北方市政道路海綿城市建設(shè)技術(shù)

郭 竹 玲

(太原市市政工程設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

隨著城市化進程的加快，城市雨水徑流污染、洪澇災(zāi)害、城市生態(tài)環(huán)境日益惡化等問題逐漸突出。為從源頭解決城市內(nèi)澇、改善城市徑流污染、保護和改善城市生態(tài)環(huán)境，相關(guān)部門提出了建設(shè)海綿城市的新構(gòu)想，提倡構(gòu)建LID(低影響開發(fā))雨水系統(tǒng)。在解決面源污染帶來的水質(zhì)問題方面，雨洪調(diào)蓄利用與城市生態(tài)景觀相結(jié)合已成為一種趨勢，并且取得了一定效果[1]。在滿足城市市政道路最基本的通行功能的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分利用市政道路及周邊綠化帶采取下凹式綠地、透水人行道鋪裝、LID樹池等低影響開發(fā)措施，以削減徑流水量、改善徑流水質(zhì)。LID(低影響開發(fā))市政道路模式充分利用了道路綠化帶對雨水在滲、蓄、滯、凈方面的功能，將道路中央分隔帶及機非分隔帶設(shè)計成植物滯留帶形式，路面雨水徑流通過道路開孔側(cè)石自流入生物滯留帶，雨水經(jīng)過滲、蓄、滯、凈后安全排放。

1 工程概況

此次實施海綿城市建設(shè)的市政道路位于綜改示范區(qū)，位于市區(qū)南部，屬暖溫帶干旱半干旱大陸性氣候區(qū)，氣候干燥、降雨偏少、晝夜溫差大。冬季干冷漫長、夏季濕熱多雨、春季升溫急劇、秋季降溫迅速、春秋短暫多風(fēng)、干濕季節(jié)分明。太原市年平均降水量為420 mm～457 mm，年平均氣溫7.8 ℃～10.3 ℃，最大凍土深度0.77 m。太原屬季風(fēng)氣候區(qū)域，季風(fēng)環(huán)流交替明顯，常年以偏北風(fēng)為主，年平均風(fēng)速為1.8 m/s～2.4 m/s，年平均大風(fēng)日數(shù)31.5 d。

該片區(qū)全面按照海綿城市建設(shè)要求進行城市建設(shè)，嚴格執(zhí)行控制指標，提高建設(shè)標準，落實《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》文件要求。系統(tǒng)梳理現(xiàn)狀水安全、水環(huán)境、水資源、水生態(tài)等涉水問題及潛在風(fēng)險，針對具體問題提出系統(tǒng)策略方案，提高區(qū)域人居環(huán)境，促進人水和諧發(fā)展。該片區(qū)海綿城市建設(shè)總體目標為：以海綿城市建設(shè)理念指導(dǎo)園區(qū)建設(shè)，采用低影響開發(fā)(LID)等新理念，充分發(fā)揮區(qū)域內(nèi)小區(qū)、道路、綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對雨水的滲、蓄、滯、凈作用，多方位保護和修復(fù)園區(qū)內(nèi)水生態(tài)系統(tǒng)，有效應(yīng)對城市內(nèi)澇和水環(huán)境污染，打造環(huán)境良好、生態(tài)宜居的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)區(qū)，以該片區(qū)海綿城市市政道路建設(shè)為起點，積累相關(guān)經(jīng)驗、探索有效模式，為全省推進海綿城市建設(shè)提供相關(guān)建設(shè)經(jīng)驗。

2 設(shè)計標準

1)年徑流總量控制率。采用當(dāng)?shù)?986年9月～2016年8月共30年的2 066場24 h實測降雨數(shù)據(jù)進行分析，綜合考慮當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和城市定位、規(guī)劃理念、經(jīng)濟發(fā)展等多方面條件，以及當(dāng)?shù)啬陱搅骺偭靠刂坡尸F(xiàn)狀，根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》要求，并參考兩批全國海綿城市建設(shè)試點對年徑流總量控制率選取的經(jīng)驗，取年徑流總量控制率為80%，控制降雨徑流深為19.2 mm，對應(yīng)控制年的降雨場次為31場。2)年SS總量去除率。城市水環(huán)境達到水環(huán)境功能區(qū)劃目標。城市徑流污染物中，SS(懸浮物)與其他污染物密切相關(guān)，故一般采用SS作為徑流污染物控制指標，該片區(qū)海綿城市雨水系統(tǒng)的年SS總量去除率結(jié)合大氣污染、降水等情況確定為大于45%。3)雨水資源化利用率。結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源現(xiàn)狀，考慮用水需求、經(jīng)濟合理性以及片區(qū)雨水收集利用能力，綜合確定雨水資源化利用率大于5%。4)海綿型道路與廣場。轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的道路、廣場設(shè)計理念，將原來快速匯水、排水變?yōu)榉稚⒕偷匚{、調(diào)蓄雨水，提高城市道路、廣場對雨水的滲、滯、蓄能力。新建道路的機非分隔帶和紅線外兩側(cè)綠地要因地制宜設(shè)計為生物滯留設(shè)施，在道路側(cè)石預(yù)留為雨水蓄滯預(yù)留通道，加強路面雨水就地消納吸收能力。

3 海綿城市建設(shè)系統(tǒng)設(shè)計

該片區(qū)內(nèi)海綿城市建設(shè)道路分為三種斷面類型：類型一：道路紅線寬度66 m，采用四塊板形式，中間8 m綠化帶，兩側(cè)機動車道為15 m(雙向八車道)，路側(cè)帶14 m，其中包括4.5 m機非分隔帶、5 m非機動車道、4.5 m人行道，人行道內(nèi)設(shè)置1.5 m樹穴帶。類型二：道路紅線寬60 m，橫斷面采用四塊板形式，中間5 m綠化帶，兩側(cè)各15 m(雙向八車道)機動車道，3 m機非分隔帶、5 m非機動車道、 4.5 m人行道，人行道內(nèi)設(shè)置1.5 m樹穴帶。類型三：道路紅線寬52 m，中間5 m綠化帶，兩側(cè)各11 m機動車道(三車道)，3 m機非分隔帶，5 m非機動車道，4.5 m人行道，人行道內(nèi)設(shè)置1.5 m樹穴帶，標準橫斷面圖見圖1。

3.1 機非分隔帶設(shè)計

設(shè)置下凹式綠地，綠地高程低于機動車道路面高程10 cm，將雨水口置于綠化帶內(nèi)，其高程高于綠化帶且低于路面[1]。機非分隔帶內(nèi)海綿城市具體的工程做法為：分隔帶內(nèi)兩側(cè)豎向鋪設(shè)土工布，由下至上回填依次為0.2 m砂石，0.35 m蛭石層，0.50 m種植土，蓄水層厚度0.05 m～0.1 m，回填土入滲系數(shù)大于5×10-6m/s，土工布規(guī)格200 g/m2～300 g/m2。機非分隔帶路緣石每間隔一段距離開孔，便于雨水進入。在分隔帶下游設(shè)有溢流雨水口，溢流井可放到綠化帶內(nèi)，也可結(jié)合道路設(shè)置到機動車道的，溢流口高出種植土5 cm～10 cm，超量雨水溢流排至雨水管渠系統(tǒng)(見圖2)。

若考慮控制徑流污染，可在機非分隔帶路緣石開口外設(shè)沉淀坑，內(nèi)側(cè)鋪設(shè)石籠，但根據(jù)試點城市的經(jīng)驗，徑流污染設(shè)施對綠帶影響不大?？紤]到融雪劑的影響，可在機非分隔帶內(nèi)設(shè)置收集設(shè)施，但具體工程施工時較難實施，故海綿設(shè)施只考慮收集非機動車道雨水，機動車道雨水采用傳統(tǒng)方法排除(見圖3，圖4)。

3.2 透水人行道設(shè)計

透水人行道從下至上采用10 cm厚級配碎石墊層+15 cm厚C20透水水泥混凝土+3 cm厚中粗砂干拌+6 cm厚C40混凝土透水步磚，下部鋪設(shè)防滲土工布，縱向鋪設(shè)滲透管，分段通過排水管接入雨水口(見圖5)。

3.3 側(cè)石開孔

機非分隔帶側(cè)石每隔一段距離開孔，為路面雨水進入機非分隔帶內(nèi)雨水口留足通道。靠近機動車道的花崗巖側(cè)石開孔，開孔位置為道路低點及兩側(cè)距低點1 m的位置，其余位置開孔間距為3 m，間距不滿足時可小于3 m，孔的尺寸為10 cm×10 cm，具體開孔形式見圖6。

圖6的開孔形式滿足安全使用的要求，經(jīng)計算，滿足道路兩側(cè)的排水要求，側(cè)石加工時簡單，方便后期施工。施工完成后保證道路側(cè)石的連續(xù)性，滿足行車安全的要求，同時，結(jié)合機非分隔的景觀布置，合理美觀。

3.4 防滲土工布的設(shè)置

中央分隔帶路面結(jié)構(gòu)側(cè)面設(shè)置有防滲土工布，設(shè)置深度1 m。該片區(qū)年平均降水量為420 mm～457 mm，歷史最大日降水量為135.7 mm。沙壤土滲透量為：Y=0.395 1X+4.469 1=0.395 1×135.7+4.469 1=58.08 cm<1 m。中央分隔帶防滲土工布設(shè)置可以防護路面結(jié)構(gòu)的水侵蝕。

機非分隔帶采用防滲土工布半包形式，底部防滲土工布埋深120 cm，搭接30 cm，防護深度150 cm，對填方高度小于150 cm的路基無影響。對填方高度大于150 cm的路段，按下滲與側(cè)滲相等原則，路基底部高50 cm寬50 cm范圍(側(cè)石基礎(chǔ)底部范圍)內(nèi)路基按浸水考慮。路基頂面回彈模量：標準狀態(tài)下路基土回彈模量按粉土取中間值70 MPa，濕度調(diào)整系數(shù)按粉質(zhì)土取最小值0.5，干濕循環(huán)模量折減系數(shù)取最小值0.7，路基頂面回彈模量折減后為24.5 MPa，大于次干路標準20 MPa，小于主干路標準30 MPa，側(cè)石基礎(chǔ)底部局部范圍內(nèi)的路基頂面回彈模量較低，初步判定對路基整體穩(wěn)定性影響不大。

3.5 綠化設(shè)計

市政道路海綿城市建設(shè)園林景觀綠化設(shè)計既要滿足市政道路景觀綠化的理念、目標，又必須適應(yīng)海綿城市建設(shè)對植物生長提出的嚴苛的環(huán)境條件。它既需要遵循道路景觀綠化的基本原則，又必須適應(yīng)海綿城市模式的干濕環(huán)境多變等問題。海綿型植物景觀設(shè)計不同于一般考慮美學(xué)效果的傳統(tǒng)景觀綠化設(shè)計，而是針對市政道路海綿城市建設(shè)模式下的植物設(shè)計方式。雙重條件下的景觀綠化設(shè)計必須遵循道路景觀綠化設(shè)計特別是海綿城市植物設(shè)計的原則，這是植物生態(tài)適應(yīng)性與景觀美學(xué)之間的博弈。在注重觀賞性的前提下，更應(yīng)強調(diào)景觀綠化的功能性和植物的生態(tài)性。具體設(shè)計是考慮種植土厚度、雨水對植物影響、觀賞性與功能性三個方面。

4 維護管理及保障措施

4.1 維護及管理

應(yīng)建立健全海綿城市設(shè)施的維護管理制度和操作規(guī)程，園區(qū)需配備專業(yè)管理人員，完善相關(guān)檢測手段，并定期加強對管理人員和操作人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)；管理部門應(yīng)做好雨季來臨前和雨季期間海綿設(shè)施的檢修和維護管理，保障設(shè)施運行正常、安全運行；維護管理部門宜對設(shè)施的效果進行檢測和評估，確保設(shè)施的功能得以正常發(fā)揮[2](見表1)。

表1 維護管理一覽表

4.2 保障措施

1)回填土入滲系數(shù)大于5×10-6m/s[3]，保證雨水入滲;2)綠化帶剛種植完后可采用噴灌的方式固化土壤；3)慎用融雪劑：使用融雪劑后鹽類殘留物堆積綠化帶里，使土壤鹽堿化，破壞植被；腐蝕道路、橋梁等路政設(shè)施；鹽類物質(zhì)進入地下以后，勢必會對當(dāng)?shù)氐牡叵滤Y源造成污染(東北沈陽、長春、北京等地禁用融雪劑)?？稍诨炷疗履_下設(shè)置收集系統(tǒng)接入環(huán)保型雨水口，收集含融雪劑雪水。

5 結(jié)語

海綿城市建設(shè)是一項復(fù)雜系統(tǒng)的工程，要統(tǒng)籌考慮，市政道路海綿城市建設(shè)只是海綿城市建設(shè)的一部分，控制指標要在區(qū)域內(nèi)進行綜合考慮，盡可能在地塊(如住宅小區(qū))、公園、道路兩側(cè)綠帶等進行控制，市政道路不要承擔(dān)太多的控制指標。在區(qū)域內(nèi)綜合考慮海綿城市建設(shè)涉及的各個方面及相互影響和制約關(guān)系，全面推行低影響開發(fā)理念，建設(shè)綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施及合理的灰色基礎(chǔ)設(shè)施，才能從根本上解決城市內(nèi)澇、徑流污染、雨水資源利用等問題。只有海綿建設(shè)持續(xù)推進才能實現(xiàn)小雨不內(nèi)澇、大雨不積水、水體不黑臭、熱島有緩解。