摘要：西安唐大明宫国家遗址公园——御道广场建址于唐大明宫大遗址保护区，属国家重点文物保护区。其地处湿陷性黄土地区，东西向宽度为390m、南北向长度为594m，总面积为23.2万m²。建筑师要求广场铺装地面全部为零坡度、无排水明沟，这种纯平广场给雨水排水系统设计带来了新的技术课题。如何解决广场表面无坡度排水的困难，采用什么样的设计才能保证广场在重现期暴雨时不积水且快速排放，又以什么方式才能保证超重现期时的雨水蓄洪能力。本文着重探讨御道广场中根据上述特点设计的全透水有组织雨水排水系统的形式及难点解决方式，研究雨水设计流量计算参数的确定和系统实施工艺，以及采取一系列安全保护措施，从而满足了建筑师的要求。
　　关键词：透水混凝土纯平铺装地面　雨水蓄洪排水系统　设计重现期　排水主沟　收水支沟
　　中图分类号：TU823
　　文献标识码：A
　　文章编号：1004-8537(2012)01-0152-08
　　御道广场建设背景及广场设计思想
　　唐大明宫是中国历史上宫殿建筑的巅峰之作，具有丰富的历史内涵和重要的历史价值，是全国第一批重点文物保护区。
　　2007年2月国家文物局、财政部制定的《国家“十一五”期间大遗址保护总体规划》中，唐大明宫遗址被列为国家大遗址保护展示示范园区。2008年，西安市人民政府报请国家文物局批准，申请建设“唐大明宫国家遗址公园”，给大遗址的保护和利用创造了一个全新的“古遗址”与“新城市”的发展之路，“西安唐大明宫国家遗址公园——御道广场”大遗址保护工程应运而生。
　　“御道广场”是唐大明宫“一轴三区”格局的重要组成部分，殿前区的中轴线从南到北依次排列着丹凤门、御道、含元殿。在“御道广场”的设计中，建筑师的设计理念是要展现大明宫含元殿御道被历史尘封了1300多年的“青石漫铺、花砖精篆、古松参天”的昔日景象，并着力于御道广场的历史沧桑。
　　御道广场总面积为2312万m²，南北长594m，东西宽390m。广场南面是丹凤门，北面是含元殿，东西两侧临建福东路和望仙西路。广场以中轴线左右对称设计，土黄色的纯平硬质铺装面层、左右对称的树阵绿化种植、可移动的红色城市家具、LED景观照明等元素构成一个统一的“界面”，实现御道广场白天是肃穆、庄严、宏大、空旷的，而夜晚带给人们的则是亲切、繁华、时尚的感受。
　　据考古报告指出，御道广场地下唐代土层地面距现地面仅约1m左右。建筑师的核心指导思想在于大遗址保护的“原真性”，设想用最先进的技术手段构建出一个保护界面。本着“界面的构成基于真实、完整、可逆、可识别和全面保护的基本原则”，“这个界面越纯粹，折射到未来的光芒越深远，发展空间就越广阔”。因此要求广场整个铺装地面全部为零坡度，且在1m深的现代土层内建成一个绝对水平的广场，如同镜面一般折射出未来的光芒。
　　广场雨水排水方案及难点解决方式
　　根据现场地勘报告，御道广场区域属非自重湿陷性黄土地区，地基湿陷等级为1级，而且地下唐代土层地面距现地面仅约1m左右。为充分保证如上所述建筑师的设计理念，在唐土层以上到现地面的1300mm范围内完成土层处理、隔水、疏水系统、雨水排水沟埋设、城市家具轨道铺设及铺装面层的内容。绝对水平的零坡度广场地面，雨水不能从地表面顺坡流向排水设施，因此雨水排水系统只能打破常规设计方式，在地面下解决，成为设计难点。为保证广场不积水，将所有地面径流水全部快速导入地面下，再做疏水系统，设计成地面下的有组织雨水排水系统，成为解决问题的有效方法。
　　1.排水方案及排水流域划分
　　(1)地面雨水经过透水铺装面层到透水基层，经竖向疏水层、横向疏水层进入收水支沟，汇集到排水主沟，再排入埋在广场两侧树阵中的圆形雨水干管，最终排入丹凤门南面的自强东路下的市政雨水管网。
　　(2)御道广场全部汇水面积为136000m²，分为225个30m×18m的汇水单元。每个单元内铺设1条收水支沟，所有收水支沟汇集到15条贯穿东西方向的排水主沟。全部收水支沟均运用暗渠方式，排水主沟均运用明渠方式。不埋设收水支沟的地面全部铺设级配碎石，并将每一个汇水单元设计成三面找坡形式，坡向支沟和主沟。排水主沟随着城市家具的移动轨道及给水管沟、电气管沟设计成一个整体的混凝土构筑物。
　　2.广场排水断面做法
　　广场铺装及雨水排水沟断面具体做法是：在唐土层上做370mm厚的保护土层并做碾压，压实系数不小于0.95：再做500mm厚的3：7灰土，目的是对唐代土层、遗迹进行保护，为御道广场的有组织排水设计提供可靠的场地隔水层，为御道广场上设置地上(轨道和城市家具)、地下(排水主沟及电气管沟的整体构筑物)构筑物提供可靠的地基。其上做310mm的级配碎石透水基层，作为竖向疏水层；其中每间隔18m铺设1条收水支沟，其侧壁有040@200透水孔，在支沟外壁边缘铺设PP透水片材，做横向疏水。广场面层为120mm厚土黄色透水混凝土，保证雨水全部入渗至下层。
　　雨水排水蓄洪系统设计
　　1.气候、地质条件分析
　　设计雨水排水系统之前，需对当地气候、地质条件及市政条件进行分析。西安属于暖温带半湿润的季风气候区，雨量适中，四季分明。无霜期平均为219～233天，年降水日数96.6天，一年有三个降雨高峰时段，分别是9-10月的秋季，7～8月的夏季以及4-5月的春季。根据参考文献数据，年总平均降雨量为580.2mm，一日最大降雨量为92.3mm，一小时最大降雨量为39.4mm。年平均降雪日为13.8天(由于气候暖化，近年降雪较为罕见)。最大冻土深度为0.45m，最低日平均温度为－12.3℃，最热月平均温度为26.6℃。
　　西安市地处湿陷性黄土地区，湿陷性黄土层厚度>10m，黄土层厚度>30m，低阶地多属非自重湿陷性黄土，高阶地和黄土塬多属自重湿陷性黄土。御道广场所处区域具体地质条件根据地勘报告给出，属非自重湿陷性黄土地区，地基湿陷等级为1级。
　　御道广场东侧紧邻望仙西路，西侧紧邻建福东路。这两条道路上均设有市政雨水管道，设计标准为设计重现期取1年，综合径流系数取0.5，管径仅为DN500。这两条市政雨水管均向南接至自强东路的市政雨水管网。自强东路上的市政雨水管管径为DN1000，在丹凤门东西两侧分别有雨水井接口。
　　2.雨水量设计参数的确定
　　在御道广场雨水排水系统的设计中，收水支沟、排水主沟和圆形雨水干管是主要组成部分，其断面尺寸与雨水设计参数的取值有密切关系，且关系到广场的排水能力。
　　(1)御道广场划分的基本汇水单元为18m×30m=540m²，共225个。一个基本排水单元系统汇集9个汇水单元的雨水量。由于御道广场面层完全透水，将其视为无地面径流，透水时间和收水时间即为地面集水时间。地面集水距离小于50m，地面集水时间取5分钟。
　　(2)由于保护唐土层及隔水的要求，径流系数取0.9。
　　(3)依照广场性质的重要性，地面无排水坡度，积水时影响面大，并参照北京天安门广场的设计重现期取值，御道广场的设计重现期取10年。
　　(4)收水支沟降雨历时取5分钟，径流系数取0.9，降雨强度为306L(s·hm²)。排水主沟降雨历时取10分钟，径流系数取0.9，降雨强度为261L／(s·hm²)。圆形雨水干管降雨历时取14分钟，径流系数取0.84，降雨强度为239.7L／(s·hm²)。
　　3.雨水排水系统收水设施及排放设施设计
　　雨水排水系统的收水设施主要是透水面层、疏水层和收水支沟。排放设施主要是排水主沟和圆形雨水干渠。其断面尺寸决定了它们的排水能力。
　　(1)过水断面设计
　　收水支沟按矩形暗渠计算，排水主沟按矩形明渠计算。圆形雨水干渠按圆形排水管计算。经过详细计算选定，收水支沟过水断面尺寸为150mm×150mm；排水主沟过水断面尺寸为575mm×200mm：圆形雨水干渠管径为DN400～DN1000。
　　①收水支沟为侧壁透水的混凝土透水型排水沟，其水流断面为150mm×150mm，长度为30m，支沟做内找坡。取地面集水时间5分钟，径流系数0.9，汇水面积540m²，粗糙系数0.014，折减系数2.0，坡度0.7％，坡降210mm，收水支沟实际净尺寸最大处为150mm×400mm。3：7灰土层分别向支沟、主沟方向找坡，在主沟壁上每间隔6m开150mm×150mm方孔，将级配碎石层没有流入支沟的剩余水直接排至主沟。
　　②由于排水主沟采用与给水管沟及电气沟为一体的混凝土构件，并且受地面铺装的模数控制，此构件为3m宽的模数，平均分隔出2个排水主沟、1个给水管沟、1个电气沟，则每个沟宽的模数是750mm，减去构件壁厚，主沟净宽为575mm。排水主沟做内找坡。取地面集水时间5.64分钟，径流系数0.9，汇水面积5400m²，粗糙系数0.014，折减系数1.2，坡度为0.3％，坡降为453mm。要求构件净高为800mm，能够满足。
　　③建福东路和望仙西路上的市政管道管径仅为DN500，排水能力远远不够。因此我们在左右对称的两侧树阵中间增设了圆形雨水干渠，管径从DN400-DN1000由北向南排至自强东路市政雨水管网，保证了排水系统的排水能力。取地面集水时间9.21分钟，径流系数0.84，汇水面积累计6.8万m²，粗糙系数0.009，折减系数1.0，坡度0.25％。
　　(2)安全保护措施
　　①御道广场的地面硬质铺装采用120mm厚透水混凝土。在御道广场上采用18m×18m的温度膨胀缝以及6m×6m的温度缩缝。为了防止若干年后透水混凝土的衰减性造成透水能力下降，透水混凝土面层以18m间隔的涨缝做宽度为20mm的条缝形雨水口，经雨水口直接流进下面的收水支沟。
　　②在排水主沟上，每个支沟与主沟相接处设置750mm×750mm的检查盖板(与建筑地面铺装模数、材质均相同)，作为雨水检查井(非标定制)。
　　③圆形雨水干渠由于东西两侧道路已建成，不允许破路，因此不得已将干渠设在树阵中间。考虑树阵中的圆形雨水干渠对行道树的生长影响，在选择干渠位置时充分考虑其与行道树的水平距离和垂直距离，以免破坏行道树的根系。一般油松、侧柏、银杏等树木的根系在地下1m以内分布(深度)，分布半径为树冠半径的2-3倍。两列行道树之间有6m距离，雨水干渠埋在距树干3m处，管道埋深从1.1 m～2.5m左右。《城市道路绿化规划与设计规范》给出了绿化树木根颈中心至地下管线外缘的最小距离，雨水管距乔木根颈中心距离为1.5m；而且埋深已超过根系深度的分布范围，确定可以实施，并且管材选为HDPE高密度聚乙烯双壁波纹管，也是安全防护措施。
　　4.超重现期的雨水蓄洪能力计算和校核
　　由于没有充分的资料，暂时按气象参数历史记录，1小时最大降雨量为32.4mm。24小时最大降雨量为92.3mm。
　　蓄洪能力计算及校核如下：
　　(1)1条收水支沟可蓄洪容积为0.675m³，共有225条，则支沟总蓄洪容积为151.875m³。
　　(2)1条排水主沟纵断面为梯形，可蓄洪容积为98.9m³，共有15条，则主沟总蓄洪容积为1483.9m³。
　　(3)广场面积为146100m²，有0.22m高的碎石层，其储存水的系数按0.25计，则广场地面的蓄洪容积为8035.5m³。
　　(4)圆形雨水干渠，经计算得蓄洪容积为492m³。
　　(5)总蓄洪能力为10163.3m³。按24小时最大降雨量计容积为13485m³。能够蓄存一日最大降雨量的75％以上。
　　雨水蓄洪排水主沟，支沟施工工艺的确定
　　在施工工艺和材料上考虑了两个方案。
　　1.第一方案
　　采用连续的带不锈钢条缝式雨水口的，侧壁透水的U型树脂线性混凝土收水支沟外包透水土工布——预制混凝土排水主沟构筑件拼装——TX—HDPE高密度聚乙烯双壁波纹管雨水排水干渠。
　　2.第二方案
　　侧壁带收水孔的预制混凝土支沟拼装，取消条缝雨水口和土工布，支沟盖板改为带箅孔，并用PP片材封盖，外壁铺设PP透水片材遮挡颗粒由壁孔进入支沟，并起导水收水作用。主沟采用现浇混凝土排水主沟。雨水排水干渠还是TX-HDPE高密度聚乙烯双壁波纹管。
　　3.技术经济比较确定最终实施方案
　　第一个方案采用了新型管材，粗糙系数小，可提高排水能力；混凝土强度等级高，抗压；便于拼装，施工快，但投资较高。第二个方案，采用的是最传统的施工方式，收水支沟全部是预制混凝土，在侧壁开孔。这就要求施工技术达到设计要求，混凝土强度等级应为C400级。PP片材需固定。
　　经过技术经济比较，同时考虑各方实际情况，选择第二方案为最终实施方案。
　　4.圆形雨水干渠材料及做法
　　(1)管材：采用TX－HDPE高密度聚乙烯双壁波纹管，环刚度等级为SN12.5，承插接口。
　　(2)基础：采用300mm厚3：7灰土夯实后做300mm厚砂垫层。
　　(3)沟槽回填：采用粒径不大于12mm砂土回填至管顶上400mm处，夯实后方可回填原土。
　　(4)混凝土支沟强度应为C400级。
　　5.场地回填及压实度要求
　　场地回填的区域，回填材料选择2：8灰土、级配砂石等：分层夯实。每层高度以100mm为宜；压实系数均不得小于0.95。
　　结语
　　唐大明宫国家遗址公园——御道广场的主要设计难点和重点就是广场雨水排水系统，面积大，限制多，要求高，设计相对复杂。唐大明宫国家遗址公园已于2010年10月1日正式开园。经过2010年7月的暴雨考验，已经显示出其优良的雨水排水蓄洪能力，得到普遍认可。御道广场的设计过程，有几点体会。
　　首先，设计思想明确。重点在文物保护和环保。设计过程中也充分的考虑了文物保护的重要性，采用了有效的保护措施。同时最大限度地满足建筑师的设计思想。透水混凝土先进技术的应用，不仅让建筑师追求的风格得以实现，而且对广场的雨水收集起到很好的环保作用。露骨料透水混凝土孔隙率大，具有15％～25％的透水率，透水速度达到270L／(m²-min)，透水速率高达2.7mm／s-4.5mm／s，远远高于西安市的最大降雨量，广场不会出现积水现象。
　　第二，在有限的空间内，有效的实现了暗设的有组织排水系统。出于文物保护及高度的限制，硬质铺装及排水设施构件的强度有限，广场不能行走大型车辆。
　　第三，本项目采用了较多新技术，新方法，许多技术措施及设计标准尚未制定，许多基础数据很难查找，工程做法无标准可循，使得设计遇到一些困难。比如有关雨水排水设计的重要参数——设计重现期，在现行的规范、措施中都没有包括特大型重大工程的具体要求，使得设计人员选择起来难于把握。在设计过程中参考了北京市标准《透水铺装技术规程》及北京奥运中心区雨洪利用技术，分析北京奥运工程的先进经验和教训，寻找到有效的解决途径，做出我们的作品。同时也发现，专业间的集成在重大工程中占有重要位置，应充分考虑各专业的需求，集成出合理的、适合的方法。
　　作者：王颖，北京市建筑设计研究院第十设计所10M1工作室室主任兼总工
　　收稿日期：2011年10月