基于海綿城市理論城市道路設(shè)計(jì)研究

□文/于 淼

海綿城市是指在城市降雨時(shí)能把雨水留住，就近吸收、存儲(chǔ)、滲透、凈化雨水，補(bǔ)充地下水，調(diào)節(jié)水循環(huán)并在干旱缺水時(shí)能將蓄存的水釋放出來加以利用，豐富城市景觀，增強(qiáng)城市生態(tài)功能，讓城市更適宜居住。海綿城市突破了傳統(tǒng)“以排為主”的城市雨水管理理念，依托建筑與小區(qū)、綠地與廣場(chǎng)、城市道路等城市基礎(chǔ)設(shè)施，城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及工程管理等統(tǒng)籌配合，最后達(dá)到低影響開發(fā)[1]。近年來，國(guó)家逐漸推行海綿城市理念，許多城市道路需要進(jìn)行改造，從而使道路具有調(diào)節(jié)、吸收、緩解雨水的能力，讓城市道路與城市建筑成為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)[2]。

1 城市道路建設(shè)現(xiàn)狀

隨著城市建設(shè)大規(guī)模發(fā)展，大量硬化路面減弱了雨水的滲透能力，在雨季容易形成洪峰導(dǎo)致城區(qū)大面積積水，城市熱島效應(yīng)、溫室效應(yīng)、極端氣象和極端水文現(xiàn)象增多?？梢源_定的是，道路路基范圍內(nèi)收集到的雨水量非常大，但卻沒有被有效利用，如果可以將雨水有效收集并用于綠化，對(duì)推動(dòng)海綿城市建設(shè)意義重大，所以要有針對(duì)性的研究新型路面材料、雨水就地滲蓄、道路設(shè)計(jì)等用來改造城市道路[3]。

目前城市道路建設(shè)多以滿足城市交通需要為主，對(duì)雨水控制和利用則體現(xiàn)在“排”上，很少能考慮到生態(tài)保護(hù)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)，故這種以“路面橫坡收集—雨水口—市政管網(wǎng)”的道路排水方式存在明顯的問題：一是道路雨水直接經(jīng)過市政管網(wǎng)排入河道，造成了雨水損失，不利于灌溉綠化和地下水的補(bǔ)充；二是管網(wǎng)承載能力不夠，雨季地表水不能及時(shí)排出，容易造成內(nèi)澇；三是路面積水嚴(yán)重的情況下，會(huì)造成路面濕滑，引發(fā)交通事故；最后在無法有效利用雨水灌溉的情況下，需要使用自來水進(jìn)行灌溉綠化，加重了自來水的消耗，加劇了水資源嚴(yán)重短缺的狀況。

2 海綿城市的城市道路設(shè)計(jì)原則和思路

2.1 設(shè)計(jì)思路

在海綿城市建設(shè)理念下，對(duì)城市道路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。結(jié)合城市不同的地質(zhì)、地理、氣候和環(huán)境，將海綿城市道路建設(shè)與人工措施相結(jié)合，做到尊重自然規(guī)律和優(yōu)先發(fā)展生態(tài)。對(duì)于海綿城市道路設(shè)計(jì)，要考慮當(dāng)前道路在蓄流、內(nèi)澇方面存在的問題，在充分發(fā)揮城市傳統(tǒng)排水系統(tǒng)作用的同時(shí)利用透水性路面使雨水被道路下面的土地吸收，對(duì)道路建設(shè)中存在的缺陷進(jìn)行修正和提升，實(shí)現(xiàn)給水、排水等水資源利用環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，切勿盲目追求道路建設(shè)現(xiàn)代化，一味摒棄傳統(tǒng)城市道路建設(shè)[4～5]。

2.2 設(shè)計(jì)原則

通過對(duì)海綿城市理念分析，加大管理力度，創(chuàng)建多元化管理機(jī)制，合理補(bǔ)充城市水資源，具體設(shè)計(jì)原則如下。

2.2.1 已有道路

對(duì)已有道路應(yīng)重視紅線外用地的開發(fā)：

1）改變已有的雨水收集排放系統(tǒng)，事先在綠地中布置LID設(shè)施，將雨水引入道路綠化帶中的LID設(shè)施中進(jìn)行調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)、滲透、截污、轉(zhuǎn)輸、凈化等，減少地表徑流對(duì)土地的侵蝕；

2）在確保車輛暢通的同時(shí)，根據(jù)道路實(shí)際特征，對(duì)車道、人行道等區(qū)域采用透水鋪裝、路緣石開口、植草溝、生物滯留等工程措施，確保城市道路雨水年徑流總量控制率、徑流污染控制、滲透設(shè)施設(shè)計(jì)、排水防澇能力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)海綿城市控制目標(biāo)；

3）為最大限度保證道路雨水排放，可以將溢流口與雨水管網(wǎng)連接。

2.2.2 新建或者改擴(kuò)建道路

應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)就貫徹海綿城市建設(shè)理念：

1）有利于地下水補(bǔ)充，摒棄以往將雨水在地下系統(tǒng)快速排出的思想，確保水資源充分利用，使雨水可以更好地滲入地面，通過層層過濾進(jìn)入地下水系統(tǒng)，補(bǔ)充地下水資源；

2）完善機(jī)制，分散洪峰時(shí)段，城市排水高峰時(shí)間比較統(tǒng)一，容易造成污水積留，因此需要完善滲水、滯水、蓄水等管理機(jī)制，確保雨水排放渠道，減輕排水管網(wǎng)壓力，降低洪峰問題，提高工作效率，增強(qiáng)海綿城市道路使用效果；

3）與城市其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在道路設(shè)計(jì)之前，制定完善的規(guī)劃方案，充分利用GIS和GPS技術(shù)，提高城市道路現(xiàn)場(chǎng)勘查精確度，提升設(shè)計(jì)水平，使城市道路設(shè)計(jì)與海綿城市功能協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

3 海綿城市道路設(shè)計(jì)措施

3.1 總體設(shè)計(jì)

通過合理的道路規(guī)劃保護(hù)并利用現(xiàn)有資源環(huán)境，同時(shí)提高道路的排水效果，總體設(shè)計(jì)應(yīng)包括對(duì)路面材料選擇，綠化帶、車行道、人行道的合理布置，確保路面徑流、人行道徑流、車行道徑流匯集后大部分進(jìn)入蓄水池通過市政管網(wǎng)流入河流，其余分別由綠化帶、雨洪系統(tǒng)和市政綠化二次利用，無法利用的直接進(jìn)入河流，河流通過日曬蒸發(fā)保證城市降雨，形成城市雨水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)[6]。見圖1。

圖1 海綿城市雨水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)

3.2 路面設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)道路設(shè)計(jì)中硬化面積占道路面積的75%、綠化帶占25%，排水主要依靠道路兩側(cè)排雨口；路面材料使用密實(shí)混凝土或?yàn)r青，為不透水結(jié)構(gòu)，使用混凝土邊溝加大雨水流速，路緣石使用立緣石或平石，綠化帶高于路面，不利于雨水的滲透儲(chǔ)蓄。

海綿道路則是采用大孔隙透水混凝土、瀝青路面等多種透水結(jié)構(gòu)，邊溝進(jìn)行生態(tài)植草，減緩雨水流速，起到凈化雨水的作用并在路緣石上留出豁口、打孔或者使用間隔路緣石，綠化帶一般低于路面，滲透、凈化作用強(qiáng)。在海綿道路建設(shè)時(shí)，要求透水人行道土基的滲透系數(shù)≮1.0×10-3mm/s且滲透面距離地下水位要＞1 m。人行道和綠化帶滿足海綿道路的“滲、滯、蓄、凈”相對(duì)容易；但是人行道和綠化帶僅占道路總面積的25%～40%，所以要解決“滲、滯、蓄、凈”的問題主要還是依賴于道路路基建設(shè)。

按照GJJ/T 190—2012《透水瀝青混凝土技術(shù)規(guī)程》和GJJ/T 188—2012《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，透水瀝青路面分為三種形式：

1）路面水進(jìn)入表面層后排入鄰近排水設(shè)施；

2）路面水由面層進(jìn)入基層（或墊層）后排入鄰近排水設(shè)施；

3）路面水進(jìn)入路面后滲入路基。

前兩種類型可以快速排出雨水、降低路面徑流、減少噪音，適用于新建或改建道路。在規(guī)定路基土滲透系數(shù)≥7×10-5cm/s的公園、小區(qū)道路、廣場(chǎng)和中輕型荷載要求的道路可以采用后一種類型，讓路面水滲入路基。

3.3 非機(jī)動(dòng)車道和人行道

結(jié)合透水性和環(huán)保要求，采用透水性硬化地面可以便于雨水滲入補(bǔ)充地下水。考慮到非機(jī)動(dòng)車道屬于輕型荷載道路，可以采用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低、面層結(jié)構(gòu)為大孔混凝土的半透水性混凝土路面，面層為透水混凝土材料，基層為半剛性基層，在面層和基層之間設(shè)置封層，確保路表水進(jìn)入面層后就近排入排水設(shè)施，防止破壞基層[7]。見圖2。

圖2 一種半透水混凝土非機(jī)動(dòng)車道路面結(jié)構(gòu)

人行道路面可鋪設(shè)透水磚，采用全透水路面結(jié)構(gòu)，其抗壓、抗剪強(qiáng)度較低，但是由于采用透水鋪裝，可以抵御雨水對(duì)路基的侵襲，將雨水快速排出。見圖3。

圖3 一種透水鋪裝人行道路面結(jié)構(gòu)

3.4 綠化帶及排水溝設(shè)計(jì)

一般采用下凹式綠化帶，中間高、兩邊低，綠地地平標(biāo)高低于周邊行車道，間隔設(shè)置溢流式雨水口，在綠化帶底部礫石層設(shè)置PE 透水管，連接溢流式雨水口。綠化帶主體結(jié)構(gòu)從下至上為：素土夯實(shí)、過濾土工布、礫石層、過濾土工布、砂層、過濾土工布、種植土。這種設(shè)計(jì)方便收集雨水，可以在雨水出現(xiàn)飽和后通過雨水口排出，降低城市內(nèi)澇發(fā)生機(jī)率，保證綠化帶自身生長(zhǎng)，防止灌溉過量，節(jié)約水資源。

在排水溝設(shè)計(jì)上，采用植被層、土層、過濾層、滲排水管、礫石層的新型排水通道，增強(qiáng)雨水滲入和對(duì)路面污水過濾。排水溝應(yīng)將高度控制在路面高度的0.4 m左右。

綠化帶、排水溝、排水管與路面之間的距離分別為0.5、0.4、0.3 m。

3.5 生物滯留設(shè)施設(shè)計(jì)

下凹式綠化帶收集、滯留機(jī)動(dòng)車道的匯水，通過生物滯留設(shè)施經(jīng)過化學(xué)過程、物理過程、生物過程能有效去除徑流初期的污染物。一般生物滯留設(shè)施從下到上為：持水區(qū)/沉砂池/檔水堰/雨水溢流井、種植土壤層、砂濾層、卵石層。通過卵石層內(nèi)穿孔收集的雨水，超出下滲能力的雨水蓄積在持水區(qū)，超量的雨水將通過溢流井進(jìn)入雨水管道系統(tǒng)。考慮植物生長(zhǎng)，需要種植耐淹綠植并且在確定滲透設(shè)施容積后，與綠地淹水時(shí)間進(jìn)行校核，確保生物滯留設(shè)施空池標(biāo)準(zhǔn)蓄水量排空時(shí)間小于設(shè)計(jì)的最大雨水排空時(shí)間。

4 其他附屬設(shè)施設(shè)計(jì)

4.1 路緣石

作為生態(tài)滯留設(shè)施流入系統(tǒng)的重要組成部分，一般可以采用打孔立緣石、豁口立緣石、間隔式立緣石和平緣石，采用豁口立緣石可以按式（1）計(jì)算豁口長(zhǎng)度[8]

式中：L——豁口長(zhǎng)度，m；

Q——設(shè)計(jì)徑流量，m3/s；

K0——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，一般取0.817；

S——縱向坡度；

N——曼寧系數(shù)，一般取0.016；

I——路面橫向坡度，（°）。

4.2 雨水口

傳統(tǒng)的點(diǎn)式雨水口容易因日常清掃、雨水徑流沖刷或者人為丟入而堆積垃圾造成堵塞。在傳統(tǒng)雨水口的基礎(chǔ)上加設(shè)截污裝置，該裝置由截污鐵箅、截污掛籃和托架構(gòu)成。雨水口高程應(yīng)介于下沉式綠地的最低高程和路面高程之間。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著海綿城市建設(shè)受重視程度日益提高，海綿道路設(shè)計(jì)在貫徹和落實(shí)方面還有很大發(fā)展空間，海綿道路雨水系統(tǒng)建設(shè)涉及整個(gè)城市排水系統(tǒng)，本文通過介紹海綿城市道路設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)原則，海綿道路路面、綠化、排水等設(shè)計(jì)，建立海綿城市道路設(shè)計(jì)機(jī)制，加大設(shè)計(jì)管理力度，在遇到雨水時(shí)，可以吸收、儲(chǔ)蓄，需要時(shí)能夠釋放利用雨水，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化利用。要將海綿城市道路設(shè)計(jì)落實(shí)應(yīng)用，還需要協(xié)調(diào)好各個(gè)部門，將規(guī)劃、排水、交通、施工等單位協(xié)調(diào)起來，明確建設(shè)目標(biāo)、落實(shí)政策和具體措施。