基于海綿城市理念的市政道路給排水設計分析

汪詩博 中交城鄉(xiāng)建設規(guī)劃設計研究院有限公司工程師

徐 銳 中交城鄉(xiāng)建設規(guī)劃設計研究院有限公司工程師

1 海綿城市概述

海綿城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的彈性，也可稱之為“水彈性城市”。國際通用術語為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水釋放并加以利用，實現(xiàn)雨水在城市中的自由遷移。海綿城市主要用于城市的建設和完善中，讓城市更能應對自然環(huán)境及生態(tài)的變化，從而讓城市更好地為人們服務，讓人們也更好地適應城市的變化[1]。

2 海綿城市理念在市政給排水設計中的作用

2.1 提供科學規(guī)劃策略

為了更好地適應給排水系統(tǒng)的要求，多數(shù)城市，尤其是發(fā)達城市拋棄了以往的設計理念，引入海綿城市建設理念來進行市政給排水設計。海綿城市理念可改善給排水形式，優(yōu)化排水系統(tǒng)。除此之外，在市政給排水設計中引入海綿城市理念，給城市用水、排水設施提供了更多的功能。所以，海綿城市集排水、蓄水、用水為一體，提升了市政給排水的多樣性[2]。

2.2 推進市政給排水系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展

城市給排水管道的設計和施工難度非常大，特別是市政給排水系統(tǒng)的規(guī)劃和設計需要從城市的自然條件和規(guī)劃目標綜合分析。海綿城市建設理論可有效緩解因為降雨過多導致的各種問題以及城市原有給排水系統(tǒng)的各類故障和問題，并可以通過城市已有的綠化帶和道路滲水，進一步減少洪澇災害和城市積水造成的不利影響。與此同時，起到蓄水的作用。還可將城市基礎建設設施滲透過的較為潔凈的水用于城市建設中，提高了水資源的利用率。因此，應做好市政給排水工程的規(guī)劃和設計，進一步優(yōu)化城市給排水系統(tǒng)，為促進城市的可持續(xù)發(fā)展及環(huán)保事業(yè)的發(fā)展做出努力[3]。

2.3 優(yōu)化城市環(huán)境

很多城市為了謀求經(jīng)濟的發(fā)展，忽略了城市環(huán)境的保護，特別是煤炭資源開采過度的城市，需要將海綿城市理論引入當?shù)亟o排水工作中來，并結(jié)合城市的自然條件改善當?shù)厣鷳B(tài)，提高當?shù)鼐用竦纳钇焚|(zhì)，為城市的可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展提供更多的支持。

2.4 收集再利用水資源，提高城市防洪防澇能力

海綿城市可以根據(jù)當?shù)靥鞖馐歉珊颠€是持續(xù)降雨，進行城市內(nèi)部給排水的自主調(diào)節(jié)，因此具有良好的調(diào)節(jié)能力和適應能力，可以針對各種不同的自然條件發(fā)揮自身的調(diào)節(jié)作用[4]。

當城市處于干旱狀態(tài)時，可以依靠海綿城市的給排水系統(tǒng)實現(xiàn)儲存水的再次利用；當城市處于暴雨天氣時，可以根據(jù)海綿城市的給排水系統(tǒng)實現(xiàn)雨水的分流和儲存。海綿城市的建設可以有效提高城市對水的調(diào)節(jié)能力，還可以補充水資源的儲存量。

3 海綿城市理念下市政道路給排水設計

3.1 總體排水設計

本次的研究項目為一條城市道路主干道，也是城鄉(xiāng)一體化建設過程中的示范工程，因此對于道路的設計要求較為嚴格，需要遵循以下原則。

（1）低影響開發(fā)理念。設計人員需要在設計過程中采取對外界環(huán)境影響最小的設計方法來進行雨水的滲透設施設置。同時秉承可循環(huán)利用等生態(tài)理念來進行雨水資源的管理和再利用，以此來解決城市水資源等分配問題。

（2）根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，采取因地制宜的設計原則。根據(jù)當?shù)氐乃那闆r、氣候條件及氣象資料等來進行分析，以保護當?shù)厮h(huán)境為前提的條件下進行相應的設計和系統(tǒng)開發(fā)。另外，工作人員在進行設計的過程中，需要根據(jù)城市實際情況，特別是降雨、河流情況進行分析，掌握控制水量的具體方法，以此來為整體排水方案提供良好的保障。

3.2 生物滯留帶設計

按照功能不同，可以將生物滯留帶拆分為3 部分綠化帶，不僅可以起到將地面積水引流到地下的作用，還可以緩解道路積水帶來的各種問題。為了初步過濾不潔凈的雨水，在綠化帶下方設置了過濾帶，過濾材料主要為鵝卵石等。雨水經(jīng)過該過濾帶時可以將大部分雜質(zhì)留下，較為干凈的雨水層層滲漏到地下。

本方案滯留帶的最低高度為15 cm，根據(jù)道路布設情況，控制滯留帶最高高度為20 cm。另外，控制下凹部分的深度保持在一定范圍之內(nèi)（20 ～25 cm），使其與車行道路形成一定高度差，保證雨水得以流入滯留帶。

3.3 溢流雨水口設計

本工程地勢平坦，測得縱坡不高于0.3%，所以按照溢流雨水口間距40 m以下標準進行雨水溢流排放控制。按照道路排水功能需求，分別為機動車、非機動車分隔帶和人行道滯留帶布設溢流水口。前者為A 型水口，外觀呈現(xiàn)圓形，與鐘罩相似；后者為B 型水口，即通過鋪設溢流井蓋，控制雨水溢流。其中，A型水口支持50 L/s 雨水溢流處理，具有較強的抗堵塞能力，較傳統(tǒng)溢流設施而言流通性有所改善；B 型水口成本控制較低，省去了水連管、雨水口的布設，使得工程材料的用量得以降低。

3.4 擋水坎設計

本方案在生物滯留帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)中布設了擋水坎，按照施工工藝，劃分為土坎和硬質(zhì)擋水坎兩種。其中，土坎結(jié)構(gòu)為梯形斷面，頂部寬度為10 cm，邊坡設置為1 ∶1，高度超出綠植土面12 cm。由于此類型擋水坎易受環(huán)境影響，導致結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，因此需要定期維護。硬質(zhì)擋水坎布設在溢流雨水口下游，與之距離保持在1 m 左右。此部分結(jié)構(gòu)具有較強的蓄水功能，每兩個擋水坎之間均布設蓄水單元，與兩側(cè)的擋水坎距離保持在16 m 左右。

3.5 路基排水設計

海綿城市市政道路給排水設計工作要和市政道路建設結(jié)合起來，以提高建設的效率。因此，市政道路建設的政府單位及設計單位要根據(jù)城市往年的天氣狀況及市政道路建設的資料進行綜合分析，編制科學且安全的設計方案和設計圖紙。若當?shù)氐牡缆仿坊鶟B水性及透水性達不到要求，可以在給排水系統(tǒng)建設前對路基進行預處理。若依舊難以達要求的標準，則需要進行換填法，確保給排水系統(tǒng)建立后的可用性。除了路基的要求外，要對建設地區(qū)的土質(zhì)進行檢測。若土質(zhì)為軟土，需要進行碾壓或者真空處理土層，確保路基可以達到使用標準。

設計人員設計路基時應特別關注以下3 點。

第一，嚴格按市政給排水管道布設標準進行路基設計?？梢酝ㄟ^BIM 軟件建立相關模型，避免管道和路基承重結(jié)構(gòu)相沖突，進而造成排水管道設置不當或路基承載力不達標。

第二，做好前期勘察工作，若天然路基為軟弱地基或透水性不強的路基，應在路基施工前采取措施改變這一現(xiàn)狀。常用的優(yōu)化方法為將原有天然路基替換為透水性良好的土石；將原有天然路基進行翻曬等。

第三，重視路基排水設計，必要時可以和其他設計人員進行溝通，保證排水設計的合理性和標準性。

3.6 人行道與車行道設計

為了確保城市交通的便利性，應定期更換市政道路的路面，使城市道路的透水性滿足給排水要求，降低地表徑流量，避免路面積水過于嚴重的情況發(fā)生。另外，瀝青材料具有良好的透水效果，所以市政道路上層常常采用透水瀝青進行鋪設，下層則使用滲水性和透水性差的材料進行隔離處理。通過材料的透水性搭配，確保雨水可以通過路面滲入給排水管道中，同時不會浸濕路基[5]。

3.7 綠化帶設計

3.7.1 雨水收集設計

地面采用滲水性良好的瀝青材料可以讓雨水滲透地面進入綠化帶的雨水收集口處。為了確保綠化帶處的收集口可以收集到雨水，應讓綠化帶的標高低于路面18 cm 左右，最低不小于15 cm。另外,為了確保雨水可以快速收集并避免收集不均勻，雨水收集口的位置要分布均勻。

3.7.2 水質(zhì)過濾設計

為了提高雨水的清潔度，可以在綠化帶設計和施工中將滲透管的上方鋪設好種植土，進行綠化植物種植，之后鋪設可以過濾雜質(zhì)的砂石，實現(xiàn)初步的雨水凈化，確保地下水的潔凈度。

3.7.3 滯蓄緩排設計

設計人員要充分考慮到城市干旱和洪澇災害的情況，讓綠化帶的導流系統(tǒng)可以充分發(fā)揮抗?jié)晨购档墓δ堋Ｒ虼?，在設計前期要規(guī)劃好明溝的位置，確保雨水匯入地下水的過程中可以沉淀部分雜質(zhì)和土石。另外，為了更好地讓雨水進入明溝，需要挖出水溝渠，提高引流能力。

3.7.4 排放設計

建立完善的排放和溢流設施是避免道路積水的有效方式。當溢流雨水口因為過大的雨量而無法承擔雨水匯流作用時，可以利用部分能夠蓄水的位置進行暫時的雨水滯蓄。另外，還可以根據(jù)建立的溢流裝置將過多的雨水排放到雨水管道中。

3.8 附屬設施設計

為了市政道路的美觀和排水的便利，市政道路的附屬設施也要具備一定的給排水功能。附屬設施包括路緣石（立緣石、平緣石）和路肩石兩種。路緣石是給排水系統(tǒng)的組成部分，其中，立緣石要高于路面，以此方便雨水快速進入排水系統(tǒng)中；而平緣石要與地面平齊，減少積水情況發(fā)生。當雨水匯集出現(xiàn)問題，可以采取適當措施讓雨水盡快進入溢流雨水口。采取的方法一般有兩種，一是可以在附屬設施上打孔，讓雨水快速進入；二是間隔鋪設路緣石。路肩石明溝的設置要在重視功能性的基礎上做到美觀和質(zhì)量良好，邊溝材質(zhì)一般為混凝土，為了保證質(zhì)量需要重視混凝土的強度。另外，邊溝處可以種植綠化植物，進一步過濾雨水，豐富綠化帶的功能性。

3.9 與城市綠地銜接設計

若是市政道路的附近區(qū)域包含了城市綠地，需要做好城市綠地和綠化帶的有效銜接，進而達到分流的目的。銜接方式和當?shù)亟邓?、水資源儲存量有關，具體如下。首先，若城市降水量和地下水儲量不夠豐富，可以利用城市排水管道將降雨引入地下水或附近的濕地處，豐富城市的水資源儲量。其次，若水資源豐沛，則可以在雨水做過基本的凈化處理后，將其用于城市建筑的日常使用，如廁所用水等。這樣能夠在一定程度上緩解徑流洪峰，還可以減少水資源的浪費的狀況。

3.10 給排水管道設計

3.10.1 給排水管道區(qū)分處理

分析地區(qū)現(xiàn)有的排水系統(tǒng)，在充分了解現(xiàn)有排水條件的基礎上，完成給排水施工方案的制訂。要在利用現(xiàn)有排水管道的基礎上增加新管道，在節(jié)約成本的基礎上優(yōu)化城市給排水系統(tǒng)。同時，施工單位應在充分了解現(xiàn)有排水系統(tǒng)的基礎上利用好積水管道余壓，進而提高管道排水效率。

3.10.2 給排水管道參數(shù)設計

海綿城市理念對于城市給排水管理設計具有重要意義。為了更好地結(jié)合海綿城市理念，需要在設計中重視以下兩點。第一、避免在管道設計中采用拐角設計，拐角等彎曲設計需要利用連接件將直線管道進行連接，若這一過程處理不當就可能引發(fā)滲漏問題。第二、若必須設置拐角，設計原則為方便處理，最好在這些易于處理的位置設置檢修井。

為了更好地設計新建管線和原有管線的間距，優(yōu)化原有的市政給排水系統(tǒng)，可以采用綜合物探技術及BIM 技術，在充分了解原有給排水管道的基礎上發(fā)揮新設計管道的作用。與此同時，確保材料的質(zhì)量非常關鍵，一般常用于給排水管道施工的管道材料有混凝土類和金屬類。在設計選材時，應在計算管道參數(shù)的基礎上選擇符合標準的管道材料。在確定材料的同時，對管道材料進行復核，避免管道材料不合格導致的一系列質(zhì)量問題。

3.11 綠色植物設計

綠色植物設計應滿足以下3 點要求。第一，選擇最為適宜的綠植品種。要在充分考慮城市環(huán)境、氣候等自然條件的基礎上選擇適應性強的綠色植物，提高植物的成活率。第二，為了提高城市的美觀性，可以在保證植物存活率的基礎上重視設計美，如按植物的高低和顏色分配植物的種植地點。第三，為了提高綠色植物成活率，要重視栽種工作，特別是要做好植物的養(yǎng)護工作，減少植物死亡率。同時關注植物的成活率，并在部分植物死亡時，盡快種植新綠色植物進行補充。

4 結(jié)語

想要更好地在市政道路給排水系統(tǒng)設計中應用海綿城市的理念，需要相關部門的大力支持，同時設計方要做好相關的規(guī)劃和設計，實現(xiàn)對城市市政道路給排水系統(tǒng)的更新和改善，為緩解城市的洪澇災害和積水問題提供幫助，還可結(jié)合海綿城市建設理論，達到彈性建設的最優(yōu)結(jié)果。