湿陷性黄土地区海绵城市建设中雨水渗漏的防治。

指南：针对湿陷性黄土地区海绵城市建设中雨水渗入造成环境地质灾害风险的问题，系统地借鉴全国海绵城市建设试点经验，将理论研究与工程实践相结合，提出建议在湿陷性黄土地区发展海绵城市设计预评估建议和方法，并探索建立包括积极消除湿陷性，设定安全保护距离，穿透湿陷性黄土层，防渗处理，加强排水，变形观察的系统（监测和处置）化学预防和控制系统.

0前言

在我国不同地区，海绵城市的建设路径和方法存在差异，尤其是在湿陷性黄土，黄土等特殊地质地区海绵城市的适宜性膨胀土.顾虑和疑问.海绵城市的建设强调雨水"渗流，停滞，贮存，净化，使用，排污"的技术措施和总源径流-峰值污染等的综合管理和控制.与传统的"快速排污"相比"模式"，它增加了雨水在下层表面的停留时间.除了总的入渗量和储存量外，一些措施还可以指导雨水的深层入渗.当在可湿陷的黄土和膨胀的土壤等地质地区实施时，雨水渗漏很可能导致土壤结构下沉或膨胀，承载力迅速下降.建筑物（结构）基础安全问题.到目前为止，国家法规还没有针对上述特殊地质地区的海绵城市建设提出明确的技术指导方针.大多数相关的城市工程实践都采用"严格预防和死亡预防（完全防渗）"方法，或建立"豁免清单（在特殊地质地区不进行建筑）".缺乏科学依据.为此，笔者通过国家试点城市调查，结合团队专项研究，讨论了对湿陷性黄土地区海绵城市建设的合理认识，鼓励开展项目设计预评估等工作，并提出了典型的措施.预防和控制雨水渗透风险.其适用方案.

1对湿陷性黄土地区海绵城市建设的认识

我国湿陷性黄土分布广泛，主要集中在处于自然状态的干旱和半干旱气候区.高孔隙率和低湿度（自然湿度≤塑料极限水含量）是可折叠性的重要条件.湿陷性黄土的组成以粉砂为主，其中粗粉砂（0.01-0.05 mm）颗粒占多数，而粘土（0.005 mm）和细砂（0.1-0.25 mm）颗粒则较少.粗粉颗粒在黄土的结构中起骨架作用，细粉颗粒附着在其表面上，并用作土壤中粘土颗粒和胶体物质（如无定形盐）的填充剂.当遇到水时，土壤在自重或附加压力作用下的大量沉降归因于干旱引起的干旱气候（蒸发深度大于降水深度，压力和湿度差）的形成机制.-压实状态（富含空隙），垂直接缝发展），另一方面，内部的粒间胶结剂变软（被盐晶体溶解），强度降低并破裂.

有人质疑湿陷性黄土地区海绵城市的建设，"水变色"问题的根本原因可以归结为两个原因.

1.1对黄土湿陷性的机理和触发条件缺乏了解

黄土湿陷性的影响是由土壤本身的微观结构（粘土含量和发生状态，共同确定孔隙结构，水泥性能等）和环境因素（湿度，载荷，周围建筑物基础的埋入条件等）.在工程实践中，水含量和负载压力通常被用作触发塌陷和变形的重要因素.当自重湿陷性黄土的水含量达到一定程度的饱和时，会发生大量的附加沉降（水含量增加，土壤质量会发生湿变形，而当达到一定程度时，变形会急剧增加）.除土壤水分饱和度的影响外，当叠加在外部荷载压力上的自重压力大于初始的可塌陷压力时，就会发生非自重的可湿陷黄土.为了评估这种影响，《湿陷性黄土地区建筑标准》根据湿陷系数测量区间（0.015〜0.03、0.03〜0.07、0.07）划分了黄土湿陷程度（轻，中，强）.塌陷量以其自重计算，塌陷量除以场地的基础塌陷度等级（I级，II级，III级，IV级非常严重），并给出了不同的建筑类型和等级的湿陷性黄土地基处理方法和构造，结构，给水和排水设计等.防护措施.在湿陷性黄土地区发展海绵城市时，必须对水文和气象，地形和地貌，性质，等级，厚度，以及该地区黄土的施工环境，并根据当地情况进行设计.同时，应注意：

1在湿陷性黄土场地和市政基础设施上建造房屋时，已采取了相应的地基处理以及结构和防水设计，并给出了安全裕度（设置保护距离，外部膨胀基础处理等），并应尽量减少海绵设施的布局和连接.现有保护系统的干扰确实会产生影响，必须采取加强的保护措施（材料，结构防水）；

2城市发展与建设开挖和填土置换（道路开挖，在建筑社区中建造地下车库等），洪水在灌溉或胁迫过程中，受高度扰动的黄土具有相对较高的消除塌陷度或不再塌陷的作用；

3在海绵设施的建造过程中，对于一定范围的可湿陷的黄土，层上部的压力起到"减轻负荷"的作用（远离可湿性初始压力的临界点） ，防治重心应集中在高品位，大厚度的可塌陷区域，建筑物（构筑物）结构基础应邻接由于海绵设施的空间有限，雨水的预防和控制；

4远离建筑物（结构）结构基础的可塌陷场所（低风险区域）可以用作集中式暴雨防洪空间.

1.2对海绵雨水设施的结构和操作原理缺乏了解

海绵雨水设施的类型很多，并且根据其主要功能（许多设施具有多种功能） ，它们可以分为：渗透设施（绿色屋顶，通透性道路，凹陷的绿色空间，生物滞留设施，渗漏池，渗漏井等）.），传输设施（草沟，排水沟，渗水管（沟）），存储设施（水库，调节池，调节池等），净化设施（*雨和废弃设施，过滤设施，湿地等）和其他辅助设施.除了渗透井，水库和其他设施外，大多数源社区和市政道路都使用表层设施（结构深度为2 m，可渗透路面，草沟，凹陷的绿地和生物保留设施*为广泛）.因此，预防和控制的重点应放在避免雨水从渗透到土壤中深层的设施中无组织地渗入.

通过评估，当雨水渗入有损坏建筑物基础和道路结构的风险时，一方面，设计安全保护距离（结合场地坍塌程度，建筑物（结构）基础形式）以及应力场范围，土壤压实等研究与论证），在距离不足时加强防渗处理；另一方面，谨慎使用全渗透性设施，在渗透和蓄水设施的结构中设置空管和防渗层，缩短雨水蓄水时间.

海绵设施对集水区总径流，峰值和集水区污染的控制效果取决于其结构设计.图1显示了典型的生物滞留设施的结构.

在降雨期间，除了由过大的渗流引起的溢流和排水外，雨水渗入并停留在结构，净化和排泄过程中可分为顶水存储，种植层和砾石层内部的水存储，入渗土壤或底部流出物，在计算其体积时已考虑在内，请参阅公式（1）：

在公式V――生物滞留设施的储存量m3中;

A――设施的表面积m2;

hx，hz，hl-分别表示设施临时含水层的深度，种植土壤层的深度和砾石排水层的深度m;

nv- -植物的截面积占水层表面积的比值，％;

nz，nl――分别是种植土壤层和砾石层的平均孔隙度;

fm――土壤入渗速率，mm / h；

t――降雨持续时间h.

除调节存储量外，在设计时还必须考虑清空时间.设备的排空时间与设备的总渗透率有关.太慢会影响植物的生长（对洪水的耐受力），蚊子的繁殖，太快会影响径流和减少污染的效果.通常，生物滞留设施的排空时间上限为48小时，下限不应少于6小时.根据达西定律，大致考虑到种植土壤层和砾石层的孔隙水饱和度，推导了存储量与排空时间之间的关系，如公式（2）所示：

其中te――设施的排空时间h;

kz，kl――该设施的置换土层和砾石层的饱和渗透系数设施，毫米/小时.

因为砾石层的饱和渗透系数比种植土壤层大得多（种植土壤层的雨水渗漏过程是设施整体渗透的"限速步骤"） ，里面通常有一个自由水面，因此公式（2）可以简化为公式（3）：

在可折叠的场所，出于安全考虑，防止设施中长期储水（在水压下沿薄弱点泄漏），应尽可能缩短设施的排空时间，不难看出从公式（3）可以看出，增加种植土壤的渗透系数是一种方法.这可以通过改善种植介质或部分牺牲项目中径流污染控制的效果来实现.这是安全*的选择.但是，不能无限地增加渗透率（需要植物生长和径流控制的有效性），因此可以通过增加砾石层中带孔排水管的排水能力来实现设计.

用于渗透性铺路，调节池塘等设施.，还可以改善底部渗水管和通风管的排水能力，以减少雨水滞留，并结合加强的防渗处理，以减少雨水积聚和泄漏的风险.

2湿陷性黄土地区海绵城市建设的预评估

为确保湿陷性黄土地区建筑物（构筑物）的安全，合理开展海绵城市建设并避免次生灾害作者建议在海绵城市的特别规划和项目勘测与设计阶段进行预评估工作，以指导工程设计并将其与施工，运营和维护反馈相结合，以形成闭环控制.在设计阶段对预评估工作的建议包括：

（1）站点环境分析.在分析传统海绵城市的特殊设计场地（地形垂直，当前场地排水方法，内涝点，管网分布，绿地与建筑物（结构）之间的空间关系等）的基础上，进行了详细的调查.进行以弄清建议场地的湿度.埋深，厚度，塌陷系数和下沉黄土类型，塌陷的初始压力和含水量的变化深度，塌陷等级的平面分布，地下水位，渗流变形和承载力参数；地上和地下建筑物（结构）的类型和重量，地基形式，承载力，地基处理方法.这些与海绵雨水设施的选择，结构设计，布局和防渗方法直接相关.

（2）适用的海绵城市技术措施分析.根据以上分析，结合海绵城市建设要求（年度径流控制率，年度径流污染减少率等），分析场地的垂直和下垫面，划分集水区，设计雨水组织.，然后执行设施选择.应该注意设施的选择：

1应该采用表面设施.对于厚度大于等于Ⅱ级的湿陷性黄土层，不应安装较深的大型渗透设施（防渗井，防渗池等）；传输设施应采用防渗漏沟或混凝土，树脂，HDPE排水沟等.不宜使用防渗管（排水沟）.

2该设施的结构设计基于"临时调节和存储（剖面），缩短雨水存储时间，适度限制或不可渗透"的原则以及自重可折叠场所（ II〜IV级）住宅区，市政道路和海绵设施必须配备不透水层和排水系统；非可塌陷的轻型场所，无不利的地质开发，大型建筑工地以及防渗和固位设施及建筑物（构筑物）均符合"当《黄土湿陷性地区建筑标准》规定安全保护距离时"的要求.不需要.

3对于各级湿陷性黄土基础上的海绵设施，当基础的湿陷性变形，压缩变形或承载力不满足设计要求时，应根据不同的土质和受压层黄土层中采取了诸如处理，防水和结构措施等措施.4设施布局应优先选择外部公共绿地和红线外的绿色空间，远离建筑（建筑物）地基；设施的溢流雨水应连接到附近的社区或市政管网，并应尽量减少新的长距离，高密度地下连接管理，以避免现场已有地基处理，防水层和保护结构损坏或干扰.

在此原则下，完成海绵设施选择，规模计算，结构设计和平面布置的初步计划.

（3）现场海绵施工中的安全风险预判.使用数值模型，分析和评估上述方案对邻近建筑物（结构）的变形和稳定性的影响.可以使用GeoStudio，ABAQUS和其他软件进行评估，过程如图2所示.

根据模拟分析，确定站点不同区域的风险等级；评估*不利的工作条件（长期产品用水）的致灾影响，加强对薄弱环节的处理，指导设施布置，加强防渗和地基处理措施，并反馈设计和施工.在此原则下，优化设施的选择和布局，指导方案的比较和选择，并完成详细的图纸设计.