海綿城市建設(shè)理念在市政路橋設(shè)計(jì)施工中的體現(xiàn)

鄭國棟

（大慶市城市管理事業(yè)發(fā)展中心，黑龍江 大慶163000）

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，市內(nèi)路橋的合理規(guī)劃對于正常生產(chǎn)生活尤為重要，尤其是在7、8 月份雨季時(shí)，城市內(nèi)澇問題凸顯出來，不僅會造成安全隱患，威脅到居民群眾的生命安全，同時(shí)還會損壞路橋基質(zhì)，減少路橋使用壽命。為了響應(yīng)“海綿城市”建設(shè)理念，市政路橋設(shè)計(jì)研究中必須要運(yùn)用相關(guān)設(shè)計(jì)知識，提高市政路橋設(shè)計(jì)及施工水平。

1 海綿城市建設(shè)理念

1.1 海綿城市概念

簡單來講，海綿城市建設(shè)理念要求在城市建設(shè)設(shè)計(jì)與施工中要注重提高城市路橋基質(zhì)的吸水性，打造一個(gè)“海綿”路橋體，提高城市抗洪抗?jié)衬芰Α：＞d城市建設(shè)基于各類的基礎(chǔ)設(shè)施，在保障其功能性與安全性充分展現(xiàn)的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步優(yōu)化城市的水循環(huán)性能，增強(qiáng)城市的排水、蓄水能力，重視循環(huán)利用水資源，是生態(tài)環(huán)境保護(hù)城市建設(shè)要求的新型設(shè)計(jì)理念。

1.2 海綿城市建設(shè)理念的優(yōu)勢

城市建設(shè)中主要矛盾就是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，基于此政府出臺了許多配套政策，其中最主要的措施就是打造海綿城市來緩解城市排水蓄水壓力，改善城市生態(tài)環(huán)境，減輕城市環(huán)境污染。利用海綿城市的海綿效應(yīng)從根本上緩解城市排水系統(tǒng)的壓力，充分循環(huán)利用城市豐富的水資源，同時(shí)還可以起到防雨防洪的作用。

2 海綿城市在市政路橋設(shè)計(jì)施工中的體現(xiàn)

2.1 海綿城市在市政路橋設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用方式

海綿城市在市政路橋設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾種方式：（1）轉(zhuǎn)變路橋設(shè)計(jì)和廣場建設(shè)理念，將快速排水轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑽问?，提高城市路橋廣場對于雨水的滲、滯以及蓄的能力；（2）市政路橋系統(tǒng)海綿建設(shè)理念的應(yīng)用應(yīng)以控制面源污染，削減地表流量為目標(biāo)，以雨水入滲、調(diào)節(jié)蓄水量排放量為主要方式；（3）市政路橋的綠化隔離帶以及兩側(cè)的綠化帶的設(shè)計(jì)必須要因地制宜，合理利用下沉式綠地、生物滯留地等多種形式，同時(shí)還可以采取間歇式側(cè)石、開孔側(cè)石等多種形式，將道路的雨水順利引入綠化帶中，進(jìn)而增加道路對于雨水的吸收能力；（4）市政路橋的人行道、非機(jī)動車道、停車場以及廣場等可以采用透水鋪裝系統(tǒng)，增加其透水性；（5）城市廣場的設(shè)計(jì)必須因地制宜，采取下沉式的結(jié)構(gòu)或者增加相應(yīng)的雨水調(diào)蓄配套設(shè)施，最大程度地避免雨水滯留，現(xiàn)有的廣場和道路，要合理根據(jù)海綿城市建設(shè)要求，逐步實(shí)施海綿化改造；（6）城市道路系統(tǒng)中的海綿設(shè)施建設(shè)必須要與政策中園林景觀、環(huán)境保護(hù)、城市交通、內(nèi)澇防治等多項(xiàng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，將道路功能安全、景觀要求等充分考慮其中。

2.2 海綿城市在市政路橋設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用策略

2.2.1 車行道設(shè)計(jì)

由于車行道需要長期受到行車荷載，必須選用透水性強(qiáng)且孔隙率比較高的透水瀝青混凝土作為路橋建設(shè)結(jié)構(gòu)層，待水通過結(jié)構(gòu)層再繼續(xù)向下滲透的時(shí)候，可以有效過濾水中的雜質(zhì)以及污染物質(zhì)，完成水體的凈化處理。同時(shí)在路面鋪設(shè)時(shí)可以選擇性設(shè)置橫坡，有利于雨水引流至車行道旁的綠化帶中，快速排出雨水。

2.2.2 人行道設(shè)計(jì)

（1）人行道的鋪設(shè)應(yīng)首先選用防滲水土工布，保證人行道鋪設(shè)地段平整度良好，另外將防滲水土工布的搭建長度控制在2m 之上，防止水層滲透至土層，完成防滲水土工布的鋪設(shè)之后，在其上繼續(xù)鋪設(shè)碎石層，其鋪設(shè)厚度在25.5 mm 之內(nèi)、壓碎值小于25%，且碎石直徑要控制在0.08 mm之上。之后，繼續(xù)在碎石層的基礎(chǔ)上在人行道增設(shè)排水管或者盲管，應(yīng)當(dāng)選用高分子樹脂等材料作為排水管的底層以及立壁，采用高分子樹脂材料可以延長排水溝的使用壽命且抗壓抗腐蝕能力強(qiáng)，排水能力更佳，防范出現(xiàn)雜質(zhì)滯留等問題。（2）碎石層鋪設(shè)完畢后選用透水性混凝土進(jìn)行澆筑，在澆筑之前必須保證混凝土充分的攪拌均勻，攪拌時(shí)間為30-60s，確保碎石料與膠結(jié)料均勻混合，適量水分2-3 次加入，繼續(xù)攪拌20-25min，并在攪拌均勻之后的15 分鐘內(nèi)將混凝土材料進(jìn)入澆筑，澆筑厚度為15 厘米左右，采用平板式振搗器均勻振搗混凝土，振搗時(shí)間為10s 之內(nèi)，確保混凝土的表面平整且厚度一致均勻，澆筑完成后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)7 天左右，養(yǎng)護(hù)期間要嚴(yán)格看管防止行人踩踏混凝土層，養(yǎng)護(hù)結(jié)束之后繼續(xù)使用土工布鋪設(shè)在混凝土層之上，并在基層之上鋪設(shè)透水磚，基于此人行道的建設(shè)完成。

2.2.3 生態(tài)滯留帶設(shè)計(jì)

針對生態(tài)滯留帶的鋪設(shè)，首先將種植土敷設(shè)在綠化帶與生態(tài)樹池之中，在填土之前，需要在綠化帶和生態(tài)樹池中鋪濾土層和礫石，同時(shí)還必須在礫石下面鋪滲水管，填入種植土之后，再在其上面敷設(shè)陶粒，這樣可以充分發(fā)揮出滲水管的作用，保證土壤的濕潤。設(shè)計(jì)綠化帶時(shí)，盡可能將其設(shè)計(jì)成低于車行道的凹型，這樣可以有效收集雨水，且在綠化帶下方設(shè)置碎石盲溝，在盲溝下面設(shè)置碎石層。

3 應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)

3.1 道路概況

本文選取金山湖大道作為海綿建設(shè)理念應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例，道路長約4.7 公里，紅線寬32-40 米，道路西側(cè)規(guī)劃有20 米寬的水系。該示范工程占地645 米，海綿城市也可以稱為水彈性城市，其基本任務(wù)包括吸水、蓄水、滲水、凈水，并在需要時(shí)利用儲存的水。現(xiàn)有海綿城市市政道路一條，道路兩側(cè)有道路集水溝。集水溝與道路兩側(cè)的集水井相連。下雨時(shí)，雨水沿集水溝流入集水井。儲水，需要時(shí)，從儲水井取水使用。上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是，當(dāng)雨水量較大時(shí)，由于路面透水性差，雨水可能積聚在地面上，影響行車。

圖1 自然排水系統(tǒng)替換原有綠化帶

3.2 道路排水設(shè)計(jì)

3.2.1 自然排水系統(tǒng)替換原有綠化帶

金山湖大道的自然排水系統(tǒng)為兩側(cè)布置的截面是3.5米寬、0.2-0.3 米深的生態(tài)草溝。單側(cè)自然排水系統(tǒng)的長度約590 米，坡度沿道路縱向坡度設(shè)置，有兩處高點(diǎn)和兩處低點(diǎn)，形成三處雨水花園和出水口。

生態(tài)草溝混合土由透水土、水洗砂、水洗碎石組成。草溝種植當(dāng)?shù)爻＞G喬木和灌木。通過道路橫坡的設(shè)置和路牙的開孔，將道路雨水自然收集到生態(tài)草溝中。為減少生態(tài)草溝雨水外溢，在沖洗后的碎石層上鋪設(shè)盲管，并在道路最低點(diǎn)將集水管接至雨水花園溢流下的集水井。為減少雨水對路基的滲透，沿生態(tài)草溝在溝邊和溝底鋪設(shè)土工布，并涂瀝青層進(jìn)行保護(hù)。

3.2.2 透水混凝土替換原有人行道鋪裝

為了增加降雨的滲透，在滲透性道路上使用人行道的情況正在增加。近年來，上海世博園，北京奧林匹克體育場等也采用了滲透性人行道。

金山湖大道人行道的路面設(shè)計(jì)也考慮了透水路面的技術(shù)。使用彩色的可滲透混凝土作為人行道的路面，并在表面結(jié)構(gòu)下設(shè)置盲管。這樣可以確保在雨天雨水能迅速滲入，使行人行走更安全，不會打滑。

3.2.3 開孔、開口路牙代替?zhèn)鹘y(tǒng)路牙

允許徑流通過洪水、滲漏和擴(kuò)散的方式流入自然排水系統(tǒng)更為合適。這樣既可以減少自然植被和土壤的侵蝕，又可以更好地收集雨水徑流。因此，在快車道段每隔30cm 設(shè)置路牙，同時(shí)為慢車道段設(shè)置洞口。區(qū)間和開口尺寸按寬頂堰公式計(jì)算，最高堰頭設(shè)為5mm，徑流按匯流面積采用局部短時(shí)暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算。

3.3 生態(tài)滯留帶工程

3.3.1 雨水花園的建設(shè)

利用金山湖大道交叉口道路的兩個(gè)低點(diǎn)，建立3 個(gè)小型雨水花園，對種植草溝收集的雨水進(jìn)行調(diào)蓄，使之外溢。每個(gè)雨場占地約10 平方米。雨園的基本施工方法與很多人描述的自然排水系統(tǒng)相似，但其表面沒有種植任何植物，而是用粗粒的河卵石代替。目的是對草溝徑流中的渾水和懸浮垃圾進(jìn)行沉淀、阻隔，減少溢流雨水對下游水系的污染。雨水花園表面的河卵石需要定期清理和維護(hù)，以確保其有效性。

圖2 雨水花園的建設(shè)

3.3.2 水質(zhì)比較

金山湖大道采用入滲式植草溝使徑流在進(jìn)入的源頭和傳輸途徑中能夠就地處理，代替原有直接收集降雨的雨水口，能夠較好的實(shí)現(xiàn)對初期雨水中SS、TP、TN 以及重金屬等物質(zhì)的去除（參考數(shù)據(jù)來自《城市面源污染的控制原理和技術(shù)urban diffuse pollution control principles & technologies》尹澄清等著）。目標(biāo)是使河道湖泊的水質(zhì)可以保持在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（2012 年國家環(huán)保總局）在IV 級以上，滿足景觀用水要求。

3.3.3 徑流比較

使用SWMMS 軟件對自然排水系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，分別采用1 年一遇、2 年一遇、5 年一遇短歷時(shí)（2 小時(shí)）雨型和10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇長歷時(shí)（24 小時(shí)）情況下進(jìn)行模擬，對比無LID 設(shè)施情況下排水管渠系統(tǒng)。

傳統(tǒng)管道與LID 設(shè)施對比數(shù)據(jù):一年一遇220.20/49.24下降77.6%; 二年一遇296.95/132.82 下降55.3%; 五年一遇427.46/292.4 下降31.6%; 十年一遇484.19/397.15 下降18.0%; 二十年一遇563.5/476.87 下降15.4%; 五十年一遇665.16/513.82 下降14.1%。

結(jié)果顯示新建的自然排水系統(tǒng)在減少徑流總量和削減徑流峰值方面優(yōu)于原傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。同時(shí)，通過一個(gè)50 年一遇的極端的事件模擬，可以看出自然排水系統(tǒng)消除了暴雨徑流的第一個(gè)峰流也減少了徑流體積總量，最大峰值減少約54%，徑流體積約為46.7%。

4 結(jié)束語

眾所周知，旱澇災(zāi)害在我國一些城市頻繁發(fā)生，并且一些城市還存在嚴(yán)重缺水的現(xiàn)象。目前，城市中內(nèi)澇現(xiàn)象日益加重，究其根源主要是由于中國城市地面硬化建設(shè)比較過度所造成的，當(dāng)遇到大暴雨的情況下，大量雨水便會構(gòu)成地表的徑流，這樣完全超出城市排水系統(tǒng)的基本承受能力，最后會導(dǎo)致內(nèi)澇的出現(xiàn)，這給城市水資源造成了嚴(yán)重的污染。伴隨著海綿城市的相繼出現(xiàn)，就需要開展全方位的系統(tǒng)化治理，為此，創(chuàng)建海綿城市具有非常重要的意義。