北方寒冷地區(qū)海綿型城市道路建設(shè)適用技術(shù)

田其申

（中天設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司）

1 車行道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，車行道可實(shí)現(xiàn)重載的透水基層經(jīng)驗(yàn)資料缺乏，能承受多次凍融的透水基層就更是少之又少。由于長春市屬于北方寒地，車行道土基飽水后的回彈模量，經(jīng)過幾次凍融后，很難滿足相關(guān)規(guī)范的要求。車行道很難實(shí)施透水鋪裝[1]。目前國內(nèi)寒地型的重載透水車行道經(jīng)驗(yàn)缺乏，所以車行道還需要維持傳統(tǒng)車行道的道路結(jié)構(gòu)，只能優(yōu)先在人行道和非機(jī)動(dòng)車道實(shí)現(xiàn)透水鋪裝。

2 透水鋪裝設(shè)計(jì)

我國相關(guān)規(guī)范要求新建地區(qū)硬化地面中可滲透地面不低于40%。因?yàn)榈缆返墓δ堋挾?、等?jí)各不相同，人行道、非機(jī)動(dòng)車道的寬度也都各不相同，車行道還不適宜進(jìn)行透水鋪裝，僅靠道路很難滿足透水鋪裝率40%的要求。海綿城市建設(shè)的評(píng)價(jià)通常以城市建成區(qū)為評(píng)價(jià)對(duì)象，評(píng)價(jià)的結(jié)果通常以按排水分區(qū)為單元進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合周邊的地塊如小區(qū)、公園、綠地、道路等一同來進(jìn)行評(píng)價(jià)，達(dá)到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求的城市建成區(qū)面積占城市建成區(qū)總面積的比例即可[2]。

2.1 透水鋪裝結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算

結(jié)合長春市30a降雨情況，按下列公式進(jìn)行透水結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算。

按透水、儲(chǔ)水要求驗(yàn)算結(jié)構(gòu)層厚度：

式中：H為透水鋪裝結(jié)構(gòu)厚度（不包括墊層的厚度），cm；i為地區(qū)設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度，mm/h；q為土基的平均滲透系數(shù)，cm/s；t為降雨持續(xù)時(shí)間，min；v為透水鋪裝結(jié)構(gòu)層的平均有效孔隙率，%。

長春地區(qū)2004年～2013年，十年一遇60min暴雨強(qiáng)度為42.7mm/h，土基滲透系數(shù)取0.35m/d≈4×10-4cm/s，結(jié)構(gòu)縫隙透水人行道的平均有效孔隙率按照8%計(jì)。按上述數(shù)據(jù)考慮后，

H=（0.1i-3600q）t/（60v）

H=（0.1×42.7-3600×4×10-4）×60/（60×8）=35.5cm。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，透水人行道無停車荷載的結(jié)構(gòu)層厚度應(yīng)不小于355mm。

2.2 人行道

人行道推薦采用結(jié)構(gòu)縫隙透水磚。國內(nèi)常用的透水磚有陶瓷磚體透水磚、陶砂磚體透水磚、復(fù)合砂基磚體透水磚、結(jié)構(gòu)縫隙型透水磚[3]。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)單位的檢測(cè)資料，各類透水磚的強(qiáng)度、抗凍性等指標(biāo)的試驗(yàn)及對(duì)比顯示：結(jié)構(gòu)縫隙透水磚的強(qiáng)度、耐磨性、抗滑性及抗凍性指標(biāo)均符合要求，且相比較其他透水磚強(qiáng)度大、可控制指標(biāo)范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、可應(yīng)用性廣泛，相較其他類型透水磚更適用于北方寒地海綿城市建設(shè)。

2.3 非機(jī)動(dòng)車道

非機(jī)動(dòng)車道推薦采用透水混凝土結(jié)構(gòu)。相對(duì)于透水瀝青混凝土，透水混凝土具有造價(jià)低、透水效果好、壽命長、病害少、易施工、易維護(hù)、色彩樣式豐富等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提升城市景觀，推廣和海綿城市建設(shè)具有現(xiàn)實(shí)意義。

3 海綿城市雨水控制與利用構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

3.1 下沉式綠化帶

下沉式綠化帶是一種生態(tài)的城市道路排水技術(shù)，主要通過強(qiáng)化雨水滲蓄作用優(yōu)化城市道路排水。本次下沉式綠化帶蓄水層高度為50mm，保護(hù)高度為50mm，總下沉高度100mm。下沉式綠地最低點(diǎn)設(shè)置卵石帶。

種植土壤要求:30%砂，40%種植肥土，30%有機(jī)腐化種植肥土。

下沉式綠化帶與道路相鄰一側(cè)設(shè)置防滲膜，防滲膜參見《垃圾填埋場(chǎng)用高密度聚乙烯土工膜》CCJ/T234-2006,沿線布置，垂直方向鋪設(shè)到道路結(jié)構(gòu)層底。技術(shù)指標(biāo)：糙面HDPE土工膜，厚度1.0mm。斷裂度≥10kN/m,屈服強(qiáng)度15N/mm。

3.2 排水路緣石

為引導(dǎo)雨水進(jìn)入下沉式綠化帶，在路側(cè)設(shè)置排水路緣石，預(yù)留開口，機(jī)動(dòng)車道開口后設(shè)置復(fù)合砂基攔污過濾槽，攔截進(jìn)入綠化帶的顆粒污染物。排水路緣石具體結(jié)構(gòu)及布置、復(fù)合砂基攔污過濾槽尺寸詳見圖紙部分。

3.3 溢流式雨水口

溢流式雨水口布置在道路綠化帶內(nèi)，溢流井高于綠化地面5cm。綠化帶內(nèi)降雨強(qiáng)度及其所收集的水量超過綠化帶飽和時(shí)，多余部分水量溢流進(jìn)入溢流雨水口，通過連接管排入市政管網(wǎng)。

3.4 環(huán)保型攔污籃

雨水進(jìn)入攔污籃后通過濾水孔進(jìn)入雨水口內(nèi)部，水中大于過濾孔寬度的固體污染物將被攔截在攔污籃內(nèi)，同時(shí)，水中一些較重的固體污染物沉積到過濾桶的底部。等污染物積到臨界線時(shí)，可以通過提柄將濾水桶從雨水口中拿走，從而清除污染物，降低污染物像自然水體的排放。

特點(diǎn):

1）能夠?qū)τ晁谶M(jìn)行無動(dòng)力在線過濾；

2）能夠有效攔截進(jìn)入雨水口的漂浮物和較大粒徑懸浮物，降低污染物向自然水體的排放，并能夠保障雨水口的順利收集和排放；

3）可以方便從雨水口中取出濾水桶，及時(shí)清除污染物；

4）設(shè)有溢流口，暴雨時(shí)能防止發(fā)生洪澇；

5）能有效沉淀雨水中的泥沙；

6）能防止合流雨水管道中的異味逸散到地表。

為了保證雨水口內(nèi)雨水通暢及干凈，需在雨水口內(nèi)設(shè)置攔污籃，攔污籃采用復(fù)合型材質(zhì)，攔污籃尺寸根據(jù)雨水口尺寸制定，施工時(shí)需提前確定新建雨水口數(shù)量，提前定制不同尺寸攔污籃。

4 海綿城市設(shè)施LID調(diào)蓄容積的計(jì)算

4.1 設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積計(jì)算

式中：V為設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；H為設(shè)計(jì)降雨量，mm；Ψ為綜合雨量徑流系數(shù)（加權(quán)平均）；

F為匯水面積，hm2（計(jì)算范圍為道路紅線范圍）。

4.2 LID設(shè)施調(diào)蓄容積

式中：V’為LID設(shè)施調(diào)蓄容積m3；h1為下沉式綠化帶有效蓄水高度m，取0.05m；k為考慮道路縱坡后的折減系數(shù)，取0.9；h2為綠化帶下碎石層厚度，m，一般取0.3m～0.5m；i為綠化帶下碎石層孔隙率，一般取40%；As為有效滲透面積，m2,本工程為下沉式綠地面積；

當(dāng)V’＜V-Ws時(shí)，需要通過增加h2碎石層的厚度來增加調(diào)蓄容積，當(dāng)計(jì)算結(jié)果V’＞V-Ws時(shí)，滿足徑流總量控制率的要求。

4.3 溢流式雨水口、立緣石開口計(jì)算

紅線范圍雨水徑流總量計(jì)算：

式中：Q為雨水設(shè)計(jì)流量，l/s；q為暴雨強(qiáng)度,l/(s·hm2)；F為收水面積,hm2；Ψ為綜合雨量徑流系數(shù)；

其中暴雨強(qiáng)度q采用長春市暴雨強(qiáng)度公式：

q=1954×(1+0.7LgP)/（t+10）0.756（5）

式中：P為內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（年），根據(jù)《室外排水規(guī)范》取值P=50；t為降雨歷時(shí) ,min：t=t1+t2。

其中：t1為地面集水時(shí)間，一般取10min。t2為管內(nèi)雨水流行時(shí)間,min，只算地面集水,t2取0min。

5 北方寒冷地區(qū)海綿城市施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

1）種植土低于地面，雨水口低于路面，防止因雨水沖刷導(dǎo)致泥水溢出影響美觀，綠化種植應(yīng)貼近路緣石。

2）建議環(huán)衛(wèi)部門在冬季清雪過程中采用機(jī)械或人工清雪。應(yīng)避免使用融雪劑等化學(xué)制劑，對(duì)兩側(cè)綠化帶內(nèi)植物及土壤造成不良影響。

3）綠化植物應(yīng)選用耐污、耐澇植物，種植土要求透水性好并滿足《城市綠化工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(CJJ/T82-99)。

4）縫隙透水磚鋪裝過程中，不得直接站在找平層上作業(yè)，不得在新鋪設(shè)的磚面上拌合砂漿或堆放材料。

5）縫隙透水磚鋪裝中，應(yīng)隨時(shí)檢查牢固性與平整度，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修正，不得采用向轉(zhuǎn)底部填塞砂漿或支墊等方法進(jìn)行找平，應(yīng)采用切割機(jī)械切割透水磚。

6 結(jié)語

海綿城市建設(shè)應(yīng)因地制宜，采用適用于當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)的海綿城市設(shè)施。本文就北方寒地海綿型城市道路的設(shè)計(jì)提出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

①車行道因須滿足重載車輛行駛，故不建議成透水結(jié)構(gòu)。

②結(jié)構(gòu)縫隙透水磚相較其他類型透水磚更適用于北方寒地人行道的鋪設(shè)。

③透水混凝土具有造價(jià)低、透水效果好、壽命長、病害少、易施工、易維護(hù)、色彩樣式豐富等優(yōu)點(diǎn)，更適合非機(jī)動(dòng)車道的鋪裝，對(duì)提升城市景觀，推廣海綿城市建設(shè)具有現(xiàn)實(shí)意義。

④海綿城市設(shè)施的布置，應(yīng)根據(jù)調(diào)蓄容積和雨量的計(jì)算結(jié)果來布置海綿設(shè)施，以免造成浪費(fèi)或不滿足年凈流總量和雨量的要求。