基于LID理論的海綿市政道路設(shè)計應(yīng)用研究

周 鋮

(國家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計院，云南 昆明 650216)

0 引 言

為了推廣和應(yīng)用低影響開發(fā)建設(shè)模式，使城市開發(fā)建設(shè)后的水文特征接近開發(fā)前，緩解城市內(nèi)澇，我國于2014年頒布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南(試行)》，明確指出市政道路低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)結(jié)合道路綠化帶和道路紅線外綠地優(yōu)先設(shè)計下沉式綠地、生物滯留帶、雨水濕地等。結(jié)合道路工程中的綠化帶、人行道、樹池設(shè)置下沉式綠化帶、透水鋪裝、生態(tài)樹池是市政道路海綿城市設(shè)計中應(yīng)用最為廣泛且行之有效的低影響開發(fā)方法。因此準(zhǔn)確認(rèn)識城市道路中的徑流控制機理并合理應(yīng)用于設(shè)計中，對于有效建設(shè)海綿城市并解決城市排水防澇問題具有現(xiàn)實意義[1]。

1 LID理論基礎(chǔ)

下沉式綠化帶是指低于周邊鋪砌地面或道路在 200 mm 以內(nèi)的綠化帶[2]。受降雨雨型影響，在降雨初期，下沉式綠化帶匯集周邊硬化路面的徑流，通過植被、土壤垂直下滲，利用微生物截留和凈化部分雨水，并補充地下水；隨著降水強度增大，滲透流量小于降水強度時，下沉式綠地進(jìn)行雨水調(diào)蓄，超出部分則通過溢流裝置進(jìn)入雨水管網(wǎng)。

透水鋪裝是利用透水磚良好的透水、透氣性能，使雨水迅速滲入地下，補充土壤水和地下水，保持土壤濕度，改善城市地面植物和土壤微生物的生存條件。

生態(tài)樹池是一種小型生物滯留設(shè)施，徑流雨水經(jīng)樹池側(cè)壁集水口進(jìn)入，流經(jīng)滲透系數(shù)較大的土壤過濾介質(zhì)，經(jīng)土壤過濾后的雨水收集于底部穿孔管并排出，雨量大時超過蓄滲高度的雨水經(jīng)溢流管匯入雨水排水系統(tǒng)。生態(tài)樹池與透水鋪裝聯(lián)合使用可加強人行道徑流控制。

1)雨水量調(diào)蓄

Wp=V=As×Δh

(1)

式(1)中：Wp為有效調(diào)蓄容積，m3；V為儲水容積，m3；Δh為有效儲水深度，m，Δh=h1-h2；h1為儲水水面標(biāo)高，此處為下沉式綠化帶內(nèi)雨水口或溢流口標(biāo)高，m；h2為下沉式綠化帶底面標(biāo)高，m；As為有效滲透面積，m2。

2)透水鋪裝滲透量

ws=As×b×Ψc×10-3

(2)

式(2)中：ws為設(shè)計滲透量，m3；Ψc為硬化地面雨量徑流系數(shù)，取0.8；b為日設(shè)計降雨厚度，mm。

3)透水鋪裝存儲容積

Vs=As×∑Hink1

(3)

式(3)中：Vs為儲水容積，m3；Hi為透水結(jié)構(gòu)層厚度，m；nk1為透水結(jié)構(gòu)層孔隙率，%。

2 海綿市政道路控制指標(biāo)

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南(試行)》，LID開發(fā)設(shè)施有較強的補充地下水、削減峰值流量、凈化雨水功能和一定的集蓄利用雨水、轉(zhuǎn)輸功能[2]。昆明地區(qū)提出了道路海綿設(shè)施的設(shè)計計算方法，并滿足相應(yīng)的控制要求。城市道路工程徑流總量控制規(guī)模為 12 mm，人行道透水鋪裝率達(dá)到100%，徑流污染控制厚度為 5 mm。海綿市政道路控制目標(biāo)以徑流總量控制為主，徑流污染控制為輔。

1)徑流總量控制規(guī)模。市政道路低影響開發(fā)設(shè)施徑流總量控制規(guī)模應(yīng)當(dāng)根據(jù)日設(shè)計降雨厚度，并結(jié)合工程項目內(nèi)所有匯水面積，按式(4)進(jìn)行計算：

W=10-3×b×∑(Fi×Ψci)

(4)

式(4)中：W為低影響開發(fā)設(shè)施徑流總量控制規(guī)模，m3；Fi為項目內(nèi)的各個下墊面的匯水面積，m2；b為日設(shè)計降雨厚度，mm，昆明市取值 12 mm；Ψci為各下墊面對應(yīng)Fi的雨量徑流系數(shù)，硬化屋面和路面取0.8，綠地取0.15，水面取0，且不考慮裸露的土地。

2)徑流污染控制。市政道路徑流污染控制主要在于初期徑流控制，初期徑流控制量按式(5)計算：

Wi=10-3×δ×F

(5)

式(5)中：Wi為設(shè)計初期徑流控制量，m3；δ為初期徑流控制厚度，mm；F為匯水面積，m2。

3 應(yīng)用實例

下沉式綠化帶設(shè)計指標(biāo)包括：設(shè)施面積比，下沉深度，溢流口標(biāo)高、數(shù)量，綠帶植被耐澇耐污能力等。現(xiàn)以昆明市某新建道路工程為例進(jìn)行分析。

3.1 項目概況

昆明市某新建市政道路位于滇池北側(cè)平壩海綿控制區(qū)，規(guī)劃為城市主干道，道路全長 10.2 km，前段 6.9 km 紅線寬度 50 m、后段 3.3 km 紅線寬度 60 m，2種斷面型式均為不對稱斷面，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1、2所示。50 m 斷面道路，機動車道、非機動車道、人行道、綠化帶道路寬度分別為 28.5 m、7 m、6 m、8.5 m，有樹池2處；60 m 斷面道路，機動車道、非機動車道、人行道、綠化帶道路寬度分別為 28.5 m、7 m、6 m、18.5 m，無樹池，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面用地指標(biāo)如表1所示。

圖1 50 m紅線寬度道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面Fig.1 50 m red line width road standard cross section

圖2 60 m紅線寬度道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面Fig.2 60 m red line width road standard cross section

表1 道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面用地指標(biāo)Tab.1 Land use index of standard cross section of road

道路縱斷面設(shè)計控制點主要為相交的現(xiàn)狀道路、相交的規(guī)劃河道、現(xiàn)狀河道的洪水位標(biāo)高等，以規(guī)劃為依據(jù)進(jìn)行豎向設(shè)計，道路最大縱坡為4%，最小為0.3%，最大豎曲線半徑為 30 000 m，最小為 1 200 m。道路縱坡基本滿足雨水排放要求。

3.2 場地條件確定

根據(jù)項目詳勘報告，勘察期間擬建場地在道路沿線均見到穩(wěn)定地下水，孔內(nèi)地下水混合穩(wěn)定水位在設(shè)計地面下1.00～3.70 m，可設(shè)置下沉式綠化帶。區(qū)域主要土層滲透系數(shù)見表2。

表2 各土層滲透系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果Tab.2 Statistical results of permeability coefficient of each soil layer

根據(jù)擬建場地工程地質(zhì)條件，對路基壓縮層進(jìn)行變形驗算，對其基底的③泥炭質(zhì)土、④2泥炭質(zhì)土進(jìn)行換填處理后以④黏土為基礎(chǔ)持力層進(jìn)行路基施工，且由于地下水位較高，場地內(nèi)雨水滲透的土層主要為綠化帶填土(取滲透系數(shù) 10 mm/h)、②黏土和②1黏土層，按分布面積進(jìn)行加權(quán)平均得到滲透系數(shù)指標(biāo)取值 6.25 mm/h。

3.3 LID設(shè)施設(shè)計

本項目LID設(shè)施包括下沉式綠化帶、透水鋪裝人行道、生態(tài)樹池。機非分隔綠化帶采用下沉式，下沉深度設(shè)計為 200 mm，溢流口標(biāo)高應(yīng)低于綠化帶頂 50 mm，有效儲水深度為 150 mm；人行道全部采用透水磚鋪裝，路面結(jié)構(gòu)厚度 40 cm；生態(tài)樹池地面標(biāo)高低于緊鄰路面100～200 mm。

3.4 指標(biāo)校核

校核本項目徑流總量控制指標(biāo)和初期徑流控制量指標(biāo)，如表3、4所示。結(jié)果表明：50 m 標(biāo)準(zhǔn)斷面和 60 m 標(biāo)準(zhǔn)斷面的海綿城市設(shè)施均滿足徑流總量控制指標(biāo)和初期徑流控制量指標(biāo)，因此采用下沉式綠化帶、透水鋪裝人行道、生態(tài)樹池相結(jié)合的組合LID設(shè)施設(shè)計符合徑流總量和徑流污染控制的要求。

表3 50 m標(biāo)準(zhǔn)斷面海綿城市設(shè)施指標(biāo)復(fù)核表Tab.3 Review of urban facility indicators of 50 m standard cross-section sponge

表4 60 m標(biāo)準(zhǔn)斷面海綿城市設(shè)施指標(biāo)復(fù)核表Tab.4 Review of urban facility indicators of 60m standard cross-section sponge

4 結(jié) 論

下沉式綠化帶、透水鋪裝人行道、生態(tài)樹池相結(jié)合的組合LID設(shè)施，對徑流總量和徑流污染控制具有重要意義。3種市政道路LID設(shè)施中下沉式綠化帶對徑流控制的貢獻(xiàn)值最大。隨著工程建設(shè)和基礎(chǔ)研究的進(jìn)一步開展，配合下沉式綠化帶等徑流控制技術(shù)的深入研究，市政道路海綿城市設(shè)計必將上升到一個新的高度。