海綿城市下沉式道路排水設(shè)計(jì)及LID 設(shè)施技術(shù)

鄭國棟

（ 大慶市城市管理事業(yè)發(fā)展中心，黑龍江 大慶163000）

在海綿城市建設(shè)中，涌現(xiàn)出了許多新技術(shù)、新方案，下沉式綠地、下沉式廣場，以及下沉式道路等，均有廣泛的運(yùn)用。下沉式道路通過向下開挖，從市政道路的下方穿過，形成交叉架構(gòu)。正是由于下沉式道路位置偏低的特點(diǎn)，路面徑流容易匯集，對于排水能力提出了更高的要求。以建設(shè)海綿城市為契機(jī)，探究這種下沉式道路的排水設(shè)計(jì)方案，以及LID 設(shè)施技術(shù)，成為關(guān)系到海綿城市建設(shè)成效、功能發(fā)揮的決定性因素。

1 海綿城市下沉式道路排水設(shè)計(jì)

1.1 道路各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)

為了保證下沉式道路可以將路面積水順利排出，防止因?yàn)榉e水過多導(dǎo)致路面無法通行的情況，需要綜合考慮以下幾項(xiàng)因素：其一是暴雨重現(xiàn)期，取值標(biāo)準(zhǔn)可以參照海綿城市下沉式廣場的標(biāo)準(zhǔn)，如表1 所示。其二是降雨歷時(shí)，通過地面集水時(shí)間和管渠內(nèi)雨水流經(jīng)時(shí)間相加求和得到。其三是徑流系數(shù)，下沉式道路兩側(cè)設(shè)有綠化斜坡，但是以草皮為主且坡度較大，在強(qiáng)降雨天氣對于坡面徑流的攔截效果有限，因此仍然會(huì)在路面產(chǎn)生較為明顯的徑流。通常下沉式道路的綜合徑流系數(shù)不應(yīng)低于0.8。

表1 海綿城市下沉式道路暴雨重現(xiàn)期取值標(biāo)準(zhǔn)

1.2 雨水泵站的建設(shè)

在下沉式道路附近建設(shè)雨水泵站，輔助完成路面積水的排放。如果道路周邊有較為開闊的地面，可以選擇單獨(dú)建立雨水泵站；反之則需要采取合建式泵站。另外，根據(jù)往年雨水情況和下沉式道路的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行水泵選型，保證排水效果，將路面積水及時(shí)排凈。為了減輕人工管理壓力，優(yōu)先考慮使用具備自動(dòng)控制功能的潛水泵，目前一些自動(dòng)化程度較高的設(shè)備，可以根據(jù)水位的高低實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停，實(shí)用性更強(qiáng)。

1.3 管材的選擇與布置

近年來新工藝、新材料的出現(xiàn)，讓下沉式道路中雨水管道的用材有了更多的選擇，其中PVC、玻璃鋼管等，具有耐腐蝕性強(qiáng)、粗糙系數(shù)低、造價(jià)相對便宜等諸多特點(diǎn)，成為了雨水管材的優(yōu)先選擇。在確定管材以后，還要考慮管徑、布設(shè)位置等具體因素。管徑方面，要結(jié)合上文提及的暴雨重現(xiàn)期、徑流系數(shù)等指標(biāo)，通常來說不應(yīng)低于15mm。雨水管道的布置位置在下沉式路面底板結(jié)構(gòu)的下方，在布置多條管道的情況下，可以等間隔放置，并使用混凝土砌筑、固定。

1.4 雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

下沉式道路不僅提高車輛通行效率、解決城市擁堵問題，而且通過設(shè)計(jì)雨水收集系統(tǒng)，還可以實(shí)現(xiàn)雨水資源的回收利用。從國內(nèi)外海綿城市建設(shè)實(shí)踐來看，常見的模式有2 種：其一是雨水口收集，該方式適用于那些道路縱坡在3%以下的情況；其二是蓋板式縱橫溝收集，在縱坡超過3%時(shí)選用。

2 下沉式道路連續(xù)出現(xiàn)情況的排水設(shè)計(jì)

2.1 單個(gè)下沉式路段

單個(gè)下沉式路段的示意圖如下圖1 所示：

圖1 單個(gè)下沉式路段示意圖

結(jié)合圖1，此種類型的下沉式道路，在兩個(gè)斷面之間的波谷處設(shè)計(jì)下沉段，并且將最低點(diǎn)確定為排水點(diǎn)。潛水泵可以安裝在A 點(diǎn)，遵循“多水高排、少水低排”的原則，將下沉段的多余積水排出。需要注意的時(shí)，降落在斷面Ⅰ- 斷面Ⅱ間的雨水，首先通過重力流的方式流入到道路兩側(cè)的雨水井或排水邊溝之中，通過邊溝或雨水管道匯集到下沉式路段最低點(diǎn)A 處設(shè)置的集水池之中。如果該路段周邊沒有位置更低的其他市政管網(wǎng)或蓄水設(shè)施，則直接使用潛水泵進(jìn)行排水即可。反之，如果周圍存在高程更低的市政管網(wǎng)、蓄水設(shè)施或者河道時(shí)，可以設(shè)置排水管道，排除集水池中的雨水。

2.2 兩個(gè)連續(xù)的下沉式路段

兩個(gè)連續(xù)的下沉式路段的示意圖如圖2 所示：

圖2 兩個(gè)連續(xù)的下沉式路段示意圖

結(jié)合圖2，在斷面I 和II 之間，以及斷面II 和III 之間，分別形成了兩個(gè)下沉段。其中，兩個(gè)下沉段的最低點(diǎn)（A 和B）存在一定的高度差。這種情況下，雨水首先在2 個(gè)下沉段進(jìn)行匯集，同時(shí)借助于A 點(diǎn)和B 點(diǎn)的高度差，通過兩點(diǎn)之間相連的地下排水管道，將下沉段2 中的積水，通過B 點(diǎn)下方的排水管道流向A點(diǎn)。此時(shí)只需要在A 點(diǎn)安裝潛水泵，就可以完成下沉式道路積水的排出。而B 點(diǎn)則不需要安裝潛水泵，從而節(jié)約了一部分資金。選擇這種類型時(shí)，要注意兩個(gè)下沉段的間隔距離不能太遠(yuǎn)，否則會(huì)增加一部分成本，并且積水的滲透和排出難度也會(huì)增加。

2.3 多個(gè)連續(xù)的下沉式路段

多個(gè)連續(xù)的下沉式路段示意圖如圖3 所示：

圖3 三個(gè)連續(xù)的下沉式路段示意圖

3 個(gè)及以上的連續(xù)下沉式道路，在現(xiàn)階段的海綿城市建設(shè)中比較少見，并且對排水設(shè)計(jì)提出了更高的要求。目前國內(nèi)幾個(gè)城市在這一方面嘗試了以下幾種解決方式：其一是在每個(gè)下沉段分別設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，這種情況下雖然保證了下沉段道路的排水效果，但是無疑會(huì)增加成本。其二則是進(jìn)行分段，每2 個(gè)或3 個(gè)為一段，具體設(shè)計(jì)上參照上文中的兩個(gè)連續(xù)下沉式路段。這樣既不影響排水效果，同時(shí)又節(jié)約了部分成本。

3 海綿城市下沉式道路新型LID 設(shè)施技術(shù)

3.1 滲透技術(shù)

提高雨水下滲能力可以從源頭上解決下沉式道路積水問題。現(xiàn)階段常用的滲透技術(shù)包括：第一，生物滯留設(shè)施。該設(shè)施可以看作是小型生態(tài)系統(tǒng)，通過地表植被的攔截作用，以及土壤滲慮作用、微生物的分解作用，在實(shí)現(xiàn)雨水滲透、減少地表徑流的基礎(chǔ)上，還可以起到凈化污水的效果。當(dāng)然，生物滯留設(shè)施對于污染物的凈化能力有限，若污染較為嚴(yán)重，還需要增加植草溝、沉淀池等，對這些污染物含量較多的雨水進(jìn)行預(yù)處理，從而保證生物滯留設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。第二，滲透塘。其作用主要是雨水的下滲和凈化，主要組成包括種植土、透水土工布等。在滲透塘的偏上方，要預(yù)留一處溢流口。在強(qiáng)降雨天氣下，可以保證滲透塘內(nèi)多余的雨水順利排出。同樣的，為了保證凈化效果，在滲透塘前需要增設(shè)前置塘進(jìn)行沉淀、凈化。

3.2 儲存、調(diào)節(jié)及傳輸技術(shù)

濕塘與滲透塘有一定的相似之處，兩者的主要區(qū)別在于滲透塘只能進(jìn)行雨水的下滲、凈化，而濕塘除了具備這兩種基本功能外，還能夠發(fā)揮儲存、調(diào)節(jié)雨水的作用。其結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。雨水通過進(jìn)水口首先流入前置塘。前置塘可以減緩水的流速，讓進(jìn)水中大顆粒物質(zhì)以及雜質(zhì)等沉淀下來。前置塘和主塘之間用一處碎石溢流堰相隔，當(dāng)前置塘的水位達(dá)到一定高度后，上層雨水通過碎石溢流堰流向主塘內(nèi)。主塘的邊緣位置種植挺水類植物，中間位置種植沉水類植物，另外塘底淤泥中有大量的微生物，都可以起到雨水凈化作用。濕塘的容積水深通常在1-3m，面積較大，可以蓄積較多的雨水，并且在干旱時(shí)放水，發(fā)揮一定的調(diào)控能力。

圖4 濕塘平面示意圖

3.3 截污凈化技術(shù)

該技術(shù)主要運(yùn)用了物理凈化和生物凈化兩種方式，其結(jié)構(gòu)組成如圖5 所示。地面徑流通過碎石消能渠后，不僅流動(dòng)速度降低，而且夾雜的沙石等雜物被攔截下來。一部分地面徑流進(jìn)入到植被緩沖帶，通過地表草皮、灌木的攔截、凈化，雨水中污染物的含量進(jìn)一步降低，最終流入凈化區(qū)；另一部分地下水則通過滲排水管直接流入凈化區(qū)。利用凈化區(qū)中微生物分解、處理，上層清水通過排水管匯入河流。

圖5 植被緩沖帶典型構(gòu)造示意圖

4 結(jié)論

下沉式道路固然有多樣的功能和明顯的優(yōu)勢，但是也必須解決雨水匯集導(dǎo)致的積水問題，才能讓下沉式道路的價(jià)值真正體現(xiàn)出來。在道路設(shè)計(jì)階段，要結(jié)合本地的氣候、地質(zhì)、水文等因素，合理設(shè)計(jì)參數(shù)、確定水泵型號科學(xué)布置斷面；同時(shí)還要掌握單個(gè)或連續(xù)多個(gè)下沉路段的施工要點(diǎn)，以及道路建設(shè)中使用到的LID 設(shè)施技術(shù)。唯有如此，才能確保下沉式道路順利建設(shè)完成，并且穩(wěn)定發(fā)揮其功能，為海綿城市的建設(shè)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。