廣州港南沙港區四期工程海綿港口設計

羅佳文，李 彬，鐘良生

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510290)

2019年11月，交通運輸部等9部委頒發了《關于建設世界一流港口的指導意見》，提出建設安全便捷、智慧綠色、經濟高效、支撐有力、世界先進的世界一流港口的高質量發展要求[1-2]。在生態環保及節能低碳優先的新形勢下，廣州港南沙港區四期工程將“海綿城市”建設理念融入港口建設當中，實現港口建設和自然生態系統相協調，增強港口防洪排澇能力，力求將港口建設成“生態化海綿港口”。

以廣州港南沙港區四期工程為例，結合生態化海綿港口的設計思路，根據JTS/T 105-4—2020《綠色港口等級評價指南》中生態環保與節能低碳的要求，重點從港區功能布局來分析可采用的海綿港口工程性措施，為類似生態化海綿港口建設提供參考。

1 工程概況

廣州港南沙港區四期工程位于南沙作業區(龍穴島)規劃的中部挖入式港池，東南側緊鄰已建的南沙港區一期工程，陸域西側有規劃物流園區及規劃鐵路物流中轉站，北側與糧食碼頭隔海相望。該項目是華南片區第1個采用“多泊位，堆場水平布置，港區自動化”模式的自動化集裝箱碼頭，港區陸域總面積約120.6萬m2，主要分為碼頭前沿作業區、堆場作業區、輔建區。

2 海綿港口建設理念

低影響開發雨水系統的徑流總量控制一般采用年徑流總量控制率作為控制目標。低影響開發雨水系統、雨水管渠系統及超標雨水徑流排放系統是海綿港口建設相互依存的重要基礎元素。低影響開發雨水系統通過采用滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術，如綠色屋面、下凹式綠地、透水鋪裝等，從而有效控制徑流總量、徑流峰值和徑流污染；雨水管渠系統應與低影響開發雨水系統共同組織徑流雨水的收集、轉輸與排放；超標雨水徑流排放系統用來應對超過雨水管渠系統設計標準的雨水徑流[3]。

3 海綿港口工程性設施

3.1 下凹式綠地

在港口輔建區的傳統景觀綠化設計中，道路兩旁綠地一般采用路緣石與道路分隔開，綠地高程比路面高程高出10 cm左右；在生態化海綿港口中，下凹式綠地高程低于周邊道路高程。降雨時，大部分雨水通過缺口路緣石進入下凹式綠地下滲存儲，當超過下凹式綠地的受納能力時，超標雨水通過溢流雨水口排放至港區雨水管網系統；少部分雨水通過道路兩側雨水口直排至港區雨水管網系統。

下凹式綠地的下凹深度宜通過綜合考慮植物耐淹性能和土壤滲透性能確定，一般為100～200 mm。下沉式綠地內一般應設置溢流雨水口，保證暴雨時徑流的溢流排放，溢流口頂部高程一般應高于綠地50～100 mm。下凹式綠地典型構造見圖1。

圖1 下凹式綠地典型構造

3.2 透水鋪裝

在港口輔建區的非機動車道和人行道采用透水鋪裝，按照面層材料不同可分為透水磚鋪裝和透水水泥混凝土鋪裝。降雨時，雨水可以通過透水鋪裝滲透到路基或者周圍土壤加以蓄存，既可保持道路的原有設計功能，又可以進行雨水收集。透水鋪裝結構符合CJJ/T 188《透水磚路面技術規程》和CJJ/T 135《透水水泥混凝土路面技術規程》的規定。當透水鋪裝對項目所要求的道路路基強度及穩定性有較大影響時，可采用半透水鋪裝結構；當項目土壤滲透能力較低時，應在透水基層內設置排水盲管；當透水鋪裝設置在地下室頂板上時，頂板覆土厚度不應小于600 mm且應設置排水層。透水水泥混凝土、透水磚典型路面結構見圖2。

圖2 典型路面結構

3.3 綠色屋頂

綠色屋頂也稱種植屋面，其基質深度根據植物需求及屋頂荷載確定，簡單式綠色屋頂的基質深度一般不大于150 mm，屋頂上設置有雨水斗及雨落管，綠色屋頂的設計可參考JGJ 155種植屋面工程技術規程。降雨時，雨水經種植屋面滲透后，通過泄水口收集至屋面雨水邊溝，內設雨水斗進一步收集雨水至雨落管，最終流入室外雨水管網系統。綠色屋頂不僅可以截留部分初期雨水，而且有一定的隔熱作用，對建筑物有明顯的節能減排效果。平屋面、坡屋面綠色屋頂見圖3。

圖3 屋面綠色屋頂

4 設計方案

廣州港南沙港區四期工程陸域總面積約120.6萬m2，主要分為碼頭前沿作業區、堆場作業區、輔建區。在“生態化海綿港口”設計中，需根據不同區域的功能及特點，統籌考慮工程性海綿設施的布置。

4.1 碼頭前沿作業區

港區碼頭前沿作業區為四期工程主要作業區，面積為19.4萬m2，占港區總陸域面積的16%，基本實現全自動化，不適宜設置海綿工程性設施。在不影響碼頭作業的前提下，可考慮設置簡單的綠地，降雨時綠地可滲蓄少部分雨水，大部分雨水由區內雨水管網系統收集排放。同時，適當的綠地景觀可減少揚塵、凈化空氣，改善碼頭前沿作業區的工作環境。

4.2 堆場作業區

堆場作業區以道路和堆場為主，多數為混凝土或聯鎖塊鋪面，透水鋪裝可應用于該區域。在透水鋪裝設計中，需要考慮道路的荷載，針對不同功能的道路采用不同的設計方案。此外，綜合考慮港區道路及堆場區的高程，項目堆場區采用箱角梁基礎，在保證集裝箱正常堆存的前提下，適當降低堆場區高程，使箱角梁頂高程高出堆場區域地面，利用高差形成天然的蓄水池，既可以蓄水，發生暴雨等惡劣天氣時又可避免集裝箱貨物造成經濟損失，增加港區抵抗極端天氣的抗風險能力。

本工程港區堆場區面積為46.8萬m2，占港區總陸域面積的39%。碼頭箱角基礎高程6.1 m，軌道梁高程5.78 m，箱間區鋪面高程5.73～5.78 m，由箱區兩側往中間傾斜，坡度約3‰，箱區平均下凹深度約0.25 m，總蓄水能力約11.7萬m3。下凹式堆場平面布置見圖4，下凹式堆場標準箱區斷面見圖5。

圖4 下凹式堆場平面布置

圖5 下凹式堆場標準箱區斷面(高程：m；尺寸：mm)

4.3 輔建區

輔建區是最適宜生態化海綿港口建設的區域，下凹式綠地、透水鋪裝、綠色屋面等工程性海綿設施均可運用于輔建區。在考慮屋面荷載的前提下，各建筑單體合理布置綠色屋面，建設節能環保型的綠色建筑；下凹式綠地與區內道路協調布置，保證道路雨水經缺口路緣石自流進入下凹式綠地；非機動車道、人行道和露天停車場在考慮使用功能的前提下均采用透水鋪裝。合理的海綿設施布置不僅增加了輔建區對雨水的調蓄能力，而且使整個區域錯落有致、美觀大方。

根據《廣州市海綿城市專項規劃(2016—2030)》，廣州港南沙港區四期工程屬于獅子洋建設流域08-04片區，土壤類型為壤土，用地類型為交通樞紐用地S3，項目年徑流總量控制率73%，對應的設計降雨量為28.5mm。

輔建區建筑總用地面積2.89萬m2，下墊面主要為屋面、鋪裝、綠化。該區域的海綿城市建設以滯留、凈化、存儲為主。通過透水鋪裝、下凹式綠地、綠色屋頂等海綿設施重新構建排水系統，設1個總排水出口，外接市政管網。

項目充分利用地面綠化進行下凹式綠地設計，地面鋪裝在適宜地區采用透水性鋪裝，合理布置綠色屋面，下墊面類型見表1。雨量徑流系數宜按GB 50014—2021《室外排水設計標準》和GB 50400—2016《建筑與小區雨水控制及利用工程技術規范》采用相應取值[4-5]，匯水分區的綜合雨量徑流系數見表2。

表1 輔建區下墊面類型

表2 輔建區綜合雨量徑流系數

輔建區需設計調蓄容積：面積28 900 m2，徑流系數0.57，年徑流總量控制率73%，設計降雨量28.5 mm，需設計調蓄容積469.48 m3。輔建區下凹式綠地調蓄容積：面積2 362 m2，下凹調蓄深度0.20 m，調蓄容積472.40 m3。

經上述分析計算，調蓄容積大于需設計調蓄容積，該項目海綿城市設計方案年均徑流總量控制率大于73%，滿足規劃中所要求的年徑流總量控制率73%的控制目標。

5 結語

1)在港口建設中引入“生態化海綿港口”建設理論，結合港口工程的自身特性，將自然途徑充分應用到港口排水系統中，結合港口建設中采用的各種海綿工程性措施，使得雨水得到存儲、滲透、凈化，控制輔建區總徑流量及初期雨水的污染，實現了“生態化海綿港口”的建設目標。

2)南沙四期工程的“生態化海綿港口”設計理念，改變了傳統港口建設中排出雨水完全依靠港區雨水管網系統的情況，在滿足港區排水能力的前提下，通過設置調蓄設施提升堆場區域排水設施的抗風險能力，減少極端天氣對港區造成的經濟損失。

3)碼頭前沿作業區基本上依靠自動化運作，工程性海綿設施不適宜在該區域設置。堆場作業區可采用下凹型設計，根據自動化集裝箱碼頭的特點，通過提高箱角梁基礎，降低箱區間鋪面高程，以高差形成天然的蓄水池，提升港區抵抗極端天氣的抗風險能力。輔建區采用下凹式綠地、透水鋪裝、綠色屋面等工程性海綿設施，改善輔建區辦公環境的同時，可對雨水進行調蓄和滲透凈化。