研究城市道路海綿設(shè)計(jì)常見問題

文／林鑫杰 中國聯(lián)合工程有限公司 浙江杭州 310052

引言：

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，造成了路面硬化加快，路面透水性下降，部分路段洪水問題嚴(yán)重。另外，由于我國水資源有限，對水的需求不斷增加，水資源不足問題日益突出。城市道路海綿化設(shè)計(jì)也逐漸從概念過渡到項(xiàng)目落地。城市道路海綿設(shè)計(jì)理念的提出，為推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、遵循生態(tài)優(yōu)先原則，以及解決城市道路內(nèi)澇、缺水等問題開辟了新的研究途徑[1-2]。通過建造低影響開發(fā)措施和自然滲漏過濾相結(jié)合，達(dá)到雨水儲存、滲漏和凈化的目的。雖然近年來，在城市道路發(fā)展過程中，形成了城市內(nèi)澇防治、雨水收集利用、黑臭水體治理等統(tǒng)一做法和經(jīng)驗(yàn)，但在城市道路海綿設(shè)計(jì)方面仍存在一些問題[3]。因此，本文以海綿設(shè)計(jì)的理念與城市道路建設(shè)的實(shí)踐過程相結(jié)合，對城市道路海綿設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行了探討，并對存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)，可為今后的海城市道路海綿設(shè)計(jì)提供科學(xué)支撐，提高相關(guān)項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員的決策能力和監(jiān)督能力。

1、城市道路海綿設(shè)計(jì)的概念

“海綿設(shè)計(jì)”這一概念源于業(yè)界和學(xué)界對“海綿”物理性能的隱喻，表現(xiàn)相關(guān)物體對雨水等水資源的吸收能力。城市道路海綿設(shè)計(jì)的核心思想是低影響設(shè)計(jì)開發(fā)。具體來說，在城市規(guī)劃道路的建設(shè)過程中，通過利用透水路面、路磚等保存設(shè)施，促使城市道路的透水性加強(qiáng)，建立合理、干凈的雨水儲存，以及解決城市的內(nèi)澇問題,保障我國土地生態(tài)安全，建設(shè)良好的城市人居環(huán)境。而為了使城市道路具有一定的海綿特性，一是使城市道路具有海綿的水力特性:吸水、蓄水和供水；二是城市道路具有海綿材料的特性:海綿的壓縮性和回收性。因此，在城市道路海綿設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)城市區(qū)域、道路雨流污染的特點(diǎn)進(jìn)行海綿設(shè)計(jì)，避免海綿設(shè)計(jì)的良莠不齊，根據(jù)功能需求、建設(shè)條件和整體城市道路格局，在此基礎(chǔ)上，利用和改善水文和土壤條件，滿足城市道路海綿的設(shè)計(jì)要求。

2、城市道路海綿設(shè)計(jì)常見問題

2.1 海綿設(shè)施空間有限，實(shí)施困難

因用地不足，城市道路規(guī)劃紅線寬度較大，應(yīng)當(dāng)在紅線范圍內(nèi)設(shè)置機(jī)動車道、非機(jī)動車道、人行道和基本配套設(shè)施帶。因而除少數(shù)景觀道路外，城市路內(nèi)綠化帶和路外市政綠化帶相對較少。許多支路甚至采用一塊板形式，只能滿足交通功能，沒有下凹式綠地、生態(tài)樹池等海綿設(shè)施空間。另外，如果道路類海綿在條件允許的情況下，可以設(shè)置為下凹式綠地和一些透水鋪裝。但在道路綠化分區(qū)中，分隔寬度基本為1.5～2.5cm 之間，因而采用了傳統(tǒng)的下凹式綠地。但施工期間，其凹陷弧度容易變緩，平均凹陷深度不滿足1.5cm，下方的弧線很難構(gòu)筑綠色的分割帶[4]。

2.2 城市道路海綿設(shè)計(jì)目標(biāo)不易實(shí)現(xiàn)

城市道路海綿設(shè)計(jì)的控制目標(biāo)和定量分析指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)城市排水的要求確定具體的控制目標(biāo)。如試點(diǎn)初期，城市道路的徑流總量控制率基本上是指區(qū)域的徑流總量控制率，控制在70%到75%之間。但在實(shí)施過程中，一些次干道和支路綠化帶由于寬度較小，難以滿足完全徑流總量控制要求[5]?；蛘咭恍┰O(shè)計(jì)單位在道路徑流總量控制率不能滿足要求的情況下，就取消城市道路海綿建設(shè)或采用多孔纖維棉等非綠色設(shè)施，嚴(yán)格滿足徑流總量控制要求，從而增加財政資金壓力。

2.3 城市道路海綿設(shè)計(jì)意識不足

首先，在管道鋪設(shè)計(jì)時不考慮沖突，按管道鋪設(shè)要求在相應(yīng)區(qū)域鋪設(shè)管道，但是，在同一位置鋪設(shè)兩根以上的管道有可能造成管道沖突，因此縱斷面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很重要，高度差是布置的重要要求。另外，由于海綿道路設(shè)計(jì)沒有納入道路鋪設(shè)角度中，因此不能提高城市道路的排水性。同時，在城市道路海綿設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)單位雖然認(rèn)識到增強(qiáng)道路透水性的重要性，但卻忽視了其透水性強(qiáng)度和密度的控制。不僅是車行道，對人行道和綠化帶的透水性設(shè)計(jì)的認(rèn)識也很薄弱[6]。此外，城市道路海綿的功能不夠完善，比如在選擇透水性高的鋪裝地磚時，可能會忽略行動不便的人，或是部分路段沒有設(shè)置盲道，或是海綿設(shè)計(jì)不完善。

2.4 內(nèi)澇防治的設(shè)計(jì)觀念有待改進(jìn)

目前，“海綿設(shè)計(jì)”道路工程的理論、方法和實(shí)踐在我國已初步發(fā)展，主要以排水設(shè)計(jì)工作為主。雖然在一定程度上解決了內(nèi)澇問題，但對城市道路中的雨水資源并沒有得到充分利用。隨著社會經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)的快速發(fā)展，我國南北區(qū)域人口基數(shù)大，水資源分布不均，水資源問題嚴(yán)重，在因此，城市道路海綿設(shè)計(jì)中建立水資源綜合調(diào)節(jié)和利用體系變得重要起來。

2.5 海綿城市設(shè)計(jì)存在的問題

城市道路的海綿設(shè)計(jì)最終關(guān)系到海綿城市的良性循環(huán)。但是，但在實(shí)際海綿城市設(shè)計(jì)中主要存在以下問題，不利于海綿城市建設(shè)。具體來說:（1）在道路設(shè)計(jì)的前階段，沒有充分考慮到海綿的設(shè)計(jì)。在施工圖設(shè)計(jì)階段，橫斷面設(shè)計(jì)僅解決交通功能和管線布置功能，海綿設(shè)施鋪設(shè)難度較大。（2）雨水設(shè)施單一，對城市道路發(fā)展影響較小，包括凹形綠地、草溝、透水步道等，這些設(shè)施的設(shè)計(jì)是為了將地面的雨水轉(zhuǎn)移到路面下面，進(jìn)行滯留蓄存。這違反了路基和路面設(shè)計(jì)的防水密封理念，路基的病害和變形大多與水的滲透和侵蝕有關(guān)。為保證路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，必須采取相應(yīng)的排水或隔水措施，消除或減少水對路基的破壞。（3）路面病害多與水的侵襲有關(guān)，路面水滲入路面后，殘留在骨料間隙無法排除，且在車輪高速作用下產(chǎn)生高壓水動力，造成路面強(qiáng)度降低，造成危害。（4）雖然防水膜、防滲土工布等材料廣泛用于蓄水設(shè)施與路基、路面的隔離，但其實(shí)際效果和使用壽命難以保證，這就要求道路設(shè)計(jì)者在鋪設(shè)海綿設(shè)施時十分慎重[7-8]。

3、問題的解決方法分析

3.1 城市的道路空間問題應(yīng)該在施工之前解決

規(guī)劃部門要在滿足功能布局的基礎(chǔ)上，適當(dāng)拓寬道路紅線，特別是新規(guī)劃的開發(fā)區(qū)和其他城區(qū)域，要預(yù)留足夠的綠地。在保證城市道路通行能力和交通安全的前提下，協(xié)調(diào)紅線內(nèi)外土地空間垂直布局，為道路雨水排除創(chuàng)造條件。

3.2 城市道路海綿設(shè)計(jì)目標(biāo)不易實(shí)現(xiàn)的問題

城市道路海綿設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是海綿管理分區(qū)的綜合控制指標(biāo)，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮用地性質(zhì)、現(xiàn)狀條件，盡量合理協(xié)調(diào)。以沿海城市為例，鑒于沿海城市地下水位高、資源年平均降雨量大的特點(diǎn)，筆者建議，在沿海城市海綿道路建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)目標(biāo)主要從控制徑流總量改為控制徑流污染。采用最可行的原則控制10-12mm 的初期雨水，年總徑流控制率不超過50%。同時，通過系統(tǒng)方案平衡區(qū)域總徑流控制目標(biāo)，在公園、綠地、居住區(qū)等綠化率較高的地區(qū)，宜優(yōu)先配置海綿設(shè)施。同時，以相關(guān)城市舊城區(qū)現(xiàn)有道路工程為例，可適當(dāng)降低要求，在紅線外設(shè)置水域、公園、廣場等項(xiàng)目，使加權(quán)的綜合指標(biāo)滿足要求，不應(yīng)當(dāng)采用單一指標(biāo)進(jìn)行控制[9-10]。此外，未來還應(yīng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息系統(tǒng)技術(shù)，支持城市道路海綿的設(shè)計(jì)目標(biāo)，發(fā)揮目標(biāo)監(jiān)測工作的最大效能。

3.3 充分考慮和反思城市道路海綿設(shè)計(jì)的合理性

3.3.1 設(shè)計(jì)人員需強(qiáng)化海綿設(shè)計(jì)理念

首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該強(qiáng)化海綿設(shè)計(jì)理念，允許部分雨水滲透，通過技術(shù)措施解決路基與路面之間的防水問題和凹形綠地、生態(tài)樹池等設(shè)施。在保證路基強(qiáng)度和安全的前提下，保證雨水的滲、蓄、溢，保持道路適應(yīng)性和自然彈性。

3.3.2 縱斷面與橫斷面改造設(shè)計(jì)

管道結(jié)構(gòu)縱斷面改造應(yīng)按照蓄水、排水、過濾等功能要求進(jìn)行，在不同區(qū)域鋪設(shè)不同區(qū)域的管道，綜合考慮接口處的各種因素，設(shè)計(jì)管道連接方案。為了減少管道沖突問題，建議使用軟件模擬管道縱斷面的布置結(jié)構(gòu)，并根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行構(gòu)造。關(guān)于橫斷面的改造設(shè)計(jì)主要根據(jù)道路土層結(jié)構(gòu)布置，通過土層結(jié)構(gòu)的改造，達(dá)到提高路面滲透性的目的。但是，要注意不要輕易復(fù)制標(biāo)準(zhǔn)海綿的滲透性橫斷面。部分設(shè)計(jì)人員在規(guī)劃時直接采用了標(biāo)準(zhǔn)海綿橫斷面，但容易與實(shí)際發(fā)生沖突，比如一些舊城改造與新建道路不同，沿街商鋪多，地下管線復(fù)雜，老路經(jīng)過改造，對周邊地區(qū)影響很大。因此，其橫斷面設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，多方案比較。重點(diǎn)對拆遷量、行道樹保存量、工程費(fèi)等進(jìn)行了定量比較。

3.3.3 路面結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)

在路面結(jié)構(gòu)改造中，應(yīng)選用透水性良好的混凝土作為鋪裝材料，并根據(jù)工程質(zhì)量要求控制鋪裝厚度。除材料改造外，還將引入海綿城市建設(shè)理念，對道路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，包括道路傾斜度和構(gòu)筑物。其中，道路坡度改造主要是根據(jù)兩側(cè)排水口與車輛道路的連接位置，采取路面稍高、排水口稍低的方法調(diào)整車輛坡度。道路結(jié)構(gòu)改造主要分布在道路中心及兩側(cè)，根據(jù)實(shí)際情況，盡量增加道路綠化帶的寬度，利用綠化帶促進(jìn)雨水滲透，提高道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[11-12]。

3.3.4 無障礙設(shè)施改造設(shè)計(jì)

在城市道路海綿的改造設(shè)計(jì)中，筆者建議要改善人行道的改造性，因此選擇透水性好的道路磚快作為透水鋪設(shè)材料。目前，許多透水磚是通過一般的道路磚快為主，為眼睛不方便的人所設(shè)置的路磚很少考慮到。并且為了提高整個人行道的路面滲透性能，改善盲道的磚滲透性能也很重要。既然道路結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，盲道的設(shè)置也應(yīng)該重新考慮。其中，障礙物的提示尤為重要。以及作為提示，在盲道上還需要調(diào)整盲道透水磚表面的凹凸情況，謀求與普通盲道的區(qū)別。

3.4 改造內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)

暴雨來襲時，我國部分城區(qū)降雨量會出現(xiàn)多個地區(qū)積水，出現(xiàn)內(nèi)澇問題。而城市道路海綿設(shè)計(jì)中，可以充分考慮城市降水資源，通過充分利用降水，合理利用現(xiàn)有河流、湖泊、濕地、城市公園、池塘等水系內(nèi)存，計(jì)劃城市每年建設(shè)綠地和道路鋪設(shè)透水磚等。盡量收集超過城市排水能力的雨水，并加以循環(huán)利用。還可在地下修建蓄水池，儲存雨水資源。另外，由于落到地面的雨水容易受到自然環(huán)境的影響，混雜流入排水管。為了保持水庫水資源的清潔，可在收集雨水的管道位置設(shè)置自然凈化系統(tǒng)。例如利用硅砂形成六角形蜂窩結(jié)構(gòu)，將水中雜質(zhì)在雨水結(jié)構(gòu)中過濾，部分雨水資源流入蓄水管，最終流入蓄水池，用于景觀供水、綠地灌溉等[13]。在制作水資源的部分的改造設(shè)計(jì)中，水流的組織是設(shè)計(jì)的重要因素，采用物理過濾技術(shù)和生物凈化技術(shù)，將下水道中存在的雜質(zhì)進(jìn)行處理，然后流入排水管。

3.5 做好海綿設(shè)施系統(tǒng)化設(shè)計(jì)

首先，海綿設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)初始階段，設(shè)計(jì)單位在可行性研究階段應(yīng)該提出城市道路海綿設(shè)計(jì)目標(biāo)和控制指標(biāo)，并在設(shè)計(jì)方案中提出分析結(jié)果，計(jì)算并提出指標(biāo)執(zhí)行路徑，為建設(shè)部門提供決策依據(jù)，確保后期海綿設(shè)施建設(shè)有充足的實(shí)施空間和資金。同時，加快研究制定海綿設(shè)計(jì)規(guī)范，制定海綿設(shè)計(jì)指南，但由于缺乏科研基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和指南非常矛盾。近年來，我國在城市道路海綿設(shè)計(jì)方面取得了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研究成果，因此，應(yīng)規(guī)范城市道路海綿設(shè)計(jì)，規(guī)范建設(shè)行為，推廣先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。另外，設(shè)計(jì)工作應(yīng)務(wù)實(shí)，城市道路海綿設(shè)計(jì)指標(biāo)中，一些必要的指標(biāo)，比如年徑流總量控制率、面源污染率削減率等，應(yīng)強(qiáng)制滿足，但受實(shí)施條件限制，很難達(dá)成。部分設(shè)計(jì)者為了完成要求，有時會選擇不合理的計(jì)算方法，得到不真實(shí)的計(jì)算結(jié)果以備審查。有些項(xiàng)目，雖然只設(shè)置了人行道半透水路面，但年徑流總量控制率卻達(dá)到了80%，這是不合理的計(jì)算結(jié)果。因此，設(shè)計(jì)人員只有堅(jiān)持結(jié)果真實(shí)導(dǎo)向，拓寬思路，積極爭取建設(shè)主管部門的支持，才能完成合理的設(shè)計(jì)方案。另外，海綿設(shè)計(jì)不僅需要具有消減雨水的功能，而且還需要具有凈化初期雨水的作用，這部分容易遺漏設(shè)計(jì)，應(yīng)在設(shè)計(jì)計(jì)算中體現(xiàn)。

3.6 做好海綿設(shè)施精細(xì)化設(shè)計(jì)

在道路寬度有限的情況下，橫斷面設(shè)計(jì)可以優(yōu)先設(shè)置非隔離帶。城市道路一般采用外坡排水，道路難以收集雨水，無法提高年徑流量總控制率。從海綿設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，非隔離帶的設(shè)置應(yīng)該多于中央隔離帶，在沒有綠化帶道路的情況下，可將生態(tài)樹池、耐水性植物等，選擇 一些耐久性好的排水材料，防止雨水侵入道路主體。路面結(jié)構(gòu)可采用透水瀝青土、透水水泥土、透水磚等透水結(jié)構(gòu)。為了降低成本，采用透水瀝青土和透水水泥混合土組合有助于方便道路透水。透水混凝土具有材料使用方便、施工方便、平整等優(yōu)點(diǎn)，同時結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，適用于輕交通量的輕型機(jī)動車道和人行道。

3.7 根據(jù)區(qū)域的不同探索海綿設(shè)施新途徑

首先，路面初期雨水污染嚴(yán)重時，在設(shè)置新的雨水口時，應(yīng)將初期雨水分離后進(jìn)入污水處理廠。利用完整的城市污水處理系統(tǒng)，提高城市道路雨水凈化效率。同時，南方城市地下水位高，地面蓄水較強(qiáng)，因而可以建立地下排水管系統(tǒng)和地下蓄水池系統(tǒng)，等于降低地表徑流峰值。其次，以老城區(qū)老路改造海綿設(shè)計(jì)為例，新建大型海綿設(shè)施時，如交叉口范圍的徑流組織，是海綿設(shè)計(jì)難點(diǎn)，因此，在交叉口豎向設(shè)計(jì)，需要參考海綿設(shè)施的布置，將進(jìn)行交叉口豎向拉坡。另外，巨大的喬木樹冠具有雨水留滯的功能，樹根具有引導(dǎo)的功能，且該類植物具有蒸騰的功能，從而有助于有效調(diào)節(jié)地表徑流量，持續(xù)降低大氣污染。并且在狹窄的城市道路兩旁空地上，密植行道樹，讓樹冠與道路重疊，可形成一片陰涼。因而將喬木樹木納入海綿設(shè)計(jì)，有利于達(dá)到海綿控制指標(biāo)，即隨著樹木的生長，有助于進(jìn)一步控制道路的徑流量和污染情況。通過打造巨大的喬木樹冠、地面滲流滯流和地下管道的立體海綿系統(tǒng)，有助于打造有效的海綿城市道路。

結(jié)語：

城市道路中的海綿設(shè)計(jì)，將通過改善道路結(jié)構(gòu)、促進(jìn)道路雨水滲透、加強(qiáng)合理道路養(yǎng)護(hù)等方面，改善城市面貌。但是，根據(jù)城市道路的種類和地域的不同，創(chuàng)造性地進(jìn)行海綿設(shè)計(jì)也存在一些問題。因此，筆者通過反思近幾年城市道路海綿設(shè)計(jì)存在的問題，通過充分的考慮和思考城市道路海綿設(shè)計(jì)的合理性，正確的優(yōu)化城市道路海綿的城市設(shè)計(jì)，以及根據(jù)區(qū)域的不同探索海綿設(shè)施新途徑等方面提出解決方法，有助于解決海綿的城市設(shè)計(jì)的問題，從新路徑將城市雨水控制從源頭、中途、末端和過程入手，使城市道路易于應(yīng)對極端氣候，削減道路徑流污染，以及解決我國缺水問題，保護(hù)人民的人身財產(chǎn)安全。