基于“海綿城市”設(shè)計(jì)理念的道路改造研究

段曉強(qiáng)

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

市政道路承擔(dān)了城市資源、人群的主要空間流轉(zhuǎn)職能，是構(gòu)成城市市政系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)大中型城市的硬化道路面積占城區(qū)建設(shè)用地面積比重已超過15%，且有逐年上升的趨勢(shì)[1]；而傳統(tǒng)的道路設(shè)計(jì)理念主要關(guān)注于道路的積水外排，尚未兼顧到積水的滲透及路面徑流控制問題，大量的硬化道路嚴(yán)重削弱了城市對(duì)雨水的滲透和積蓄能力，在雨季很容易誘發(fā)城市內(nèi)澇災(zāi)害，影響了城市市政設(shè)施對(duì)惡劣環(huán)境的抵抗“韌性”，同時(shí)也加劇了城市在夏季炎熱環(huán)境下的“熱島效應(yīng)”[1]。

為了降低道路硬化對(duì)城市自然環(huán)境的影響程度，提高城市對(duì)雨水的綜合利用能力，解除城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)城市市政道路的可持續(xù)發(fā)展[2]，以低影響開發(fā)為主導(dǎo)的“海綿城市”設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生；本文擬將“海綿城市”設(shè)計(jì)理念應(yīng)用到市政道路的“海綿化”改造實(shí)踐中，希望摸索出一套適合北方城市的道路“海綿化”改造方案，為“海綿城市”的建設(shè)提供些許借鑒。

1 “海綿城市”相關(guān)概念概述

1.1 “海綿城市”概念

“海綿城市”泛指城市雨積水綜合管理系統(tǒng)，是指通過新建各類雨積水吸收、集納、存續(xù)、凈化、外排等設(shè)施，使城市具備像“海綿”一樣的“韌性”與“彈性”，能夠抵抗強(qiáng)降雨等突發(fā)性自然災(zāi)害造成的不利影響。當(dāng)雨量充沛時(shí)，雨積水綜合設(shè)施能夠快速吸收、凈化并集納雨水，在雨量不足或氣候干燥時(shí)，集納的雨水能以各種形式釋放并利用，這種“一吸一釋”的特點(diǎn)與海綿的特性完美契合，搭建了人類活動(dòng)與自然生態(tài)之間的和諧共生關(guān)系。

1.2 “低影響開發(fā)”概念

所謂“低影響開發(fā)”是“海綿城市”綜合水循環(huán)系統(tǒng)建設(shè)的主要宗旨和原則，是與“海綿城市”相配套的技術(shù)體系，旨在利用源頭分散的小型控制設(shè)施，以最大程度保護(hù)被開發(fā)對(duì)象的原始風(fēng)貌，使其盡可能接近原有的自然水系。衡量“低影響開發(fā)”的指標(biāo)眾多，常用指標(biāo)包括：地表徑流量、峰值流量、峰值流量持續(xù)時(shí)間等。“低影響開發(fā)”的水系原理示意如圖1所示。

圖1 “低影響開發(fā)”的水系原理示意圖

2 市政道路“海綿化”改造中常用的低影響開發(fā)設(shè)施

市政道路系統(tǒng)“海綿化”改造需依靠具體的低影響開發(fā)設(shè)施實(shí)現(xiàn)，低影響開發(fā)設(shè)施以實(shí)現(xiàn)道路及周圍配套設(shè)施的“滲透、滯留、集納、凈化、使用、外排”為主要目的，以“海綿城市”改造中的道路系統(tǒng)改造為基準(zhǔn)，常用的低影響開發(fā)設(shè)施包括：透水型瀝青混凝土路面、下沉式綠植帶、道路邊坡雨水花園。

2.1 透水型瀝青混凝土路面

透水型瀝青混凝土路面主要解決“海綿化”改造過程中的滲透問題，透水型瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)一般由細(xì)粒式瀝青混凝土層、中粒式瀝青混凝土層及水泥穩(wěn)定碎石基層組成，為了保護(hù)水泥穩(wěn)定碎石基層，確保透水型瀝青路面的總體承載強(qiáng)度及耐久性滿足設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)要求，在中粒式瀝青混凝土層與細(xì)粒式瀝青混凝土層間應(yīng)增設(shè)封層，以阻隔水分下滲，保證水分僅能夠在上面層間滲透流動(dòng)。透水型瀝青路面結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

圖2 透水型瀝青路面結(jié)構(gòu)形式

為使透水型瀝青混凝土路面與路緣石之間形成可靠的“滲透-排水”體系，應(yīng)保證上面層積水滲透流通面與路緣石排水孔齊平，確保路面系內(nèi)部的滲水能夠快速外排至下沉式綠植帶內(nèi)。

2.2 下沉式綠植帶

下沉式綠植帶主要解決“海綿化”改造中的“滯留、集納”問題，將傳統(tǒng)的平面式機(jī)非分隔帶進(jìn)行下沉式設(shè)計(jì)，以兼顧機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道的積水滯留和集納需求。綠植帶下沉深度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐穆访鎻搅髁看_定，下沉式綠植帶與機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道的開口式路緣石相連，路面雨水經(jīng)由路緣石開口處流入下沉式綠植帶內(nèi)，為了控制強(qiáng)降雨期間的水流量，同時(shí)起到一定程度的雨水凈化功能，可在路緣石周圍撒布碎石；被凈化后的雨水暫時(shí)集納于下沉式綠植帶內(nèi)，一部分用于綠植灌溉，多余的積水可引流至地下儲(chǔ)存罐內(nèi)，以便于缺水時(shí)調(diào)用，為了避免因短期內(nèi)降水量過大導(dǎo)致的綠植帶涌水，應(yīng)在綠植帶內(nèi)預(yù)留雨水溢流井，保證超量雨水能夠快速外排至市政管網(wǎng)。

2.3 道路邊坡雨水花園

道路邊坡雨水花園的功能與下沉式綠植帶類似，本文在傳統(tǒng)的雨水花園構(gòu)造形式基礎(chǔ)上，結(jié)合挖方路塹高邊坡結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了道路邊坡雨水花園結(jié)構(gòu)，道路邊坡雨水花園結(jié)構(gòu)不但可以提高邊坡原始的雨水涵養(yǎng)能力，還能保障路塹高邊坡的穩(wěn)定性，避免邊坡滑塌風(fēng)險(xiǎn)。道路邊坡雨水花園結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的雨水花園結(jié)構(gòu)改進(jìn)而成，具體結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3 道路邊坡雨水花園結(jié)構(gòu)

3 市政道路“海綿化”改造方案研究

本文以山西省內(nèi)某中型城市市政主干道“海綿化”改造項(xiàng)目為背景，綜合運(yùn)用透水型瀝青混凝土路面、下沉式綠植帶及道路邊坡雨水花園等改造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了既有市政道路的“海綿化改造”，具體改造方案及改造成效如下。

3.1 市政道路“海綿化”改造方案概述

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，待改造道路兩側(cè)均為高邊坡，路基形式為填方路堤，通過調(diào)取氣象水文資料得知，道路在雨季的內(nèi)澇情況十分嚴(yán)重，道路現(xiàn)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道，中央分隔帶凈寬為5 m，車道凈寬為4 m。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》要求，該市地處年徑流總量控制率第Ⅱ分區(qū)，年度徑流量應(yīng)控制在80%～85%之間，經(jīng)“海綿化”改造后，能應(yīng)對(duì)50年一遇洪水。

首先，擬對(duì)路面鋪裝進(jìn)行“海綿化”改造，鋪筑透水型瀝青混凝土路面，路面結(jié)構(gòu)與圖2一致，為了提高路面排水效率，保證積水快速引流至中央分隔帶和兩側(cè)邊坡雨水花園內(nèi)，改造傳統(tǒng)的排水篦子，用開孔式路緣石代替，以增加單位里程內(nèi)的排水面積。此外，對(duì)中央分隔帶進(jìn)行下沉式設(shè)計(jì)，分隔帶內(nèi)加密綠植，同時(shí)設(shè)置溢流井，溢流井下方與大容積蓄水池相連，以加強(qiáng)中分帶的雨水積蓄能力，下沉式綠植帶內(nèi)敷設(shè)肥沃的植被種植土，以滿足綠植生長(zhǎng)條件。路基高邊坡兩側(cè)應(yīng)進(jìn)行雨水花園改造，一方面加強(qiáng)高邊坡在強(qiáng)降雨條件下的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)邊坡滑塌等災(zāi)害，另一方面，可以提高邊坡土體的雨水富集能力，從而實(shí)現(xiàn)雨積水的綜合循環(huán)利用，邊坡雨水花園結(jié)構(gòu)與圖3一致。

3.2 市政道路“海綿化”改造成效分析

經(jīng)“海綿化”改造后，城市道路系統(tǒng)的滲透、滯留、集納、凈化、使用、外排等綜合能力得到了顯著提升，通過廣泛推廣透水瀝青鋪裝、下沉式綠植帶、邊坡雨水花園等低影響開發(fā)設(shè)施，使道路系統(tǒng)的雨水收集、凈化、集納能力得到了大幅提升，大量積水被充分收集利用，有效補(bǔ)充了城市地下水，一定程度上緩解了城市的缺水問題，發(fā)揮了節(jié)水保水的功能。此外，通過道路“海綿化”改造，解決了城市雨季的內(nèi)澇問題，加強(qiáng)了城市的行洪治理水平，通過其他的“海綿城市”配套改造，延長(zhǎng)了雨水在道路的匯聚時(shí)間，且市域內(nèi)雨水下滲、集納面積大幅提升，能夠滿足雨水的原地下滲要求，從根源上控制了城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，也分擔(dān)了城市排水管網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)壓力。

4 結(jié)語

城市道路系統(tǒng)的“海綿化”改造可以極大地提高海綿城市的建設(shè)水準(zhǔn)，增強(qiáng)城市道路在強(qiáng)降雨等惡劣環(huán)境下的抵抗“韌性”，通過山西省內(nèi)某城市市政道路改造項(xiàng)目實(shí)踐，得到了以下基本結(jié)論：

a）以低影響開發(fā)為主要方式的海綿城市改造理念完全適用于城市道路的“海綿化”改造。

b）本文在透水瀝青鋪裝和下沉式綠植帶等傳統(tǒng)低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以雨水花園設(shè)施為原型，創(chuàng)造性地提出了道路邊坡雨水花園設(shè)施，提高了雨水花園在城市道路“海綿化”改造中的可行性和適用性。

c）經(jīng)“海綿化”改造后的城市道路系統(tǒng)的節(jié)水保水和行洪治理能力均得到了顯著提升。