基于海綿城市理念的市政路橋設(shè)計(jì)分析

張緒斌

（領(lǐng)睿建設(shè)工程有限公司，廣東江門 529000）

0 引言

現(xiàn)階段，城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，尤其是在極端惡劣天氣出現(xiàn)頻率增高的情況下，大范圍降水所導(dǎo)致的交通擁堵、居民傷亡等問(wèn)題已受到全社會(huì)的廣泛關(guān)注。在這一背景下，相關(guān)學(xué)者提出了海綿城市理念，這對(duì)提高城市的抗洪排水能力有重要意義，可以最大限度地為居民的正常生活提供保障。現(xiàn)階段，海綿城市理念已在我國(guó)得到有效推廣，并成為指導(dǎo)市政項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建設(shè)的關(guān)鍵思想。

1 海綿城市理念

海綿城市是新一代城市雨洪管理理念，是指城市可以像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化及應(yīng)對(duì)因雨水等因素所造成的自然災(zāi)害方面，表現(xiàn)出良好的“彈性”。因此，從功能上來(lái)看，與傳統(tǒng)城市相比，海綿城市可以在下雨時(shí)完成吸水、蓄水與滲水任務(wù)，能夠更好地提高水資源利用率，滿足城市用水需求，也能更好地順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展要求。全面構(gòu)建海綿城市，能夠極大限度地緩解城市發(fā)展過(guò)程中所面臨的蓄水壓力，進(jìn)一步改善城市的生態(tài)環(huán)境，提升水資源的利用率，促進(jìn)城市更好地發(fā)展。

為了更好地滿足海綿城市市政工程項(xiàng)目要求，在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕邓闆r，制定針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)多樣化的技術(shù)手段，提高道路的濾水與凈水效果等。同時(shí)，在方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，如在人行道或者機(jī)動(dòng)車道設(shè)計(jì)中，改進(jìn)路面結(jié)構(gòu)層、采用高滲透性的材料等，使路面積水能夠被快速吸收、蓄存，滿足海綿城市對(duì)路橋的功能性要求。

2 海綿城市在市政路橋設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)

2.1 常見(jiàn)的應(yīng)用方式

作為一種現(xiàn)代化的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)思想，海綿城市理念對(duì)市政路橋設(shè)計(jì)產(chǎn)生了極大的影響，使設(shè)計(jì)人員打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的桎梏，也使路橋設(shè)計(jì)取得了新的突破。目前，較為常見(jiàn)的海綿城市市政路橋設(shè)計(jì)方案有以下幾種：

第一，改變傳統(tǒng)的路橋設(shè)計(jì)方法，將傳統(tǒng)的促進(jìn)路橋排水模式改為分散吸水模式，不斷增強(qiáng)市政道路交通系統(tǒng)的滯水與蓄水能力。

第二，在設(shè)計(jì)方案中確定控制地面污染源以及削減地表徑流的目標(biāo)。

第三，在路橋綠化隔離帶設(shè)計(jì)中做到因地制宜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況合理選擇生物滯留地、下沉式綠地等形式，或者根據(jù)需要設(shè)置開(kāi)孔側(cè)石等，促進(jìn)雨水向綠化帶流動(dòng)，強(qiáng)化綠地空間對(duì)雨水的吸收與滯留能力。

第四，在市政人行道、停車場(chǎng)等道路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選擇透水鋪裝系統(tǒng)，改進(jìn)鋪裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)道路的透水性。

第五，進(jìn)一步發(fā)揮城市廣場(chǎng)的功能，如通過(guò)下沉式的結(jié)構(gòu)，配合相應(yīng)的配套調(diào)配設(shè)施，減少雨水滯留問(wèn)題，通過(guò)逐步海綿化改造，強(qiáng)化其蓄水效果。在海綿城市理念下，無(wú)論采取何種市政路橋設(shè)計(jì)方案，都需要保證其與城市發(fā)展規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)要求等相適應(yīng)。

2.2 具體設(shè)計(jì)策略

2.2.1 車行道設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到車行道會(huì)長(zhǎng)期受到車輛荷載，所以可選擇透水性強(qiáng)以及有較高孔隙率的透水瀝青混凝土為主要施工材料，這種設(shè)計(jì)方案的主要優(yōu)點(diǎn)在于，可以使雨水下滲并補(bǔ)充到地下水中，但部分大型城市的行車道路路面可能伴有嚴(yán)重的雨水污染，若單方面提升道路吸水量可能污染水源，所以建議采用常規(guī)不透水路面材料，此時(shí)機(jī)動(dòng)車道與非機(jī)動(dòng)車道的路面組合形式不同。

其中，機(jī)動(dòng)車道路面組合設(shè)計(jì)方案為：瀝青混凝土4cm+乳化瀝青黏層油PC-3+中粒式瀝青混凝土AC-20（6cm）+乳化瀝青透層油+石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石層（18cm）+石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層（18cm）。非機(jī)動(dòng)車道路路面組合設(shè)計(jì)方案為：細(xì)粒式瀝青混凝土AC-10（2.5cm）+乳化瀝青黏層油PC-3+中粒式瀝青混凝土AC-16（4cm）+乳化瀝青透層油PC-2+石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石層（18cm）+石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層（18cm）。

2.2.2 人行道設(shè)計(jì)

在人行道設(shè)計(jì)中，應(yīng)選擇性能良好的防滲水土工布，保證鋪設(shè)地段的平整度，相鄰防滲水土工布的搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于等于2m；在土工布上方鋪設(shè)碎石層，厚度小于22.5mm，壓碎值＜25%，碎石的直徑應(yīng)≥8mm。在碎石層上設(shè)置排水管或者盲管等，通常選擇高分子樹(shù)脂材料為排水管底層，這種方法可以保證系統(tǒng)具有良好的抗腐蝕能力，還能提升排水效果。在上述流程結(jié)束后，澆筑透水性混凝土，強(qiáng)化道路性能。

2.2.3 生態(tài)滯留帶設(shè)計(jì)

在生態(tài)滯留帶設(shè)計(jì)中，考慮到隔離帶綠化區(qū)域?qū)π钏Ч兄苯佑绊?，因此可降低隔離帶高度，將之設(shè)計(jì)成下凹式濾帶，其較傳統(tǒng)的隔離帶有更好的集水效果。也可以通過(guò)優(yōu)化隔離帶的植物的方式打造生態(tài)滯留帶，如選擇具有良好親水性的植物，這樣不僅能強(qiáng)化集水效果，在容易發(fā)生積水的夏秋季植物的長(zhǎng)勢(shì)會(huì)更好，可以提升景觀質(zhì)量。

例如，某項(xiàng)目在生態(tài)滯留帶設(shè)計(jì)中采用了下凹式的隔離帶結(jié)構(gòu)，其中下凹深度20cm；對(duì)隔離帶內(nèi)的土層進(jìn)行改造，改造后的隔離帶土層結(jié)構(gòu)為40cm 種植土+30cm 填料層+30cm 礫石層等，并在隔離帶最下方設(shè)置了防滲土工布，整個(gè)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

按照?qǐng)D1 的結(jié)構(gòu)對(duì)隔離帶進(jìn)行改造后，雨水經(jīng)過(guò)層層過(guò)濾最終流入地下。植被選擇大葉黃楊球，該植物有一定的耐寒性，生長(zhǎng)高度約為1m，不會(huì)影響車輛駕駛?cè)藛T的視距，該方案具有可行性。

圖1 隔離帶結(jié)構(gòu)圖

2.2.4 道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前市政道路的滲透系數(shù)應(yīng)≥7.0×10m/s，為實(shí)現(xiàn)這一標(biāo)準(zhǔn)，在道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建議采用透水鋪裝的設(shè)計(jì)方法，該結(jié)構(gòu)為：最下層為素土夯實(shí)層，上方設(shè)置10～15cm 的級(jí)配碎石，碎石層上方灌注10～15cm的透水水泥混凝土；透水水泥混凝土上方鋪設(shè)一層約3cm 的中砂；在中砂的最上層可鋪設(shè)8cm 的透水磚。

2.2.5 下凹式綠地排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在下凹式綠地排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)機(jī)動(dòng)車道路兩側(cè)的綠化帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將其調(diào)整為下凹式結(jié)構(gòu)，使標(biāo)高低于路面平均高度，這種結(jié)構(gòu)的顯著優(yōu)點(diǎn)在于，可以確保道路路面積水快速向綠化帶處聚集。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)中增設(shè)雨水口，雨水口的主要功能是，在降雨天氣下促使雨水向綠化帶處聚集，隨著綠化帶中的水不斷增加，可經(jīng)過(guò)雨水口匯入市政管網(wǎng)。從效果上來(lái)看，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不僅可以滿足綠化帶植被用水的基本需求，也可以有效凈化雨水，能夠滿足水資源二次利用的要求。

2.2.6 微地形處理

微地形處理方案可以進(jìn)一步提升道路的蓄水能力，如在道路中央設(shè)置下凹式綠化帶，或者在道路兩側(cè)的綠化帶中設(shè)置生態(tài)植草溝等，均可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。以生態(tài)植草溝為例，每個(gè)溝的深度為20cm，在草溝的作用下，可以促使水匯集，通過(guò)植草溝的滲透作用，將水排放至周圍流域。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

某道路是城市的主干路，道路總長(zhǎng)度為13.5km，道路紅線設(shè)計(jì)寬度100m，根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》的相關(guān)內(nèi)容，可以將該項(xiàng)目劃分為Ⅳ區(qū)。案例項(xiàng)目的徑流空置率以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等可以參照表1 的相關(guān)數(shù)據(jù)。

表1 項(xiàng)目所在地的相關(guān)信息

根據(jù)表1 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目所在地的平均降雨量約為20mm，考慮特殊情況的影響，按照70% 的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

從項(xiàng)目所在地的實(shí)際情況來(lái)看，因?yàn)轫?xiàng)目所處位置的市政道路集中，公共交通線路多，加之雨水滲透性弱，導(dǎo)致大量有利用價(jià)值的雨水被阻隔在地面上，尤其是在夏季降雨量突然變多的情況下，會(huì)造成嚴(yán)重的城市內(nèi)澇，對(duì)居民的日常生活產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3.2 道路排水設(shè)計(jì)方案

3.2.1 用自然排水系統(tǒng)取代綠化帶

在案例項(xiàng)目中，自然排水系統(tǒng)為道路兩側(cè)寬度約為3.5m、深度0.2m 的生態(tài)植草溝，其長(zhǎng)度約為600m，沿道路縱向布置；該自然排水系統(tǒng)中分別設(shè)置了兩個(gè)高點(diǎn)與兩個(gè)低點(diǎn)，兩個(gè)低點(diǎn)相交，形成出水口。

該項(xiàng)目的生態(tài)植草溝中包括碎石、水洗砂等材料，并在植草溝中種植了一定量的草及灌木等；在路牙上設(shè)置開(kāi)孔，確保道路中的積水能夠快速匯集；因積水?dāng)?shù)量增加會(huì)導(dǎo)致蓄水量超標(biāo)，并造成生態(tài)植草溝雨水外溢的情況，故該項(xiàng)目中在碎石層上鋪設(shè)盲管，在系統(tǒng)最低點(diǎn)位置將集水管連接至集水井；沿生態(tài)植草溝邊緣位置鋪設(shè)土工布并鋪設(shè)瀝青層。

3.2.2 用透水混凝土替換人行道鋪裝

為保證該項(xiàng)目的雨水滲透率，項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員在全面考慮透水路面的技術(shù)合理性后，在設(shè)計(jì)方案中大量采用可滲透混凝土材料，該材料可以保證積水快速下滲；并在道路結(jié)構(gòu)下設(shè)置盲管，確保雨水可以快速滲入，避免行人行走時(shí)打滑。

3.2.3 用開(kāi)口路牙取代常規(guī)路牙

為了促進(jìn)路面水的擴(kuò)散與滲透，該項(xiàng)目在路牙位置打口，促進(jìn)水流通。該項(xiàng)目中每隔30～50cm 位置開(kāi)孔路牙，促進(jìn)雨水匯集。

3.3 生態(tài)滯留帶工程建設(shè)

在項(xiàng)目道路交叉路口的低點(diǎn)位置建設(shè)三個(gè)小型雨水花園，該雨水花園的功能是調(diào)蓄種植草溝的雨水；每個(gè)雨水花園的面積均為10m，在雨水花園中用粗粒河卵石取代植物，這種方法不僅能增加地表徑流，也能促進(jìn)植草溝徑流中的懸浮垃圾的沉淀。

根據(jù)既往經(jīng)驗(yàn)，在相關(guān)附屬設(shè)施設(shè)計(jì)中，平緣石應(yīng)與地面平齊，形成一體化的路面結(jié)構(gòu)，促進(jìn)雨水排放，但部分垃圾也會(huì)隨著雨水進(jìn)入并造成污染。所以該項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況，在路緣石設(shè)計(jì)方案中采用開(kāi)口式立緣石方案，其數(shù)據(jù)參數(shù)為49.5cm×12cm×30cm，在路緣石的中央位置設(shè)置25cm×12cm×10cm 的孔，將兩個(gè)路緣石拼湊成開(kāi)口路緣石，路緣石埋深10cm，在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，橫坡從向道路外側(cè)改為向道路內(nèi)側(cè)的設(shè)置方案，如此設(shè)計(jì)不僅能有效解決機(jī)動(dòng)車道的積水問(wèn)題，也可以阻擋污染物流入。

3.4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

該項(xiàng)目在海綿城市市政路橋設(shè)計(jì)中，在不影響人行道與車道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，通過(guò)上述措施有效減少了道路積水問(wèn)題，促進(jìn)積水向地下滲透；采用橫斷面設(shè)計(jì)方案，使隔離帶同時(shí)具有雨水過(guò)濾以及滲透的功能；該結(jié)構(gòu)在不影響路緣石強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，在路緣石結(jié)構(gòu)中打造開(kāi)口，使整個(gè)結(jié)構(gòu)有良好的過(guò)濾污水以及保證雨水水質(zhì)的功能；在隔離帶中種植該地區(qū)常見(jiàn)的親水性植物，可以保證親水植物的生存率，并提升濾水效果。

該市政路橋項(xiàng)目自2021年改造結(jié)束后，整個(gè)夏季道路未發(fā)生積水現(xiàn)象，隔離帶中的植物長(zhǎng)勢(shì)良好，尚未發(fā)現(xiàn)植物死亡等現(xiàn)象，證明該項(xiàng)目的路橋設(shè)計(jì)方案取得了令人滿意的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

在海綿城市理念的影響下，市政路橋設(shè)計(jì)也被賦予了新的內(nèi)涵，為順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從工程項(xiàng)目所在地區(qū)的實(shí)際情況入手，如通過(guò)優(yōu)化生態(tài)滯留帶設(shè)計(jì)、強(qiáng)化微地形處理等方法，滿足海綿城市發(fā)展的需求。上述工程案例取得了令人滿意的效果，對(duì)其他地區(qū)的路橋規(guī)劃設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義，因此其他地區(qū)的相關(guān)項(xiàng)目可借鑒此成功經(jīng)驗(yàn)，合理設(shè)計(jì)路橋方案，打造出更加完善的市政工程項(xiàng)目。