基于低影響開發(fā)技術(shù)的市政道路設(shè)計研究
——以珠海市某道路工程為例

趙孟哲

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510070）

0 引言

在海綿城市快速建設(shè)與發(fā)展的背景下，人們越來越關(guān)注市政道路的建設(shè)。過去使用的不透水鋪裝道路設(shè)計會導致自然生態(tài)水文環(huán)境被嚴重破壞，而且大規(guī)模的降雨天氣也會引發(fā)城市內(nèi)澇問題，影響人們的出行。因此應(yīng)積極研究低影響開發(fā)的城市道路，本文結(jié)合珠海市的具體條件進行可行性分析，以進一步提高市政道路建設(shè)水平，減輕城市內(nèi)澇發(fā)生的幾率，為海綿城市建設(shè)提供重要的參考依據(jù)。

1 工程案例

珠海某市政道路工程新建市政道路工程紅線寬度約為60 m，城市主干路道路設(shè)計車速為主路50 km/h，項目含涉鐵段。該項目地理位置及項目工程范圍見圖1~圖2。

圖1 項目地理位置示意圖

圖2 項目工程范圍示意圖

1.1 自然氣象條件

該工程區(qū)域降水量高達1 700 mm～2 200 mm，但降水的分布并不均勻，以4月—9月的雨季為主，占全年的84%。降水集中于雨季；10月至次年3月為旱季，降水量只有308.1 mm，占全年降水量的16%。

1.2 海綿城市建設(shè)分區(qū)管控指引

海綿城市的分區(qū)采取順應(yīng)城市水系特征、便于城市管理、科學合理劃分的原則。具體海綿城市的管控分區(qū)依據(jù)水系、河道、流域邊界范圍，同時以行政分區(qū)作為基礎(chǔ)。

以珠海市為例，結(jié)合城市排水分區(qū)將珠海市劃分為51個海綿城市管控分區(qū)，以方便專項規(guī)劃，以及與下層次的控制性詳細規(guī)劃銜接，旨在更好地指導城市的下層次規(guī)劃，將海綿城市的專項規(guī)劃成果充分地落實到城市建設(shè)中。

2 低影響開發(fā)的功能和作用

在我國城市化高速發(fā)展的背景下，城市經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，生活水平顯著提高。與此同時，人們對水環(huán)境的破壞卻日益嚴重，導致日常生活中面臨洪澇災(zāi)害、水資源短缺等各種問題。低影響開發(fā)剛性約束，使自然排水系統(tǒng)更加流暢，充分提高城市道路對水的吸納效率，為城市開發(fā)建設(shè)提供重要的保障[1]。利用低影響開發(fā)的雨水處理系統(tǒng)，可以有效提升城市道路的雨水滲透和調(diào)節(jié)能力，使城市的水資源得到有效利用；對城市的排水系統(tǒng)也有一定的緩解作用。同時，通過利用雨水資源，充分補充地下水，有效地提高了水資源的利用率，降低了水資源的污染。在低影響開發(fā)道路進行設(shè)計時，首先要針對當?shù)氐膶嶋H條件進行分析，建設(shè)可持續(xù)、低成本且與建筑景觀相結(jié)合的道路，同時在道路周邊設(shè)計雨水公園、綠色屋頂、透水鋪裝等多種技術(shù)方案，在設(shè)計時要針對原有的自然水文環(huán)境進行深入分析，增強水資源的整體利用率。此外，要在增加海綿設(shè)施調(diào)蓄能力的同時增加徑流時間，提高滲透效率，避免出現(xiàn)資源浪費等問題。

3 道路工程低影響開發(fā)的主要措施

3.1 道路雨水低影響開發(fā)系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的道路開發(fā)設(shè)計中，根據(jù)不同等級、不同斷面進行劃分，低影響開發(fā)理論將道路紅線范圍進行劃分，包括機動車道、非機動車道、機動車隔離帶、人行道等，因此在設(shè)計不同系統(tǒng)時要對雨水道路系統(tǒng)進行深入分析。本案例將低影響開發(fā)設(shè)施專項規(guī)劃和概念設(shè)計的結(jié)果進一步細化，提供不同低影響開發(fā)設(shè)施布置方案，并通過水文模擬計算各個方案的暴雨處理效率和成本分析。初步設(shè)計文件應(yīng)滿足編制施工圖設(shè)計文件的需要，根據(jù)選定的設(shè)計方案，確定每個低影響開發(fā)設(shè)施的尺寸，繪制平面圖、剖面圖、截面圖，并給出工程量清單。施工圖設(shè)計文件，應(yīng)滿足設(shè)備材料采購、非標準設(shè)備制作和施工的需要。低影響開發(fā)設(shè)施設(shè)計暴雨重現(xiàn)期，應(yīng)根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點和氣候特征等因素確定，一般采用低影響開發(fā)專項規(guī)劃推薦值，低影響開發(fā)設(shè)施設(shè)計暴雨重現(xiàn)期一般不超過25年。

3.2 道路排水與雨水銜接系統(tǒng)運用低影響開發(fā)理論

在道路排水和雨水銜接系統(tǒng)中要充分利用低影響開發(fā)的理念，對坡面坡向分隔帶的位置及橫斷面形式進行空間分析。為了能夠保證道路排水和雨水系統(tǒng)的有效銜接，要主動引入雨水排水設(shè)施和引流設(shè)施，在排水設(shè)施研究中需要采用溢流雨水管和導流管，溢流雨水管應(yīng)和生物滯留時綜合利用，如果洪峰徑流量過多，可實現(xiàn)溢流排水的效果。排水設(shè)施頂部略低于地面35 mm～45 mm，超出地面55 mm～95 mm。溢流水的雨水口，排水能力會直接影響著匯水效果。所以如果內(nèi)澇嚴重，需要在雨水口設(shè)計時預(yù)留縫高度2倍以上，導流管能夠?qū)τ晁M行增滲和回收，通過透水鋪裝植草溝生物滯留相互配合，能夠進一步加強對雨水的分析與處理，導流管的坡度需要做到因地制宜，加強導流效果。在雨水引流設(shè)計中，要包括機非分隔帶雨水設(shè)施，而為了能夠增強徑流效果，需要根據(jù)每個進水口的進水量和路面匯水量進行綜合考慮，當?shù)缆方?jīng)過低洼處時，要適當增加管道密集度，確保單個進水口也能夠具備足夠的寬度，同時要做好遮蔽效果，避免雜物造成管口堵塞而影響進水能力。機非分隔帶因為寬度較窄，無法在中間設(shè)置。將機動車管徑流雨水線引至紅線外相關(guān)低影響的開發(fā)設(shè)施內(nèi)部[2]。

4 市政道路設(shè)計中低影響開發(fā)的具體運用

隨著道路橋梁建設(shè)進度加快、規(guī)模不斷擴大，現(xiàn)有的設(shè)計理念和形式很難滿足道路橋梁建設(shè)的發(fā)展要求，及時進行低影響開發(fā)技術(shù)十分必要。常規(guī)道路橋梁施工設(shè)計過程主要依據(jù)傳統(tǒng)施工經(jīng)驗，先設(shè)計初步施工方案，再進行道路橋梁結(jié)構(gòu)尺寸、制造工藝、總布置及施工材料的選擇，最后進行驗收。

在實際應(yīng)用中需要提前構(gòu)建設(shè)計計劃模型，對模型進行結(jié)構(gòu)分析和力學分析，并研究在實際應(yīng)用中可能產(chǎn)生的風險。本項目的綠化帶均采用下凹式綠地，下凹式綠地設(shè)施調(diào)蓄體積計算采用以下公式：

式中：A為下凹式綠地面積，m2；0.15為下凹綠地和生態(tài)樹池蓄水層厚度，m；0.6為種植土厚度，m；0.1為種植土層孔隙率，0.2為級配碎石層厚度，m；0.3為級配碎石層孔隙率；0.70為下凹綠地和生態(tài)樹池蓄水折減系數(shù)。

未來設(shè)計者要盡可能地構(gòu)建更加合理的模型，運用低影響開發(fā)技術(shù)思想詳盡地描述道路橋梁的設(shè)計方案，將設(shè)計的每一步清晰呈現(xiàn)，簡化復(fù)雜度，消除風險隱患。將大型道路橋梁分割為若干個小型獨立設(shè)計方案進行規(guī)劃，方便設(shè)計師對每一個模塊進行方案設(shè)計，通過整體設(shè)計思想把每一個獨立的模塊進行組合，最終完成道路橋梁設(shè)計。這樣不但可以節(jié)約設(shè)計者的設(shè)計規(guī)劃時間，還可以有效地提高設(shè)計規(guī)劃的科學性，降低工程施工或?qū)嶋H使用中出現(xiàn)事故的可能性。在透水性地面鋪裝的過程中，建設(shè)團隊必須將滲透性建筑材料的用量最大化，減少不滲透性材料的使用。引入透水性鋪裝，可以有效減少路面積水，提高雨季雨水滲透率，使雨水快速滲透地面，補充地下水，減輕城市水壓力[3]。關(guān)于市政道路，透水性鋪裝是開發(fā)中影響較小的重要手段之一，應(yīng)用于人行道和非電動車線的設(shè)計，可以有效提高設(shè)計水平和道路性能?；炷敛牧鲜堑缆泛蜆蛄航Y(jié)構(gòu)的填充物，直接影響工程項目的質(zhì)量?；炷两ㄖ夹g(shù)在低影響開發(fā)技術(shù)中主要包括兩方面，即選材和使用。有關(guān)選材方面，混凝土是經(jīng)過制作而得的較為特殊的材料，在低影響開發(fā)技術(shù)時對準備工作有著嚴格要求。首先，根據(jù)比例來確定原料的數(shù)量和車輛的重量，固定水泥、砂、石的磅秤標準，設(shè)計中規(guī)定不能忽視對骨料中含水率的測定，其對確定精確耗水量至關(guān)重要。其次，把貨物按裝運的順序裝上卡車，在設(shè)計上一般采用石塊先裝，然后是水泥，最后裝砂的順序。在低影響開發(fā)技術(shù)中，提出混合劑要加水泥，混合劑一般按用量分開，同時加入粗集料和細集料。最后，按要求進行攪拌。攪拌機應(yīng)符合低影響開發(fā)技術(shù)要求。當要求加入添加劑時，要注意調(diào)節(jié)時間。為保證混凝土的質(zhì)量，低影響開發(fā)技術(shù)建議在混合工藝開始前應(yīng)先進行坡度及工作性質(zhì)鑒定，并作詳細說明。就使用材料而言，混凝土的使用應(yīng)滿足道路橋梁工程中對承載力、安全性及使用壽命的要求。研究表明，鋼筋混凝土的配合比不合理會影響工程質(zhì)量，使承載能力、安全性能急劇下降，道路橋梁的使用壽命也將較短，在施工現(xiàn)場施工可采取增加保護層的方案[4]。

在低影響開發(fā)技術(shù)下市政道路的建設(shè)與規(guī)劃，必須要針對城市的具體環(huán)境進行分析。在本案例中城市的主干道紅線寬度約為60 m，道路長度為5.3 km，道路兩邊的路幅要保證6車道車輛同時雙向行駛。在道路建設(shè)的過程中要盡可能地增加路基持力層的黏性土和礫質(zhì)黏性土，提高道路的適應(yīng)性。下凹式的綠地設(shè)計能夠?qū)G化帶進行良好的控制，確保道路滲透性蓄水能力更強，下凹式的綠地不僅建設(shè)費用低，還能夠快速匯集雨水，從開孔處有效流入對應(yīng)的下凹式綠地，確保綠地標高低于機動車道10 cm～20 cm。在遇到徑流雨量比較大的情況下會有更多的溢流滲透能力，使溢流井流入到雨水系統(tǒng)之中，在道路設(shè)計時要嚴格控制雨水口的標高。

本案例人行道設(shè)計因為受到周圍用地的影響，在建設(shè)之前沒有對工業(yè)園區(qū)內(nèi)的土地開發(fā)進行準確規(guī)劃，所以要采用厚度為6 cm面磚，具有良好的吸水環(huán)保性能，調(diào)平層的厚度需要鋪墊2 cm的細砂，基層應(yīng)采用10 cm厚度C25的原色透水性混凝土，主要以碎石為填充材料。在透水結(jié)構(gòu)中能夠促進雨水的快速下滲，增強對城市地下水的快速補充，有效減少城市道路中的地表徑流量。在機動車道設(shè)計時，因為在本案例中會遇到頻繁的暴雨天氣，造成降雨量過大。為了減少城市排水系統(tǒng)的壓力，可以通過配排水式的磨耗層及透水的瀝青混合料共同結(jié)合，減少雨水對車道造成的危害和沖擊，機動車道也可以采用豁口式的原石對地面徑流進行引流，確保水流快速進入到綠化帶，有效過濾并凈化雨水。在非機動車道設(shè)計中，本案例采用透水式結(jié)構(gòu)，整個表層設(shè)計呈現(xiàn)彩色路面，用PAC材料保證了良好的透水性能。

針對不同設(shè)計方案應(yīng)用項目的實際需求，選擇最優(yōu)設(shè)計方案，以保證工程橋頭搭板段施工質(zhì)量。在施工過程中，會使用大量的水資源，若是不合理的應(yīng)用可能會造成大量的水資源浪費。因此，應(yīng)合理應(yīng)用水資源，把水資源使用量控制到一定范圍內(nèi)，增強水資源二次利用，減少不必要的水資源消耗。在施工過程中，做好排水工作也是必不可少的，應(yīng)安裝排水設(shè)施，避免廢水給周圍自然生態(tài)環(huán)境帶來破壞。此外，施工設(shè)備的選擇非常關(guān)鍵。雨水花園由溢流、洼地、過濾帶等設(shè)施組成，主要負責凈化和滯留初期雨水，借助土壤滲透、植物截留等方式，對小流量的徑流雨水進行處理，達到削減污染物、調(diào)節(jié)雨水流量的作用。在確定雨水花園最終容積時，需要確保其可以滿足在非隔離帶內(nèi)部設(shè)置的根本性原則[5]。

在低影響開發(fā)中，植草溝具有隔離污染、凈化水源、運輸?shù)茸饔谩Ｖ膊轀习磸搅骺蓜澐譃槿箢悾簶藴蕚鲃邮街膊轀?、濕植草溝、干植草溝。其中，標準傳動式植草溝是開闊的植物性溝渠，將集水區(qū)的徑流引導和傳輸?shù)狡渌乇硭幚碓O(shè)施。濕植草溝替代排水系統(tǒng)是指采用溝型濕地處理系統(tǒng)。這種草溝因長期處于相對濕潤的條件下，因此蚊蟲、蒼蠅易滋生。干植草溝采用適用于居住區(qū)域或密集的區(qū)域，早期棄雨是利用適當?shù)脑O(shè)備或特殊的方式，將初始降雨中的高濃度污染物排出，從而減少后期雨水的處置難度。對于市政污水管網(wǎng)中存在的棄流雨水，需要先匯集到污水處理廠進行集中處理。當前較為常見的雨水棄流處理法包括小管、容積法等，棄流方式包括自動控制、滲透、雨落管、棄流池等[6]。

5 結(jié)語

將低影響開發(fā)技術(shù)方法用于道路橋梁設(shè)計，能有效改善道路設(shè)計效果。低影響開發(fā)在市政道路中的設(shè)計和應(yīng)用具有重大意義，不僅避免了城市道路受到雨水的侵襲，而且大幅提升雨水的二次利用效率，以及利用自然的去污方式，降低了城市的污染。在低影響開發(fā)技術(shù)應(yīng)用時，要結(jié)合工程項目的具體情況進行綜合分析，采取有效的設(shè)計方案，保證路上雨水快速排除，從而增強雨水的滲透和凈化能力。隨著技術(shù)手段的不斷改進及相關(guān)部門重視程度的加深，低影響開發(fā)將成為未來市政道路發(fā)展的趨勢。