索实践。海绵城市是一个系统工程，是一个区域的整体规划设计。例如南宁市、深圳的光明新区，是一个大区域的规划设计，但它们均未对占城市铺装面积接近30％的道路做具体的设计。与海绵城市市政道路相对应的是低影响道路，在国内外的低影响道路设计中，提出了采用排水路面、开口侧石、下凹式绿化带的要求，实现了道路排水的功能，却没有实现渗水、蓄水、净水、滞水的功能。发明专利《一种生态滤沟及其设计方法》公开了一种生态滤沟，依靠种植土和砾石的过滤的作用，降低城市道路径流污染，很明显种植土和砾石的削减能力有限，只能过滤大粒径的污染物。江苏省海绵城市试点城市镇江市，是全国海绵城市建设的典范城市，镇江在海绵城市市政道路建设中，采用了排水沥青路面、开口侧石、下凹式绿化带、溢流井，存在以下几方面的问题：(1)路表雨水径流直接进入排水管网，得不到净化与蓄存；(2)水资源浪费，无法得到应用。(3)溢流井与地表标高相同，雨水进入绿化带后直接进入溢流井，既易引起溢流井的堵塞，同时绿化带无法起到滞水、蓄水、渗水的作用。

发明内容

技术问题：本发明提供一种具有渗水、蓄水、净水、滞水、排水功能的用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带，同时提供一种该生物净化滞留带的施工方法。

技术方案：本发明的用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带，包括从下至上依次设置在海绵城市市政道路分隔带内的防水土工布、碎石净水层、透水土工布、改良土净水层、防冲刷层、设置在分隔带中央的溢流井、沿海绵城市市政道路纵向设置在所述碎石净水层中的集水管、与所述溢流井底部连通的横向连接管，防水土工布沿生物净化滞留带开挖基坑的整个边界铺设，所述溢流井贯穿防水土工布、碎石净水层、透水土工布、改良土净水层和防冲刷层，并与集水管连通，所述横向连接管沿海绵城市市政道路横向设置。

进一步的，本发明生物净化滞留带中，所述防冲刷层由2～5cm的10～20mm碎石组成，所述改良土净水层、碎石净水层与透水土工布组成雨水净化层。

进一步的，本发明生物净化滞留带中，所述改良土净水层由腐殖土、生物炭、细砂、种植土按照质量比5∶(3～7)∶(15～25)∶(65～73)混合而成，厚度为0.8～1.2m；所述的碎石净水层由厚度20～30cm的10～20mm的等粒径碎石组成；所述的溢流井的顶部高度低于路面设计标高7～10cm，由具有过滤功能的雨水篦子和排水井组成。

进一步的，本发明生物净化滞留带中，所述的生物炭粒径为30～60目，含碳量大于95％，所述的腐殖土为含有树木的枯枝残叶经长时间腐烂发酵的土壤，所述的细砂粒径为0.8～2mm，所述的种植土为适合植物生长的普通土壤。

进一步的，本发明生物净化滞留带中，所述集水管为直径为8～10cm的软式透水管，所述的透水土工布为具有过滤和渗透作用的土工布，所述的防水土工布为阻止雨水渗透的土工布。

本发明的施工上述用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带的方法，包括如下步骤：

1)根据市政道路设计的中分带及侧分带的宽度，确定生物滞留带的宽度，并进行生物净化滞留带的开挖；

2)砌筑溢流井，并在其下部设置横向连接管与非机动车道上的排水井相连；

3)沿开挖界面铺设防水土工布，两个防水土工布的接缝处至少重叠15cm，缝合必须连续进行，缝针距离边缘至少3cm；

4)沿生物滞留带纵向布设集水管；

5)从下至上依次施工碎石净水层、透水土工布、改良土净水层，得到净水层；

6)在改良土净水层下凹表面摊铺均匀厚度等粒径的10～20mm碎石，厚度为2～5cm，得到防冲刷层，下凹面底部距路面标高12～18cm。

进一步的，本发明方法中，所述步骤1)中，生物滞留带采用人工台阶开挖的方式，每级台阶高度为40～60cm，宽度为40～60cm，开挖深度为1.25～1.65m。

进一步的，本发明方法中，所述步骤2)中，溢流井的顶部高度低于路面设计标高7～10cm，并安装雨水篦子。

进一步的，本发明方法中，所述步骤5)的具体流程为：

①将20～30cm等粒径的10～20mm碎石填入生物滞留带，并采用人工摊平，得到碎石净水层；

②采用人工滚铺，在碎石净水层顶部布设透水土工布，接缝处至少重叠15cm，缝合必须连续进行，缝针距离边缘至少3cm；

③按照重量份数：腐殖土5份，生物炭3～7份，细砂15～25份，种植土65～73份，一起加入强制式拌和机或双卧轴桨叶式拌和机，拌和后取出，得到净化改良土；

④将净化改良土回填至生物滞留带，松铺系数为1.1～1.2，使得压实度达到65％～75％，压实后的厚度为0.8～1.2m，表层修整成下凹式，下凹面底部距离路面标高17～20cm，得到改良土净水层。

本发明净化滞留带由防冲刷层、净水层、集水管、溢流井、横向连接管、透水土工布、防水土工布组成，集水管为直径为8～10cm的软式透水管，所述溢流井为内径为60cm的排水井，下部设置横向连接管，所述的透水土工布为具有过滤和渗透作用的土工布，所述的防水土工布为阻止雨水渗透的土工布。溢流井由具有过滤功能的雨水篦子和排水井组成。本发明中所述的市政道路可以为含有侧分带的市政道路，含有侧分带的省道、国道，侧分带宽度均不宜小于2.5m。

本发明改良土净水层中含有生物炭、腐殖土、细砂，在生物滞留带内首次采用生物炭改良土壤技术，不仅能够很好的削减雨水中的重金属污染物，而且有利于植物的生长，提高植物的成活率，并且提高了生物净化滞留带的渗透能力。相应的新的生物净化滞留带结构可用于海绵城市市政道路排水系统，集排水、渗水、蓄水、滞水、净水功能于一体。

本发明的生物净化滞留带使市政道路具有了排水、渗水、滞水、蓄水、净水的功能，同时不影响道路的安全使用，使普通市政道路变成海绵城市市政道路。作为海绵城市市政道路，需对海绵城市市政道路的排水、渗水、滞水、蓄水、净水的能力进行评价。采用暴雨洪水管理模型、渗透系数试验、现场试验路观测、污染物削减能力评价试验，对海绵城市市政道路的排水、渗水、滞水、蓄水、净水能力进行评价，通过与普通市政道路对比分析结果表明，本发明的海绵城市市政道路具有非常有效的排水能力、渗水能力、滞水能力、蓄水能力、净水能力，使市政道路变为海绵城市的一部分，可用于新建或者改建市政道路建设。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

海绵城市在中国处于起步阶段，国内已建成的海绵城市道路与世界上其他国家相关的低影响道路，只着重考虑了道路的排水与蓄水功能，特别忽略道路自身的净水功能。本发明与已有的海绵城市道路的主要差别有：

(1)提高滞水和渗水能力。生物净化滞留带内设置溢流井，目前已有的溢流井标高与地表相同，雨水进入绿化带后直接进入溢流井。本发明溢流井顶面标高高于土表8cm，雨水进入生物净化滞留带内，先渗透，使得生物净化滞留带能渗透、蓄存更多的雨水，尽可能的发挥生物滞留带的作用。只有降雨强度非常大，即生物净化滞留带内积水深度达到5～8cm后，才由溢流井排水，防止了雨水过大淹没生物净化滞留带；

(2)净化雨水，削减雨水污染物。由于路面使用过程中产生的油污以及其它重金属污染，雨水冲刷后形成污染径流，若直接排入雨水管网，无疑将会引起水资源污染。目前已有的生物滞留带采用的均是种植土和碎石，种植土和碎石有一定的净化能力，但削减污染物的能力有限。本发明首次采用了改良土净化层，由生物炭、腐殖土、细砂、种植土组成，生物炭具有多孔结构、较大的比表面积和很强的吸附能力，能够非常有效的吸收雨水中的重金属和有机污染物。腐殖土中含有腐殖质，腐殖质对重金属污染物也有很好的吸附能力，从而净化雨水中的污染物，保护水体。经改良土净水层净化后的雨水，可能会带走改良土层中的土颗粒，若直接进入集水管易造成堵塞。因此，在改良土层底部设置了一层透水土工布，并在土工布下设置25cm的碎石层，进一步净化雨水。

(3)改良土净化层设计有利于植物生长，提高植物的成活率。改良土净化层中加入了生物炭、腐殖土、细砂、种植土，生物炭的多孔结构、比表面积大和吸附能力强的特点，能够增加土壤肥力、保持土壤肥力的作用。腐殖土本身是非常适合植物生长的土壤，含有植物生长的各种营养成分。细砂的加入可以有效增强植物的根部呼吸作用，从而有利于植物生长，提高植物的成活率；

(4)提高生物净化滞留带的渗透能力。本发明改良土净化层中加入了细砂，细砂可以提高土壤的渗透系数，加速雨水下渗速度，使得生物净化滞留带蓄存和净化更多的雨水；

(5)收集净化后的雨水。软式透水管收集经改良土净水层和碎石净水层净化后的雨水，在一定距离处可设置蓄水装置，将收集到的雨水用于清洗路面或浇植物，节约了水资源；

(6)减轻了城市内涝。普通的市政道路均采用雨水井的排水方式，排水方式单一，且雨水井非常容易堵塞，造成排水压力大，导致了众多城市产生内涝。本发明的生物净化滞留带为下凹式分隔带，将侧石设置成开口侧石，则路面上的雨水可直接进入生物净化滞留带，经生物净化滞留带一系列的排水、渗水、蓄水、滞水和净水功能，不仅缓解了城市内涝，而且实现了海绵城市的功能；

附图说明

图1是本发明生物净化滞留带的结构示意图。

图中：1-溢流井，2-集水管，3-碎石净水层，4-防水土工布，5-改良土净水层，6-透水土工布，7-防冲刷层，8-横向连接管，b-生物净化滞留带宽度，H-生物净化滞留带深度，d-溢流井直径。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和说明书附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

如附图所示，生物净化滞留带由防冲刷层7、改良土净水层5、防水土工布4、透水土工布6、碎石净水层3、集水管2、溢流井1、横向连接管8组成、，生物净化滞留带的施工方法，包括如下步骤：

步骤1，生物净化滞留带的开挖

根据市政道路设计的中分带及侧分带的宽度，生物净化滞留带的开挖宽度b等于侧分带宽度。如附图所示，生物净化滞留带采用人工台阶开挖的方式，每级台阶高度为50cm，宽度为50cm，开挖深度H为1.45m。

步骤2，砌筑溢流井

溢流井1的砌筑方法与道路上的排水井相同，间距为40m，内径d为60cm，下部设置横向连接管8与非机动车道上的排水井相连。溢流井1的顶部高度低于路面设计标高8cm，并安装雨水篦子。

步骤3，布设防水土工布

沿开挖界面铺设防水土工布4，采用人工滚铺，接缝处至少重叠15cm，缝合必须连续进行，缝针距离边缘至少3cm。

步骤4，布设软式透水管

沿生物滞留带纵向布设软式透水管2，软式透水管管径为8cm。

步骤5，铺设净水层

①将25cm等粒径的10～20mm碎石填入生物滞留带，并采用人工摊平，得到碎石净水层3。

②在碎石净水层顶部布设透水土工布6，采用人工滚铺，接缝处至少重叠15cm，缝合必须连续进行，缝针距离边缘至少3cm。

③按照重量份数：腐殖土5份，生物炭3份，细砂22份，种植土70份，选取腐殖土、生物炭、细砂、种植土，生物炭的粒径为30～60目，细砂的粒径为0.8～2mm，将腐殖土、生物炭、细砂、种植土按照比例一起加入强制式拌和机或双卧轴桨叶式拌和机，拌和20分钟后取出，得到净化改良土。

④将净化改良土回填至生物滞留带，松铺系数为1.1，并采用小型压实设备，使得压实度达到65％～75％，压实后的厚度为1m，表层用人工修整成下凹式，下凹面底部距离路面标高20cm，得到改良土净水层5。

步骤6，布设防冲刷层

在改良土净水层下凹表面摊铺均匀厚度等粒径的10～20mm碎石，厚度为5cm，得到防冲刷层7，下凹面底部距路面标高15cm。

采用暴雨洪水管理模型、渗透系数试验、现场试验路观测、污染物削减能力评价试验，对海绵城市市政道路的排水、渗水、滞水、蓄水、净水能力进行评价。暴雨洪水管理模型试验结果表明，相比于普通市政道路，采用生物净化滞留带的海绵城市市政道路地表综合径流系数减小54％，道路最不利位置积水深度减小6.2cm，调蓄总容积为2400m³。从现场取得未经净化的路表雨水和生物净化滞留带内软式透水管内的雨水，分析其中的重金属Zn、Pb、Cd、Cu的含量，经生物净化滞留带净化后的雨水中的污染物含量减小了40％。海绵城市要求污染物的削减率不低于40％，说明含有生物净化滞留带的市政道路具有非常好的排水、渗水、滞水、蓄水和净水功能，加快了海绵城市的建设。

实施例2：

实施例的不同主要在于改良土净化层组成的不同，其组成比例的不同将影响到生物净化滞留带的净化能力和渗透能力。其余步骤均与实施例1相同或类似。

按照重量份数：腐殖土5份，生物炭7份，细砂15份，种植土73份，选取腐殖土、生物炭、细砂、种植土，生物炭的粒径为30～60目，细砂的粒径为0.8～2mm，将腐殖土、生物炭、细砂、种植土按照比例一起加入强制式拌和机或双卧轴桨叶式拌和机，拌和20分钟后取出，得到净化改良土。按照实施例1的步骤得到生物净化滞留带，厚度为0.8m。

采用暴雨洪水管理模型、渗透系数试验、现场试验路观测、污染物削减能力评价试验，对海绵城市市政道路的排水、渗水、滞水、蓄水、净水能力进行评价。暴雨洪水管理模型试验结果表明，相比于普通市政道路，采用生物净化滞留带的海绵城市市政道路地表综合径流系数减小57％，道路最不利位置积水深度减小6.6cm，调蓄总容积为1920m³。从现场取得未经净化的路表雨水和生物净化滞留带内软式透水管内的雨水，分析其中的重金属Zn、Pb、Cd、Cu的含量，经生物净化滞留带净化后的雨水中的污染物含量减小了46％。

实施例3：

按照重量份数：腐殖土5份，生物炭5份，细砂25份，种植土65份，选取腐殖土、生物炭、细砂、种植土，生物炭的粒径为30～60目，细砂的粒径为0.8～2mm，将腐殖土、生物炭、细砂、种植土按照比例一起加入强制式拌和机或双卧轴桨叶式拌和机，拌和20分钟后取出，得到净化改良土。按照实施例1的步骤得到生物净化滞留带，厚度为1.2m。

采用暴雨洪水管理模型、渗透系数试验、现场试验路观测、污染物削减能力评价试验，对海绵城市市政道路的排水、渗水、滞水、蓄水、净水能力进行评价。暴雨洪水管理模型试验结果表明，相比于普通市政道路，采用生物净化滞留带的海绵城市市政道路地表综合径流系数减小59％，道路最不利位置积水深度减小6.8cm，调蓄总容积为2880m³。从现场取得未经净化的路表雨水和生物净化滞留带内软式透水管内的雨水，分析其中的重金属Zn、Pb、Cd、Cu的含量，经生物净化滞留带净化后的雨水中的污染物含量减小了45％。

上述实施例仅是本发明根据实体工程的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带，其特征在于，该滞留带包括从下至上依次设置在海绵城市市政道路分隔带内的防水土工布(4)、碎石净水层(3)、透水土工布(6)、改良土净水层(5)、防冲刷层(7)、设置在分隔带中央的溢流井(1)、沿海绵城市市政道路纵向设置在所述碎石净水层(3)中的集水管(2)、与所述溢流井(1)底部连通的横向连接管(8)，所述防水土工布(4)沿生物净化滞留带开挖基坑的整个边界铺设，所述溢流井(1)贯穿防水土工布(4)、碎石净水层(3)、透水土工布(6)、改良土净水层(5)和防冲刷层(7)，并与集水管(2)连通，所述横向连接管(8)沿海绵城市市政道路横向设置，所述改良土净水层(5)由腐殖土、生物炭、细砂、种植土按照质量比5∶(3～7)∶(15～25)∶(65～73)混合而成，厚度为0.8～1.2m；所述的碎石净水层(3)由厚度20～30cm的10～20mm的等粒径碎石组成；所述的溢流井(1)的顶部高度低于路面设计标高7～10cm，由具有过滤功能的雨水篦子和排水井组成。

2.根据权利要求1所述的用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带，其特征在于，所述防冲刷层(7)由2～5cm的10～20mm碎石组成，所述改良土净水层(5)、碎石净水层(3)与透水土工布(6)组成雨水净化层。

3.根据权利要求1所述的用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带，其特征在于，所述的生物炭粒径为30～60目，含碳量大于95％所述的腐殖土为含有树木的枯枝残叶经长时间腐烂发酵的土壤，所述的细砂粒径为0.8～2mm，所述的种植土为适合植物生长的普通土壤。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带，其特征在于，所述集水管(2)为直径为8～10cm的软式透水管，所述的透水土工布(6)为具有过滤和渗透作用的土工布，所述的防水土工布(4)为阻止雨水渗透的土工布。

5.一种权利要求1、2、3或4所述用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带的施工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)根据市政道路设计的中分带及侧分带的宽度，确定生物滞留带的宽度，并进行生物净化滞留带的开挖；

2)砌筑溢流井(1)，并在其下部设置横向连接管(8)与非机动车道上的排水井相连；

3)沿开挖界面铺设防水土工布(4)，两个防水土工布(4)的接缝处至少重叠15cm，缝合必须连续进行，缝针距离边缘至少3cm；

4)沿生物滞留带纵向布设集水管(2)；

5)从下至上依次施工碎石净水层(3)、透水土工布(6)、改良土净水层(5)，得到净水层，具体流程为：

①将20～30cm等粒径的10～20mm碎石填入生物滞留带，并采用人工摊平，得到碎石净水层(3)；

②采用人工滚铺，在碎石净水层(3)顶部布设透水土工布(6)，接缝处至少重叠15cm，缝合必须连续进行，缝针距离边缘至少3cm；

③按照重量份数：腐殖土5份，生物炭3～7份，细砂15～25份，种植土65～73份，一起加入强制式拌和机或双卧轴桨叶式拌和机，拌和后取出，得到净化改良土；

④将净化改良土回填至生物滞留带，松铺系数为1.1～1.2，使得压实度达到65％～75％，压实后的厚度为0.8～1.2m，表层修整成下凹式，下凹面底部距离路面标高17～20cm，得到改良土净水层(5)；

6)在改良土净水层(5)下凹表面摊铺均匀厚度等粒径的10～20mm碎石，厚度为2～5cm，得到防冲刷层(7)，下凹面底部距路面标高12～18cm。

6.根据权利要求5所述用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带的施工方法，其特征在于，所述步骤1)中，生物滞留带采用人工台阶开挖的方式，每级台阶高度为40～60cm，宽度为40～60cm，开挖深度为1.25～1.65m。

7.根据权利要求5所述用于海绵城市市政道路的生物净化滞留带的施工方法，其特征在于，所述步骤2)中，溢流井(1)的顶部高度低于路面设计标高7～10cm，并安装雨水篦子。