雨水滲井是我國(guó)古代城鎮(zhèn)曾經(jīng)通用的排水技術(shù)之一，在當(dāng)代新型城市雨洪管理理念革新背景下有了新的發(fā)展與應(yīng)用需求。針對(duì)傳統(tǒng)雨水滲井設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)定量分析、粗獷建設(shè)等問題，系統(tǒng)梳理國(guó)家海綿城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合理論研究與工程實(shí)踐，圍繞雨水滲井選型、規(guī)模計(jì)算、結(jié)構(gòu)與填料設(shè)計(jì)、預(yù)處理設(shè)計(jì)及施工等環(huán)節(jié)總結(jié)探討，提出改進(jìn)建設(shè)思路、加強(qiáng)跨學(xué)科研究的建議。
雨水滲井作為我國(guó)海綿城市建設(shè)“滲、滯、蓄、凈、用、排”技術(shù)體系中專用滲透類雨水設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)匯水區(qū)雨水速滲，有效削減徑流總量與峰值，緩解排水壓力，涵養(yǎng)地下水源，在豎向改造難度大的城市低洼區(qū)或管網(wǎng)不健全、排水無出路地區(qū)具有重要工程應(yīng)用價(jià)值。2014年，住建部頒布《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》，闡述了雨水滲井概念及典型構(gòu)造，但對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景下雨水滲井系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工缺少具體方法指引，國(guó)家層面暫無專門規(guī)范借鑒，各地建設(shè)缺乏標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量參差不齊。目前，一些地區(qū)主要參照河床取水滲井、公路排水滲井、工程降（排）水井等專利、文獻(xiàn)資料設(shè)計(jì)建造，對(duì)雨水滲井在排水防澇體系中作用、徑流調(diào)控機(jī)制與滲井結(jié)構(gòu)關(guān)系缺乏系統(tǒng)研究。傳統(tǒng)滲井大多利用天然河砂、碎石、建筑垃圾骨料等作填料，強(qiáng)調(diào)“水量速滲”，忽視“水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)控制”，同樣缺乏深入探究。為此，筆者通過國(guó)家海綿城市試點(diǎn)建設(shè)調(diào)研，總結(jié)團(tuán)隊(duì)實(shí)踐研究成果，圍繞雨水滲井分類選型、規(guī)模計(jì)算、結(jié)構(gòu)與填料設(shè)計(jì)、施工方法等進(jìn)行探討，旨為適宜地區(qū)雨水滲井建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)參考。
1 雨水滲井分類及適用場(chǎng)景
Rainwater seepage well
系統(tǒng)梳理我國(guó)各地雨水滲井建造形式，按其屬性特征可分為：
結(jié)構(gòu)與滲流方式：垂直入滲式、輻射滲透式、滲排一體式（見圖1）；
井體材料：磚（石）砌式、鋼筋混凝土式、塑料式、硅砂混凝土式、鋼波紋管式、玻璃鋼管式等；
填料類型：砂石滲井、建筑再生骨料滲井、人工改性填料滲井；
布設(shè)形式：?jiǎn)尉健⒕菏健８黝悵B井技術(shù)特性及適用條件如圖1所示。
圖1 雨水滲井典型結(jié)構(gòu)與滲流方式
工程設(shè)計(jì)中，雨水滲井徑流調(diào)控作用會(huì)因其所處排水防澇體系位置的不同而異。筆者從海綿城市“源頭減排-過程控制-系統(tǒng)治理”三段式雨水系統(tǒng)構(gòu)建角度出發(fā)，將雨水滲井劃分為：源頭減排滲井、過程控制滲井和終端消納滲井（見圖2）。源頭減排滲井適用于小區(qū)、廣場(chǎng)等產(chǎn)匯流源頭地塊下墊面徑流削減；過程控制滲井主要用于排水區(qū)市政雨水管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的中途削峰，減輕下游管網(wǎng)排水壓力；終端消納滲井則用于排水系統(tǒng)末端雨水集中削減。
雨水滲井設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)其系統(tǒng)功能定位、匯水區(qū)特征（降雨特征、匯水面積、下墊面污染水平）、擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)（穩(wěn)定性、承載力）、水文地質(zhì)（地下水埋深、土壤滲透性）及周邊建構(gòu)筑物基礎(chǔ)埋設(shè)條件等，由圖3經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。工程選址時(shí)注意：
擬建場(chǎng)地及匯水區(qū)內(nèi)不得有有毒有害物質(zhì)生產(chǎn)、儲(chǔ)存與堆放場(chǎng)所；
地下水源井周邊30 m范圍不得建設(shè)雨水滲井，范圍外選址時(shí)應(yīng)避開補(bǔ)給區(qū)并評(píng)估污染風(fēng)險(xiǎn)；
擬建場(chǎng)地適宜性評(píng)價(jià)應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)資料，分析地層穩(wěn)定性、承載力，同時(shí)進(jìn)行水文地質(zhì)勘察，分層（分段）開展注水試驗(yàn) ，評(píng)判地下水以上土體滲透性；
雨水滲井設(shè)置于建筑小區(qū)時(shí)，距離建筑物基礎(chǔ)水平距離應(yīng)≥5m；
應(yīng)用于存在徑流污染、設(shè)施底部距離季節(jié)性最高地下水位<1.5m或距離建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)水平距離<5m區(qū)域時(shí)，應(yīng)采取預(yù)凈化、防滲等措施防止污染及次生災(zāi)害；
濕陷性黃土場(chǎng)地滲井建設(shè)應(yīng)經(jīng)專門論證；濕陷等級(jí)低、土層薄的非自重濕陷場(chǎng)地，可考慮貫穿式滲井結(jié)構(gòu)；
地下水位過高且徑流污染嚴(yán)重、地下水保護(hù)嚴(yán)格地區(qū)，易坍塌、滑坡等不良地質(zhì)區(qū)，高等級(jí)、大厚度自重濕陷性黃土區(qū)，土壤滲透性嚴(yán)重不良且開挖處理成本過高地區(qū)不適合建設(shè)。
圖3 雨水滲井分類及適用場(chǎng)景
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
Rainwater seepage well
2.1 規(guī)模計(jì)算
2.1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)水量
目前，雨水滲井設(shè)計(jì)進(jìn)水量（Vc）算法較多，易出現(xiàn)未考慮其排水系統(tǒng)中功能定位，混淆使用，導(dǎo)致規(guī)模偏大/小的情形。筆者建議分3種情況：
（1）用于雨水源頭減排目標(biāo)時(shí)，宜按式（1）計(jì)算：
式中 Vc1——設(shè)計(jì)進(jìn)水量，m3；
H——場(chǎng)地年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量，mm；
φc——匯水區(qū)綜合雨量徑流系數(shù)；
F——雨水滲井匯水面積（含自身），hm2。
（2）用于雨水峰值（管道洪峰流量）削減目標(biāo)時(shí)，可按式（2）估算：
式中 Vc2——設(shè)計(jì)進(jìn)水量（調(diào)節(jié)削減水量），m3；
μ——脫過系數(shù)，雨水滲井下游出水管道設(shè)計(jì)流量與上游進(jìn)水管道設(shè)計(jì)流量之比；
Qi——雨水滲井上游管道設(shè)計(jì)流量，m3/min；
b、n——當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度公式參數(shù)；
t——降雨歷時(shí)，min。
（3）用于項(xiàng)目/區(qū)域雨水終端消納時(shí)，可按項(xiàng)目/區(qū)域室外排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)暴雨強(qiáng)度計(jì)算，見式（3）：
式中 Vc3——設(shè)計(jì)進(jìn)水量，m3；
A1、C——當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度公式參數(shù)；
P——室外排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期；
ψc——匯水區(qū)綜合流量徑流系數(shù)；
tc——設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)，min，一般≤120min。
2.1.2 設(shè)計(jì)滲透量
設(shè)計(jì)時(shí)，忽略雨水非飽和—飽和入滲變化過程及其各向異性，基于達(dá)西定律計(jì)算見式（4）：
式中 Wi——滲井滲透量，m3；
δ——安全系數(shù)，宜取0.5~0.8，匯水區(qū)下墊面易積淀泥沙、塵土?xí)r，取低值，較潔凈時(shí)，取高值；
K——滲透土層飽和滲透系數(shù)，m/s；
J——水力坡度，一般取1；
A——滲井有效滲透面積，水平滲透面按投影面積算，豎直滲透面按1/2設(shè)計(jì)水位高度計(jì)算，m2；
ti——入滲歷時(shí)，min。
式（4）中，K應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)確定?？辈鞎r(shí)，實(shí)測(cè)滲井底部及周邊土壤滲透速率應(yīng)≥5×10-6m/s，宜在6×10-5~6×10-4m/s（中粗砂滲透系數(shù)區(qū)），不宜超過1×10-3m/s（無足夠停留時(shí)間凈化）。對(duì)于地下水以上可滲透成層土（飽和含水），其等效滲透系數(shù)可按式（5）計(jì)算：
式中 Ke——滲透土層等效滲透系數(shù)，m/s；
hp——滲透土層上方蓄水深度，m；
hj——土層j厚度，m；
kj——土層j滲透系數(shù)，m/s。
式（4）中，ti取值分兩種情形：①匯水面徑流通過滲井快速下滲且不允許周邊積水時(shí)，應(yīng)按當(dāng)?shù)囟嗄昶骄涤隁v時(shí)取值，一般取2~3 h；②匯水面徑流量大且允許滲井周邊存在積蓄滯區(qū)，雨后一定時(shí)間完成排空時(shí)，可取12~48 h。
2.1.3 設(shè)計(jì)儲(chǔ)存容積及有效滲透面積
（1）雨水滲井頂部設(shè)有蓄水空間時(shí)，其有效儲(chǔ)存容積可按式（6）、式（7）計(jì)算：
（2）滲井頂部不設(shè)滯蓄空間或很小時(shí)：Vt=0，其有效儲(chǔ)存容積Vs等于填料孔隙儲(chǔ)水容積，有效滲透面積按忽略Vs后的式（8）計(jì)算。
根據(jù)進(jìn)水流量與土壤滲透速率校核Vs、A，結(jié)合滲透土層埋深、進(jìn)出水管標(biāo)高、填料厚度與孔隙率分配滲井頂部和填料內(nèi)部蓄水容積；結(jié)合滲井結(jié)構(gòu)及貫入滲透土層深度，分配有效滲透面積，垂直入滲井按井底滲透面積疊加井壁開孔面積分配，輻射滲透井按井底滲透面積疊加水平滲透管開孔面積分配。開孔孔徑、開孔率還應(yīng)經(jīng)結(jié)構(gòu)專業(yè)校核。
2.2 結(jié)構(gòu)與填料設(shè)計(jì)
2.2.1 結(jié)構(gòu)與材料
根據(jù)上述計(jì)算初步確定雨水滲井內(nèi)徑及深度，井壁結(jié)構(gòu)與材質(zhì)應(yīng)考慮擬建場(chǎng)地地質(zhì)，經(jīng)結(jié)構(gòu)演算確定。一般情況下，源頭減排滲井多采用垂直入滲或輻射滲透式，過程控制與終端消納滲井采用滲排一體或垂直入滲式。輻射滲透式滲井多采用磚砌，滲排一體式滲井多采用塑料成品井，垂直入滲式滲井可采用磚砌、鋼筋混凝土、鋼波紋管或玻璃鋼管等形式。磚砌式滲井要求地基承載力穩(wěn)定、不易沉降，結(jié)構(gòu)抗剪性能可承受側(cè)壁土壓（無配筋磚砌體結(jié)構(gòu)抗側(cè)壁土壓力弱，工程實(shí)踐中，井體上部易擾動(dòng)土層可結(jié)合放坡，設(shè)計(jì)成倒梯臺(tái)“”結(jié)構(gòu)），井壁厚度≥240 mm，結(jié)構(gòu)深度宜≤6 m，不適用于軟土、高地下水位等地區(qū)。磚砌輻射滲井（見圖2b）輻射滲透管敷設(shè)坡度宜≥2%，扇形布置，4~8根/層，管長(zhǎng)根據(jù)排水量確定，管徑宜≥150 mm，開孔孔徑宜為8~12 mm，采用PE、PVC-U等塑料管材時(shí)，開孔率宜為1.5%~3%。滲透管外圍可填充1.5~2倍管徑厚度的礫/碎石層（粒徑>開孔孔徑），并用透水土工布包裹。
鋼筋混凝土滲井抗壓強(qiáng)度高、抗浮性強(qiáng)、耐久性好、自重大，深度適用廣（幾米至幾十米），井徑、井壁厚度應(yīng)滿足下沉深度、強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性（抗滑、抗浮、抗傾）要求，符合《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 191）規(guī)定。團(tuán)隊(duì)運(yùn)用ABAQUS軟件，模擬不同工況下（不同井徑、壁厚、埋深、開孔率）應(yīng)力場(chǎng)，推求結(jié)構(gòu)最大拉力值，依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010）配筋計(jì)算，獲取保證鋼筋混凝土滲井安全的參數(shù)值。鋼筋混凝土垂直滲井（見圖2a）井底與井壁開孔區(qū)宜填充碎石滲透層，滲透層高度與開孔區(qū)高度一致，外包透水土工布或整體設(shè)為級(jí)配反濾結(jié)構(gòu)。
塑料滲井多采用PE或PP成品井，自重輕，占地小，抗浮性弱，井徑一般≤1.5m，結(jié)構(gòu)深度≤7m，井壁采用實(shí)壁或帶肋結(jié)構(gòu)，壁厚、材料性能應(yīng)符合《市政排水用塑料檢查井》（CJ/T 326）規(guī)定，開孔后井筒環(huán)剛度應(yīng)滿足抗側(cè)壁土壓要求。滲排一體式塑料滲井（圖2c）井內(nèi)應(yīng)設(shè)0.3m沉沙室，井間距≤150倍滲管管徑，滲管管徑、敷設(shè)坡度（宜1%~2%）應(yīng)滿足雨水排放流量要求。
除以上典型結(jié)構(gòu)外，近年來，鋼波紋管、硅砂混凝土等材料也被用于雨水滲井建造。鋼波紋管滲井采用熱軋鋼板波形鋼片拼接而成，井徑、井深適用廣，適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)，自重小，可用于軟土、膨脹土區(qū)域。硅砂混凝土滲井采用具有透水功能（透水系數(shù)≥2.5×10-4m/s）的硅砂砌塊砌筑而成，無須結(jié)構(gòu)開孔，適用于小區(qū)、公園等徑流水質(zhì)良好（低濁）地區(qū)的小深度滲井，材料性能及強(qiáng)度等應(yīng)符合《硅砂雨水利用工程技術(shù)規(guī)程》（CECS 381）規(guī)定，寒冷地區(qū)應(yīng)用時(shí)須滿足抗凍要求。
此外，實(shí)踐還應(yīng)考慮場(chǎng)地空間、工期（磚砌式、現(xiàn)澆鋼筋混凝土式>預(yù)制鋼筋混凝土式、鋼波紋管式>塑料式）、造價(jià)（鋼筋混凝土式>磚砌式>鋼波紋管式>塑料式）、使用壽命等因素，綜合比選后確定結(jié)構(gòu)方案。團(tuán)隊(duì)在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，集成相關(guān)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，提出一種組合式雨水滲井結(jié)構(gòu)（見圖4）。
