“海綿城市”理念在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

杜曉菊

（湘潭市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，湖南湘潭411100）

0 引言

隨著城市空間結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，很多城市都在雨季發(fā)生內(nèi)澇，給居民正常生活及城市發(fā)展造成了很大的困擾。為了解決內(nèi)澇問題，需要結(jié)合道路的實(shí)際情況，在市政道路設(shè)計(jì)中引入海綿城市理念，達(dá)到預(yù)期的優(yōu)化效果。

1 海綿城市的理念

在過去的市政道路建設(shè)發(fā)展中，設(shè)計(jì)理念始終以促使雨水沿橫、縱坡形成徑流，之后通過雨水口進(jìn)行收集，最后由雨水管集中排出為主。由于城市化進(jìn)程日益推進(jìn)，這種傳統(tǒng)的理念已經(jīng)無法滿足實(shí)際要求，表現(xiàn)出下列問題：其一，排水壓力日益增大。伴隨城市占地不斷擴(kuò)展以及硬化路面實(shí)際占比持續(xù)提高，導(dǎo)致雨水很難滲入到地下，城市排水面臨越來越大的壓力，導(dǎo)致城市內(nèi)澇。其二，徑流造成的污染越來越嚴(yán)重。若徑流攜帶的各類污染物進(jìn)入城市水系統(tǒng)，將給城市范圍內(nèi)的水資源帶來極大的污染。其三，城市的生態(tài)環(huán)境與水資源都遭到一定程度的破壞，產(chǎn)生熱島效應(yīng)及植被破壞等現(xiàn)象[1]。

海綿城市的核心在于，從根本上解決城市在建設(shè)過程中產(chǎn)生的各類雨水問題，使城市像海綿一樣吸收、蓄積并凈化雨水，然后在需要時(shí)將這部分雨水充分釋放，減少雨水造成的環(huán)境影響及破壞，同時(shí)緩解水資源壓力。以海綿城市為基礎(chǔ)的市政道路排水系統(tǒng)如圖1所示，海綿城市建設(shè)前后雨水徑流變化如圖2所示，傳統(tǒng)末端治理和海綿城市之間的對比如圖3所示。除此之外，為了能從源頭實(shí)現(xiàn)減排，還可采用如圖4所示的做法。

圖1 以海綿城市為基礎(chǔ)的市政道路排水系統(tǒng)

圖2 海綿城市建設(shè)前后雨水徑流變化

圖3 傳統(tǒng)末端治理和海綿城市之間的對比

圖4 源頭減排做法

2 海綿城市的建設(shè)原則

在市政道路設(shè)計(jì)中引入海綿城市理念時(shí)，需遵從下列幾項(xiàng)原則。

2.1 規(guī)劃引領(lǐng)

海綿城市主要針對城市環(huán)境中的水問題，但并不意味著“就水論水”。為了達(dá)到預(yù)期的徑流控制目標(biāo)，需要從源頭入手，科學(xué)的規(guī)劃，并逐層落實(shí)到位。一方面要協(xié)調(diào)不同層級的規(guī)劃，明確不同專業(yè)規(guī)劃和海綿城市理念之間的關(guān)系；另一方面在控制性詳細(xì)規(guī)劃、修建性詳細(xì)規(guī)劃對海綿城市建設(shè)總體目標(biāo)與各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分解，并落實(shí)到不同的專項(xiàng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)建設(shè)中。

2.2 生態(tài)優(yōu)先

以修復(fù)城市水生態(tài)作為基礎(chǔ)，合理劃分藍(lán)線與綠線，為水生態(tài)敏感區(qū)提供良好的保護(hù)。充分利用城市內(nèi)的自然排水系統(tǒng)，并通過適當(dāng)?shù)囊?guī)劃、建設(shè)與管理，以及采用各類工程技術(shù)措施加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，增強(qiáng)水生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力。

2.3 安全為重

在確保城市得以安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，處理海綿城市、城市內(nèi)排水及內(nèi)澇控制之間的關(guān)系。引入海綿城市理念有利于防止城市內(nèi)澇的發(fā)生，但這并不意味著可以完全取代排水防澇系統(tǒng)。引入海綿城市理念，可以對大概率發(fā)生的中小型降雨進(jìn)行控制和充分利用，而對于小概率發(fā)生的短時(shí)間強(qiáng)降雨，還需要依賴排水系統(tǒng)。

2.4 因地制宜

我國不同地區(qū)的自然地理?xiàng)l件、水文地質(zhì)、水資源情況、降雨特點(diǎn)、水環(huán)境保護(hù)及城市內(nèi)澇防治的基本要求均不相同。針對這種情況，首先要明確海綿城市理念引入后的控制目標(biāo)和指標(biāo)，嚴(yán)格按照因地制宜的原則，選擇影響程度較小的開發(fā)措施和系統(tǒng)組合。

2.5 統(tǒng)籌建設(shè)

充分考慮城市總體規(guī)劃，在各類建設(shè)項(xiàng)目中，嚴(yán)格落實(shí)各層級相關(guān)規(guī)劃中確定的海綿城市建設(shè)的控制目標(biāo)、指標(biāo)與技術(shù)要求。對除道路建設(shè)外的其他項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)行統(tǒng)籌，使低影響開發(fā)設(shè)施建設(shè)和主體工程實(shí)現(xiàn)同時(shí)規(guī)劃、同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工與同時(shí)使用。

3 海綿城市理念的應(yīng)用

3.1 工程概況

以某城市快速路為例進(jìn)行分析，路幅寬度為60m，設(shè)計(jì)速度80km/h，設(shè)置2% 的道路橫坡及2.5% 以內(nèi)的縱坡。道路機(jī)動車道按雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)橫斷面為：60m=3.5m 人行道+8m 非機(jī)動車道+4.5m兩側(cè)綠化分隔帶+12m 機(jī)動車道+4m 中央綠化帶+12m 機(jī)動車道+4.5m 兩側(cè)綠化分隔帶+8m 非機(jī)動車道+3.5m 人行道。路面結(jié)構(gòu)機(jī)動車道及非機(jī)動車道采用一般瀝青混凝土路面。在道路原設(shè)計(jì)中，雨水僅通過雨水管實(shí)現(xiàn)排放，位于兩側(cè)綠化帶內(nèi)的雨水管對非機(jī)動車道與機(jī)動車道的雨水進(jìn)行集中收集和排放。因此，需按照海綿城市理念對該道路實(shí)施必要的優(yōu)化。

3.2 路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.2.1 非機(jī)動車道與機(jī)動車道

因該地區(qū)的降雨量相對較大，所以非機(jī)動車道與機(jī)動車道均采用透水鋪裝層。其中，機(jī)動車道上面層采用厚度為4cm 的透水瀝青路面（OGFC），并設(shè)置乳化瀝青封層，用于避免路面滲水現(xiàn)象的發(fā)生。非機(jī)動車道采用5cm 厚透水水泥混凝土面層。在實(shí)際的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)規(guī)程提出的各項(xiàng)強(qiáng)制性條文[2]。

3.2.2 人行道

人行道路面采用透水鋪裝，結(jié)構(gòu)層次從下到上分別為透水基層、找平層和面層。根據(jù)道路所在地區(qū)的氣候條件與交通量，人行道結(jié)構(gòu)采用15cm 級配碎石墊層+20cmC20 透水混凝土基層+3cm 中粗砂找平層+6cm 透水磚面層。在此基礎(chǔ)上，于基層內(nèi)埋設(shè)軟管用于加強(qiáng)排水，軟管進(jìn)入兩側(cè)綠化帶。

3.3 下沉式綠化帶

下沉式綠化帶是海綿城市理念中下沉綠地的一部分，可以實(shí)現(xiàn)就地消納雨水徑流，減少雨水的外排量，實(shí)現(xiàn)雨水的資源化利用，同時(shí)也可以改善生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，下沉式綠化帶的設(shè)計(jì)需要給排水、風(fēng)景園林、市政工程等多個(gè)部門的相互協(xié)調(diào)、配合。為消納機(jī)動車道及非機(jī)動車道等硬化路面產(chǎn)生的雨水徑流，確保下沉式綠化帶可以有效收集雨水，并保證行車和行人的安全，必須處理好下沉式綠化帶與周邊硬化路面及雨水口的豎向銜接方式，以及下沉式綠化帶的下沉深度與雨水口的設(shè)計(jì)高度，確保不危害綠化帶內(nèi)植物的生長。該道路將兩側(cè)綠化分隔帶優(yōu)化設(shè)計(jì)為下沉式綠化帶，在綠化分隔帶的兩側(cè)分別設(shè)置豁口狀的路緣石，同時(shí)選擇適宜的位置設(shè)置雨水口。

3.4 植草溝

植草溝除了能對路面上的雨水徑流進(jìn)行收集與排放，還能起到顯著的凈化作用，和道路排水管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)協(xié)調(diào)。因該道路路基為整體式路基，故邊溝可直接采用植草溝的形式。植草溝斷面采用梯形，深度按50cm 控制，上、下邊分別按照175cm、50cm 控制。植草溝開挖完成后，種植有良好抗淹性的草種[3]。

3.5 過程控制

最大限度地發(fā)揮各綠色設(shè)施的滯峰、錯(cuò)峰和消峰等作用，防止雨水共排，確保從不同區(qū)域進(jìn)入市政排水管網(wǎng)中的雨水不會發(fā)生集中泄流，減小排水系統(tǒng)的壓力，提高排水系統(tǒng)的實(shí)際利用率。通過對綠色設(shè)施設(shè)計(jì)及其運(yùn)行管控的優(yōu)化，有效控制和調(diào)節(jié)雨水徑流與匯集方式，降低徑流峰值。另外，借助大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)，使系統(tǒng)運(yùn)行效能達(dá)到最大化[4]。

3.6 系統(tǒng)治理

水具有較強(qiáng)的外部性，幾乎無所不及。水又是極其重要的載體，如前所述，采用海綿城市的理念進(jìn)行治水時(shí)，切不可就水論水[5]。第一，從保證生態(tài)系統(tǒng)的完整性入手，防止生態(tài)系統(tǒng)被碎片化。堅(jiān)決樹立山水林田湖草生命共同體思想，最大限度發(fā)揮自然下墊面具有的蓄水、滲透和凈化功能。第二，建立并完善城市水系統(tǒng)。水環(huán)境問題的主要表象為水，但根源卻不在“水”，而是在“岸上”。對此，要充分考慮岸上治理，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動效應(yīng)。第三，將改善水環(huán)境作為導(dǎo)向，不斷完善污染治理系統(tǒng)，建立從源頭與污染物到管網(wǎng)，再從管網(wǎng)到收納水體的整體系統(tǒng)[6]。當(dāng)前的市政排水建設(shè)及管理因受到體制等方面因素的限制，大多為碎片化運(yùn)作，在管理機(jī)制層面缺乏系統(tǒng)性，導(dǎo)致無論是建設(shè)還是運(yùn)行維護(hù)都極度缺乏系統(tǒng)性。第四，建立良好的治理體系，嚴(yán)格控制源頭污染，加強(qiáng)內(nèi)源治理，采取有效的生態(tài)修復(fù)措施。治理在某種程度上比建設(shè)更有意義，因此必須建立一套良好的運(yùn)維管理制度，包括定期清理管網(wǎng)及河道中的淤泥、水草、漂浮垃圾。此外，還應(yīng)在新科技的支持下實(shí)現(xiàn)智慧管控[7]。

3.7 應(yīng)用效果與評價(jià)

為確定并評價(jià)海綿城市的實(shí)際應(yīng)用效果，借助SWMM 模型對研究路段進(jìn)行劃分，然后根據(jù)計(jì)算徑流和對徑流過程進(jìn)行模擬，綜合評價(jià)海綿城市理念及措施的應(yīng)用效果。經(jīng)模擬，按照海綿城市理念進(jìn)行道路優(yōu)化后，起到延緩流量峰值產(chǎn)生和減少徑流總量的作用。無論是對緩解市政管網(wǎng)壓力，還是避免內(nèi)澇的發(fā)生，都有重要的作用與意義。海綿城市在提高市政道路排水成效上發(fā)揮了重要的作用，以上設(shè)計(jì)及優(yōu)化方式合理可行。

4 結(jié)語

綜上所述，過去以排為主的傳統(tǒng)理念已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前市政道路的排水要求，產(chǎn)生了很多問題，所以必須引入海綿城市理念進(jìn)行道路優(yōu)化。該道路經(jīng)過優(yōu)化，不僅道路徑流峰值的產(chǎn)生時(shí)間延緩，而且徑流總量減小，對緩解管網(wǎng)壓力及減少內(nèi)澇發(fā)生，都發(fā)揮出了重要作用，值得其他城市借鑒。