市政道路設計中海綿城市理念的應用

楊彬彬，錢思琦

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 海綿理念的提出

近年來，我國城市化進程快速推進，經濟社會得到高速發(fā)展，但同時由于發(fā)展理念的落后，城市水環(huán)境也出現(xiàn)了一些問題，如排水管網建設標準偏低、管網不完善、雨水徑流污染、水體內源污染等。

隨著人們生活水平的提高、經濟發(fā)展方式的轉變，生態(tài)文明建設列入國家發(fā)展大計。中央和地方對城鎮(zhèn)排水和雨水問題給與高度重視，大力推進“海綿城市”建設，采用源頭削減、中途控制、末端處理等多層面雨水控制利用措施，按照“滲、蓄、滯、凈、用、排”六字原則，利用多種技術，實現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，維持或恢復城市海綿功能。

許多地區(qū)、城市編制了海綿城市規(guī)劃，市政道路作為城市的重要市政基礎設施，其“海綿化”設計在整個海綿城市系統(tǒng)中成為頗為重要的一部分。

2 市政道路設計中常用的幾種海綿措施

傳統(tǒng)市政道路建設中，灰色設施被廣泛應用[1]。路面采用弱透水或不透水的鋪裝材料，排水系統(tǒng)以直排為主，河流、森林、草地、湖泊等綠色設施被大量灰色設施所取代，使得城市硬化率高，蓄滯能力低，地面徑流量大[2]，加之灰色排水設施標準偏低、管網承載能力弱等問題，使得部分地勢低洼城區(qū)市政道路及排水系統(tǒng)逢雨必澇。在海綿城市建設中，為了城市的雨洪管理，應實現(xiàn)灰色與綠色的有機結合，海綿城市措施是城市雨水管理的重要組成部分，灰色工程措施只有和海綿城市措施結合，才能發(fā)揮最大效益，形成完整的、灰色與綠色結合的、可持續(xù)的城市雨洪管理基礎設施。目前，經過一段時間的設計實踐，一些海綿城市設計措施被廣泛應用。

2.1 透水鋪裝

透水鋪裝是一種新興的城市鋪裝形式，通過采用大孔隙結構層或排水滲透設施，雨水能夠通過鋪裝結構就地入滲，以達到消除地表徑流、雨水還原地下的目的。透水鋪裝可將降雨滲透率由硬化路面的10%～15%增加到75%以上，大大降低地面徑流量，消減洪峰，避免大暴雨或者連續(xù)降雨造成城市洪澇災害。

2.2 下凹式綠地

下凹式綠地是將普通綠地下凹一定深度而達到滯留收集雨水目的。下凹式綠地的主要設計參數(shù)是綠地下凹的深度，一般建議平均下凹深度為H=10～20 cm。下凹式綠地內一般應設置溢流口，保證暴雨時徑流的溢流排放。溢流口頂部標高一般應高于下凹式綠地地面15～25 cm。

2.3 植草溝

生態(tài)植草溝是指種植植被的景觀性地表溝渠排水系統(tǒng)。生態(tài)植草溝可廣泛應用于城市建筑與小區(qū)、城市道路及城市綠地內。地表徑流以較低流速經植草溝儲存、過濾和滲透，徑流中的30%～50%污染物可被有效去除。生態(tài)植草溝適用區(qū)域廣，徑流控制效果較好，建設費用可控，且后期維護費用較低。

2.4 蓄水池（模塊）

蓄水池指具有雨水儲存功能的集蓄利用設施，同時也具有削減峰值流量的作用，主要包括鋼筋混凝土蓄水池，磚、石砌筑蓄水池及塑料蓄水模塊拼裝式蓄水池。其中，蓄水模塊可分為下滲式及不下滲式兩種。

采用SPSS 18.0統(tǒng)計學軟件對數(shù)據(jù)進行處理，計量資料以“±s”表示，計數(shù)資料以百分數(shù)（%）表示，采用x2檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

此外，生態(tài)樹池、生物滯留設施、微地形處理等措施也較多地應用于市政道路海綿城市建設中。

3 市政道路的海綿措施及工程案例

3.1 市政道路海綿建設的思路

海綿城市專項規(guī)劃中，將城市劃分為若干塊管控區(qū)，首先確定管控區(qū)總的指標控制要求，然后再針對每個管控區(qū)不同的用地類型，采用不同的管控目標要求，即將指標分解。這樣就可以把基于低影響開發(fā)理念的雨水控制措施落實到用地條件或建設項目的設計要點中，作為土地開發(fā)的約束條件。主要考核指標包含年徑流總量控制率、設計降雨量、年徑流污染控制率、下沉式綠地率、綠化率、透水鋪裝率等。

所需控制量為：W=10ΨhF=10×0.9×12.54×0.087 5=9.9m3

沒有強度標記的深凹槽型螺栓是六角頭上有減重凹槽的法蘭螺栓，是按法蘭外徑進行的分類(圖8)，它們的法蘭外徑比帶有法蘭頭的標準螺栓的直徑要大。安裝這類螺栓應小心地裝在正確的位置并施加規(guī)定的扭矩。

在諸多海綿措施中：透水鋪裝廣泛應用于道路人行道鋪裝；在道路側分帶寬度大于2m，且土壤下滲條件較好時，考慮設置下凹式綠地；在道路人行道外側有綠化帶時，可設置植草溝；在高架快速路、跨線橋路段，可在橋梁下立柱間設置蓄水模塊、生物滯留設施等。下面結合幾個工程實例，介紹海綿城市理念在市政道路工程中的應用。

3.2 海綿型道路工程案例

3.2.1 臨沂市某道路新建工程

該項目位于山東省臨沂市，規(guī)劃為城市主干路，全長約13.5 km，紅線寬度100m。根據(jù)《海綿城市建設技術指南》分區(qū)，臨沂市位于Ⅳ區(qū)（70%＜α＜85%）。表1為臨沂市年徑流總量控制率與設計雨量對照表。

首先，施工材料選取不當。施工材料在建筑工程中占據(jù)著十分重要的地位，它和工程成本以及質量都存在緊密聯(lián)系。在具體施工的過程中，如果施工材料的選用出現(xiàn)問題，必然會影響到施工質量，造成返工或是施工暫停，這樣就會對工程施工活動的順利實施造成影響。

表1 臨沂市年徑流總量控制率與設計雨量對照表

蓄水模塊底部和四周采用防滲土工布包裹，主要發(fā)揮蓄水模塊的調蓄功能。在蓄水模塊中設置溢流管，當雨水超過蓄水模塊容量時，最終溢流到新建或已建的雨水管網中。模塊中蓄存的雨水可通過泵車抽取后，用于綠化澆灌。

圖1 道路橫斷面設計圖（單位：m）

3.2.1.1 透水鋪裝

其二，制度體系及其實踐策略的缺失。制度體系是實踐策略的基本依據(jù)，我國健康扶貧政策制度經歷了一個演變過程?，F(xiàn)將2000年以來我國農村健康扶貧策略的基本政策梳理歸納如表1。

（1）透水鋪裝方案選擇

該項目新建工程的斷面為6塊板型式，包括機動車道、機非混行道和人行道?？紤]到車行道主要應滿足交通功能，且車行道透水鋪裝的使用初期效果尚可，但后期效果不理想，養(yǎng)護成本較高，且機動車道道路基礎含水率過高影響使用壽命，該工程僅在人行道上采用透水鋪裝方式。人行道透水鋪裝結構如圖2所示。

圖2 人行道透水磚鋪裝

（2）設計要點

下層結構也要做透水結構，否則僅人行道磚采用透水磚，但下層不透水，不能達到效果。

b.在綠化帶兩側與道路路基路面的接觸面敷設防滲土工布，以避免路基路面受雨水浸泡受損。

（1）下凹綠地方案

根據(jù)道路橫斷面設計方案（見圖3），雨水匯水方向為：15.25m主線機動車道雨水匯集至3.5 m側分帶下凹式綠地，7.0 m輔道機動車道及3.0 m人行道雨水匯集至綠化帶3.0m寬的下凹式綠地，待綠化帶土層飽和后，水位上升至高于溢流井頂面標高時溢流入溢流井，就近接入雨水管道系統(tǒng)后排河。

圖3 下凹式綠地橫斷面布置圖（半幅道路）（單位：m）

根據(jù)海綿規(guī)劃的指標要求，計算得出下凹式綠地平均下凹深度為15 cm，下凹式綠地地面比車行道邊線處路面低15 cm。統(tǒng)計道路全線下凹式綠地可調蓄的雨水量體積，加上人行道透水鋪裝共同作用，滿足徑流總量控制率61.5%、設計降雨量19.4mm的要求。圖4為下凹式綠地剖面圖。

圖4 下凹式綠地剖面圖

（2）設計要點

a.應注意路緣石側面進水口、過路消能帶、擋水堰、雨水溢流井的設置，以保證下凹綠地的蓄水高度，保證蓄水體積。

3.2.1.2 下凹式綠地排水系統(tǒng)的設計

3.2.1.3 生態(tài)植草溝

在高架橋標準跨段下設置海綿系統(tǒng)（見圖5）。蓄水模塊用長絲土工布包裹，以便于雨水下滲。當降雨量較小時，一部分雨水通過植物凈化并下滲到地下；當降雨量較大時，雨水除下滲外，還可直接通過雨水導流口直接排入調蓄模塊內。在蓄水模塊中設置溢流管，當雨水超過蓄水模塊容量時，則最終溢流到新建或已建的雨水管網中。

設計要點：建議生態(tài)植草溝與同側綠化景觀相協(xié)調，做到滿足功能條件下與同側系統(tǒng)融為一體。

3.2.1.4 微地形處理

國際化、信息化、網絡化、個性化成為21世紀的“標記”[1]。2014高等教育版的美國地平線報告預測，學生從知識的消費者轉變?yōu)閯?chuàng)造者，將是未來3-5年的趨勢[2]。2014年全球舉辦了100余次創(chuàng)客大會，其中包括日本、中國、美國和意大利等國家[3]。創(chuàng)客精神和教育融合的新型教育模式——創(chuàng)客教育，在全世界得到迅速發(fā)展。

道路4m寬中央分隔帶，匯水范圍僅包括自身區(qū)域，采用微地形下凹設計，調蓄自身區(qū)域降雨，以滿足年徑流總量控制率要求。

設計要點：單位面積要求調蓄自身區(qū)域降雨，較易滿足設計條件。也建議與中分帶景觀設計統(tǒng)一考慮，做到美觀和諧。

從Eugenio Bortone的實驗結果可以得出如下結論：低剪切工況下生產的蝦料，具有最高的水中穩(wěn)定性(低剪切LSME實驗組水中穩(wěn)定性最高，為89.7%)。而延長調質時間對于提高蝦料的水中穩(wěn)定性具有非常明顯的效果(延長調質時間使得水中穩(wěn)定性從67.5%提升至82.1%)。這與牧羊有限公司在實際生產過程中所得到的結果完全吻合。圖5和圖6為牧羊有限公司在進行膨化沉性螃蟹料水中穩(wěn)定性實驗的現(xiàn)場圖片。在同樣配方、同樣工況情況下，圖5為使用普通調質器(調質時間120 s)生產的沉性螃蟹料浸泡4 h后的情況；圖6為使用牧羊有限公司的五軸組合調質器(調質時間為240 s)生產的螃蟹料浸泡4 h后的情況。

一是培養(yǎng)學生的學習興趣。興趣是最好的老師，如果學生對課堂缺乏濃厚的興趣，教師就很難激發(fā)他們的熱情。在教學實踐中，學生之所以對課堂感到“厭煩”，其原因就在于教師們過分依賴教科書，永無止境地重復著詞匯—課文—練習這樣一種簡單的模式。這三個步驟固然重要，但如果我們不能增加一些課本以外的知識，那將是十分乏味的。我們的學生即使有再強的自律性，如果總是一成不變，那么在經過一段時間之后，他們的大腦也會“關閉”的。所以，我們必須運用好各種手段，通過展開與課文有關問題的討論，或結合課文搞些游戲，或結合課文內容插入一首歌曲等等方式，使課堂變得更加生動，才能把學生從枯燥的課文中解放出來，逐漸生成學習的興趣。

3.2.1.5 效能分析

該項目下凹式綠地總面積約153 660m2，蓄水體積約23 049m3，透水鋪裝總面積約66 165m2。通過低影響開發(fā)措施，年徑流總量控制率達到76%，滿足臨沂市海綿城市專項規(guī)劃對于交通用地指標的管控要求。

3.2.2 大同市某快速路改造工程

該項目位于山西省大同市，路線全長約5.6 km，為城市快速路，主線高架道路，雙向6車道。大同市海綿城市專項規(guī)劃中對交通設施用地的指標要求：年徑流總量控制率達到77%，對應設計降雨量為12.54mm，年徑流污染削減率SS為60%。

該項目地面輔道為現(xiàn)狀老路利用，側分帶維持現(xiàn)狀不做改造?？紤]到大同為缺水型城市，可收集并利用高架雨水，調蓄后用于綠化澆灌。通過雨水調蓄系統(tǒng)進行蓄存、凈化、下滲，使雨水得到蓄存并使污染物部分去除，減少污染的排放量，可有效緩解管網壓力，一定程度提高管網的排水標準。

3.2.2.1 生物滯留設施及蓄水模塊方案

（1）雨水下滲方案

該項目兩側綠帶內設計生態(tài)植草溝，溝深20～30 cm，平均蓄水深度0.2 m，雨水通過植草溝下滲、沉淀、凈化后排入規(guī)劃河道。

圖5 高架橋下海綿系統(tǒng)沿道路縱向剖面圖

（2）雨水利用方案

在 2012年的“7·16”洪災中，平塘縣搶險救災組織有序，山洪災害防治非工程措施正常發(fā)揮作用，實現(xiàn)了大災面前無人員傷亡的目標。

根據(jù)臨沂市海綿城市專項規(guī)劃，確定道路交通用地強制性控制指標年徑流總量控制率目標為61.5%，其對應的設計降雨量為19.4mm。按上述海綿城市建設規(guī)劃的指標要求，結合項目橫斷面、平面、縱斷面設計方案（見圖1），采用多種低影響開發(fā)形式，滿足海綿規(guī)劃的要求。

該項目人行道采用透水鋪裝，行道樹采用生態(tài)樹池（見圖7）。生態(tài)樹池內植物宜選用烏桕、白蠟、墨西哥落雨杉、花葉杞柳等耐水淹、耐污能力強的鄉(xiāng)土樹種。雨水通過滲、蓄、滯等作用降低地表徑流，延緩雨水排放。溢流和出流雨水排入雨水管渠系統(tǒng)或臨街綠地。

以中分帶9 m寬，高架橋標準跨段35 m為例，路面徑流系數(shù)取0.9。

道路系統(tǒng)作為海綿城市的重要組成部分進行海綿城市設計時，首先應滿足道路設計的基本要求。道路本身有交通服務功能，有使用的耐久性要求，海綿城市建設時不應影響其最基本的功能。然后，應按照海綿專項規(guī)劃的要求，以指標為導向，結合道路建設方案，對道路本身及項目所在地降雨特征、水文地質條件的情況進行調研，確定徑流的流向、積水點及匯水面積，因地制宜，設置海綿設施，滿足海綿規(guī)劃的指標要求。

選取海綿設施調蓄量不小于9.9m3的調蓄模塊以滿足海綿城市設計指標要求。

3.2.2.3 雨水徑流污染控制量核算

該工程通過海綿系統(tǒng)進行蓄存、凈化、下滲，其雨水徑流中攜帶的污染物主要通過過濾、吸附，雨水徑流污染可得到有效控制；超過滲濾池調蓄能力的雨水和污染物可通過礫石層部分去除，減少了污染的排放量。因此，經過計算（年SS總量污染控制率=年徑流總量控制率×低影響開發(fā)設施平均去除率=61.6%＞60%），該工程可達到雨水徑流污染的控制要求。

納米材料科學學習通常需要具備多學科知識基礎。目前上海理工大學材料科學專業(yè)的大多數(shù)研究生只具備某一基礎學科的專業(yè)基礎,隨時需要補充其他學科相關知識。學科交叉對從事納米材料科學教學工作者也提出了很高的要求,因此需要教師具備比較廣泛且扎實的專業(yè)基礎,才能全面并透徹地理解相關的知識點,再傳授給學生。

3.2.3 徐州市某高架快速路工程

該項目位于江蘇省徐州市，路線全長約12.3 km，道路紅線寬度50～60m。主線高架道路等級為城市快速路，地面道路建設標準為城市主干路。主線高架雙向6車道，兩側布置雙向6車道輔路。根據(jù)江蘇省海綿型道路建設要求，海綿型道路年徑流總量控制率為59%～60%，對應的設計降雨量為15.8～17.5mm。

3.2.3.1 海綿措施的選擇

該項目所在區(qū)域地下巖層較淺，結合道路橫斷面及地質情況，海綿城市試驗段的海綿城市雨水系統(tǒng)設計采用人行道透水鋪裝、行道樹生態(tài)樹池、中央分隔帶生物滯留設施三種措施。圖6為海綿試驗段高架道路斷面設計圖。

圖6 海綿試驗段高架道路斷面設計圖（單位：m）

（1）生態(tài)樹池及透水人行道

3.2.2.2 年徑流總量控制率核算

一是根據(jù)《浙江省氣象災害防御條例》要求,推動各級人民政府落實氣象災害防御職責,建立健全氣象災害防御工作的協(xié)調機制,加強氣象科普宣傳;二是聯(lián)合科協(xié)、安監(jiān)、旅游、教育等部門,聯(lián)動推進氣象科普宣傳常態(tài)化工作,會同廣播、電視、報紙、網絡等媒體開展氣象災害防御知識的公益宣傳,定期組織氣象科普宣傳活動;三是推進氣象科普館建設,建立氣象部門與社會公眾直面交流的平臺,讓社會公眾更深入了解氣象科普知識,提高氣象防災減災意識。

圖7 透水人行道與生態(tài)池剖面圖

（2）生物滯留設施

25m寬的高架橋面雨水匯集后經雨水立管至橋下消能井，消能井雨水進入生物滯留設施（見圖8）。按照高架路面達到62%徑流控制率的標準，對應設計降雨量17.5mm，收集兩個橋墩之間高架路的總蓄水量13.1m3，則設施尺寸取B×L×H=3.5m×15m×1.4m，其中上層礫石緩沖帶為0.3m，用于雨水調蓄，調蓄容積為15.75m3＞13.1m3。雨水進入設施后，經下滲、蓄存、凈化等作用，能延長雨水滯留時間，恢復城市生態(tài)系統(tǒng)自身的水循環(huán)能力，減輕城市防洪壓力。

一次發(fā)酵法和二次發(fā)酵法最本質的區(qū)別是攪拌的次數(shù)和發(fā)酵的時間不一樣，二次發(fā)酵法采用中種發(fā)酵和延續(xù)發(fā)酵，增加了面團的發(fā)酵時間，面筋軟化充分，制作的面包組織柔軟，發(fā)酵風味濃郁，通常用于歐式面包制作工藝中。一次發(fā)酵法通常用于配方中糖和乳制品含量比較高的面包品種中。

圖8 生物滯留設施沿道路縱向剖面圖

3.2.3.2 效能分析

1)云南電力市場尚不完善，受到多重因素制約。目前云南電力市場建設的重點在于如何消納富余水電，市場當前平衡不同機組之間上網電價差異大的方式主要通過政府分配，月度撮合交易沒有采取統(tǒng)一出清的方式，且現(xiàn)貨市場建設困難重重。主要表現(xiàn)為：(1)電廠全面虧損；(2)棄水問題嚴重；(3)發(fā)電側和用戶側存在一定的行使市場力的可能；(4)能量市場外的其他輔助服務補償機制尚不完善；(5)市場價格不采用統(tǒng)一出清；(6)政府在利益分配中起到重要作用，例如在優(yōu)先電量分配、在西電東送設置門檻等；(7)由電價低的小水電承擔未放開進入市場用戶的交叉補貼。多方面原因導致電力市場進一步完善受到限制。

該項目通過高架快速路面雨水的收集處理，采用人行道透水路面、生態(tài)樹池、滯留設施等海綿措施滯留道路雨水。海綿城市雨水系統(tǒng)的實際年徑流總量控制率達到70%，有效減少雨水徑流產生量。采用生物滯留帶調蓄凈化雨水，預計年徑流污染消減率為56%（以SS計），減少了因徑流污染而帶來的城市水環(huán)境污染。

4 海綿城市設計建議

（1）透水鋪裝的日常管理養(yǎng)護要求較高，故道路設計時一般僅在人行道采用透水鋪裝，車行道很少采用。

（2）下凹式綠地會對道路景觀造成一定影響。設計中，既要滿足綠化景觀需求，又要滿足海綿城市調蓄容積的要求，因此要注意平衡兩者的關系。另外，地下水位較高時，下凹式綠地雨水下滲的能力有限，建議采用其他海綿措施。

別呦呦還叫我聽聲音，第一聲春雷響了，她叫我聆聽蟲子在地底翻身，秋風來了，葉子黃了，她叫我聽豆莢炸開來的聲音。

（3）下凹式綠地、生態(tài)樹池及生物滯留設施在選擇植物時宜選用耐水淹、耐污能力強的樹種。

（4）設計時考慮所在地下水情況，探明地下水深度。若地下水位高，如長三角地區(qū)，雨水下滲困難，綠化帶長期積水可能造成植物爛根，蚊蟲滋生。

5 結語

由于傳統(tǒng)發(fā)展觀念的局限，道路排水系統(tǒng)以快速排水為主要目的，且道路下排水管網系統(tǒng)存在各種問題，造成我國城市出現(xiàn)逢雨必澇、河道污染等環(huán)境問題。

為進一步推進海綿城市建設，恢復城市良性水文循環(huán)，修復城市的生態(tài)系統(tǒng)，各種城市道路海綿措施及綠色生態(tài)設施得以迅速推廣和應用。通過改造城市道路下墊面來發(fā)揮其雨水吸收、下滲、調蓄的功能，同時減少初期雨水對環(huán)境的污染，并將部分雨水資源進行回收利用，對市政道路排水系統(tǒng)合理優(yōu)化和管控，從而實現(xiàn)市政道路的海綿化。