基于低影響開發(fā)(LID)的市政道路設計研究

陳彥瑾

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司）

1 引言

目前，我國很多城市存在缺水、徑流污染、內澇等問題，面對此類問題，推出了“海綿城市”建設理念[1]。為了盡可能降低對海綿城市建設的影響，低影響開發(fā)（LID）建設方法在市場道路建設中誕生。該項建設方法不僅具有較強的雨水緩排作用，而且設計較為靈活，可以根據市政道路雨水滯留需求，調整容量等相關數(shù)值[2]。目前，LID 開發(fā)方法在很多城市市政道路建設中廣泛應用。

圖1 強降雨控制原理

2 道路雨水收集滯留帶原理

雨水收集滯留帶作為市政道路建設的重要組成部分，支持低強度降雨控制和高強度降雨控制。其中，低強度降雨控制，通過布設沉沙井，完成雨水箅溢控制，即雨水流過路緣石進入沉沙井，而后轉入卵石區(qū)，沿著滯留帶雨水排放方向，最終流入綠植區(qū)域，雨水被綠植吸收，部分雨水滲入綠植區(qū)域土層下，大大提高了雨水利用率[3]。除此之外，未能滲入土層的雨水將通過管理系統(tǒng)匯入盲管，采取統(tǒng)一排放處理。關于強降雨控制，原理如圖1 所示。

通過構建雨水收集系統(tǒng)，完成雨水收集滯留處理。此項處理方法雨水處理渠道更多一些，分別車行道雨水排放、人行道雨水排放、雨水收集滯留控制系統(tǒng)3 部分。其中，車行道雨水排放與低強度排放方式相似，均通過沉沙井進行處理。人行道排放處理，通過鋪設透水設施，令雨水下滲到人行道土層，以存儲部分雨水。雨水控制系統(tǒng)是在過濾層、種植土層分別埋下盲管，利用這些管道排放剩余雨水。

目前，很多城市面臨著雨季排水難問題，應用強降雨控制方案較多，通過修建雨水收集系統(tǒng)，實現(xiàn)雨水收集滯留處理，以此提高雨水利用率[4-5]。關于此項工程的開展需要根據生物滯留帶寬度計算結果，結合控制需求，最終確定最佳雨水滯留附屬設備作業(yè)參數(shù)。

3 市政道路設計

3.1 雨水收集滯留帶設計

1）縱向設計

考慮到部分市政道路修建環(huán)境特殊，所處地區(qū)縱坡較大，為了有效收集雨水，采用階梯布設方法設計縱向滯留帶。其中，蓄水池高度設定為20cm，建立滯留帶與道路坡度之間關系，依據道路坡度大小，確定滯留帶參數(shù)數(shù)值。當坡度數(shù)值位于2%～7%之間時，修建階梯狀滯留帶。當此參數(shù)低于下限值時，以相同道路坡度作為滯留帶坡度。當此參數(shù)高于上限值時，雨水隨著坡度的增加流速變大，面對此類情況，在此處植入綠化帶，以此緩解高速雨水排放，同時還可以達到市政道路綠化的目的。按照坡度不同，設定1%作為坡度差，隨著坡度的增加，滯留帶坡度逐漸增加，但是增加速度比較緩慢，且數(shù)值變化較慢，各級滯留帶長度逐漸趨于穩(wěn)定。當路面坡度達到4%時，此參數(shù)穩(wěn)定在5m，不在隨著坡度的增加而減小。

2）豎向設計

市政道路滯留帶深度參數(shù)最小值為5 項指標累加之和，分別是超高，持水區(qū)最大值與雨水豁口之間的高度差值，取值10cm；礫石層厚度，設定直徑范圍18mm ～30mm，厚度數(shù)值為28cm；砂濾層厚度，選取中粗砂作為施工材料，設定參數(shù)數(shù)值為10cm；種植土最小數(shù)值，依據植物草本、喬木等多種類型植株對土壤生長需求的最小值，設定種植土壤深度數(shù)值。以上參數(shù)之和為滯留帶豎向深度設置數(shù)值。

3）容量設計

為了打造海綿城市，需要合理控制徑流。此控制目標的實現(xiàn)，通過計算容量數(shù)值，設計滯留帶容量參數(shù)得以完成。首先，收集與滯留帶直接接觸的降雨面積、從外部匯入滯留帶的雨水面積、徑流系數(shù)、目標降雨量、單位進水量5 項指標數(shù)值，采用容積法計算調蓄量。其次，應扣除的滯留帶滲水量。關于此參數(shù)的計算，依據大西定律下的滲透量、調蓄容積進行計算，最終獲取容量參數(shù)，將該數(shù)值設定為滯留帶容量。

3.2 附屬設施設計

1）透水盲管布設

市政道路部分地區(qū)土壤滲透能力薄弱，本研究在此區(qū)域內布設透水盲管，選取300g/m2規(guī)格設備作為布設材料，設定直徑為DN200。在工程實施過程中，根據市政道路實際情況布設盲管，控制環(huán)剛度，不得低于4kN/m2。為了進一步提高透水盲管布設水平，在設計階段，分析設備材料特性，根據土壤滲透能力大小，設置控制環(huán)剛度數(shù)值。通常情況下，利用智能化監(jiān)測設備采集土壤滲透相關數(shù)值，經過計算得知滲透能力大小，從而為設備剛度數(shù)值確定提供參考依據。

2）防滲漏設計

考慮到車行道路基與透水磚之間存在雨水滲漏情況，為了有效防止雨水滲漏，本研究采取防滲處理方法，敷設半包形式防滲膜，填方段尺寸大小約為6m，超過6m 處采用全包形式布設防滲膜。通常情況下，設定防滲膜尺寸大小為400g/m2，耐靜水壓數(shù)值大小為0.4MPa，頂破強力不低于1.4kPa，膜斷裂強度高于8.2kN/m?？紤]到不同道路雨水滲透情況不同，為了充分發(fā)揮防滲漏布設方案作用，本研究通過計算靜水壓、頂破強力等相關參數(shù)，綜合分析不同地段防滲漏需求，合理設置相關參數(shù)。另外，在全包形式和半包形式選取上，設定調整范圍在5 ～6m 之間，根據實際情況靈活選取布設方式。例如，在雨水滲透較為嚴重區(qū)域，以5m作為臨界點，超過此限定值部分，皆采用全包形式處理。

3）沉沙井布設

在雨水豁口處設置沉沙井，在其周邊布設卵石，當未能滲入土層的雨水流經此處時，形成緩沖，均勻布設在溢流處理區(qū)域內，起到了很好的雨水溢流處理作用。其中，蓄水層設置參數(shù)范圍-0.35m ～-0.15m，雨水引流槽距離地表面0.05m。由于地區(qū)自然環(huán)境原因，存在不同程度的降雨情況，當降雨量較大時，對雨水豁口處的雨水緩沖能力要求較大。所以，需要加強其周圍卵石的布設，合理控制卵石中間縫隙，從而起到良好的緩沖作用。另外，對于溢流出的雨水除了修建引流槽，使其流入指定區(qū)域內，還應該設計雨水處理裝置，充分利用水資源。所以，沉沙井的布設還應該添加蓄水池結構。

4）溢流雨水口布設

修建市政道路時，還需要布設溢流雨水口，用于處理雨水溢流問題，從而避免雨水過大影響市政道路車輛通行。該布設方案設定各個溢流雨處理點之間的間距為30m，在設定點左側和右側布設雨水溢流口，布設設備為井蓋，用于實施檢測雨水。如果處理點未布設井蓋，那么在此處新建一個檢查井，并為其布設井蓋，以備雨水檢查使用。為了避免路面出現(xiàn)雨水溢流問題，在溢流口水平面上修建蓄水層，保證兩者處于同一水平位置處，根據市政道路雨水排放控制需求，實時調整溢水位標高。除此之外，還可以采用引流裝置，將溢出的雨水引入蓄水層。

5）管網防水方法

為了避免滯留帶管網滲漏，本研究選取塑料作為檢查材料，檢查各個設備之間是否存在連接密封不徹底問題。與此同時，在電纜護管里連接位置采取密封處理，經檢驗無誤方可投入使用。考慮到傳統(tǒng)的人工檢驗方式可能存在疏漏，無法檢測到部分管網滲漏問題，本文建議采用智能化檢測裝置，對管網各個區(qū)域是否存在滲漏情況進行檢測，實時觀察檢測數(shù)據，獲取管道滲漏情報信息。根據坐標定位信息，確定管道滲漏位置，立即采取維修管理。另外，綜合管網建筑物較為特殊，對管網防水要求較高，本研究以11J201 柔性防水屋面處理方法作為參考依據，制定高等級防水處理方案。該方案在設備外側涂膜防水，并調整瀝青涂料結構，使其具備高效防水作用。

表1 市政道路雨水滯留帶調蓄能力檢驗結果統(tǒng)計表

4 市政道路施工檢驗

以某市政工程為例，采用上述設計的市政道路建設方案，完成項目主干路和支路道路施工，通過計算各項參數(shù)數(shù)值，對比實際參數(shù)值與標準值差異，判斷本設計方案是否滿足海綿城市建設理念下的市政道路建設要求。如表1 所示為市政道路雨水滯留帶調蓄能力檢驗結果。

表1 中統(tǒng)計結果顯示：

①V實＞Vs，由此可以判斷，本文設計的雨水收集滯留帶施工方案可以起到很好的雨水徑流控制作用，能夠有效控制80%左右的徑流，有助于海綿城市建設。

③ t0= 5.55h， 滿足雨水緩排處理要求，解決了道路蓄水對植物生長造成的影響。

綜上分析，采用LID 技術設計的雨水收集控制滯留帶建設滿足市政道路建設要求，大大提高了雨水利用率，解決了部分城市雨水不足、雨水過多問題，有助于打造海綿城市工作的開展。

5 結語

采用LID 開發(fā)技術，對市政道路滯留帶進行設計，從而達到創(chuàng)建海綿城市目的。通過分析滯留帶工作原理，提出市政道路雨水收集滯留帶設計研究，并為其添加附屬設施，包括透水盲管、防滲裝置、沉沙井、溢流雨水口布設，并設計管網防水方案。檢驗結果表明，該設計方案符合海綿城市建設要求。