“海綿城市”在市政道路設(shè)計中應(yīng)用的研究

楊志平、楊琳蕊

（1.撫州贛東公路設(shè)計院有限公司，江西 撫州 344000；2.中信銀行研發(fā)中心，北京 100000）

0 引言

“海綿城市”從字義上來解釋，就是指使城市如海綿一般，對自然降水做到可吸可排，調(diào)節(jié)城市水環(huán)境，促進水資源的凈化和循環(huán)利用?；诖?，就市政道路設(shè)計中對“海綿城市”的應(yīng)用進行分析。

1 基于“海綿城市”的市政道路設(shè)計要素

市政道路若是采用“海綿城市”理念設(shè)計，應(yīng)當考慮六項要素：一是滲，指滲透，在道路鋪裝方面改變以往硬化路面的形式，促使雨水滲入路面并到達地下，有效補充地下水；二是蓄，指蓄積雨水資源，避免積水成災(zāi)，確保不破壞生態(tài)，同時采用存儲水的設(shè)施；三是滯，指將雨水滯留住，盡可能使其徑流量降低，做到防洪防澇；四是凈，指實現(xiàn)雨水和污水的凈化，凈化后的水資源應(yīng)用范圍更廣泛，一般根據(jù)實際情況采取不同的凈水措施；五是用，指科學運用收集、蓄積以及凈化的雨水資源，減輕缺水地區(qū)的實際供水壓力，在豐水季節(jié)蓄水，有效節(jié)約用水；六是排，指做好道路排水工作，排水也是城市建設(shè)的重要規(guī)劃內(nèi)容，防止部分地區(qū)降水量過大導(dǎo)致的內(nèi)澇現(xiàn)象。

2 市政道路設(shè)計中“海綿城市”理念的實際應(yīng)用

2.1 合理選擇低影響開發(fā)技術(shù)

在傳統(tǒng)市政道路設(shè)計中，應(yīng)用“海綿城市”的相關(guān)理念，重點在于如何使用低影響開發(fā)設(shè)施，融入“海綿城市”元素，對城市道路建設(shè)進行系統(tǒng)性指導(dǎo)，可以有效預(yù)防內(nèi)澇問題，需合理選擇低影響開發(fā)技術(shù)，具體包括以下幾項技術(shù)。

2.1.1 透水鋪裝技術(shù)

透水鋪裝技術(shù)是許多市政道路中的常用技術(shù)，能夠全面改進路面的結(jié)構(gòu)，賦予路面更佳的透水特性。該技術(shù)一般適用在非機動車道鋪裝，這些車道的路面材料包括鵝卵石、透水磚、混凝土、碎石以及其他各類磚石等，非機動車道本身對承載力的要求不高，也不會過重型車輛，因此比較適合采用該技術(shù)，主要是在道路鋪裝中應(yīng)用透水瀝青混凝土。部分承載參數(shù)標準不高的機動車道設(shè)計也可應(yīng)用該技術(shù)。透水鋪裝技術(shù)的優(yōu)點是適用范圍較大，鋪裝操作簡單便捷，有效緩解水流高峰的情況，回收地下水資源。但該技術(shù)的凈水能力一般，且材料設(shè)施簡單，容易發(fā)生損毀。

透水鋪裝技術(shù)的設(shè)計要求包括以下幾點：一是建設(shè)道路的穩(wěn)定性較佳，因而要探析建設(shè)項目的路面強度，若是路面強度不高，那么需調(diào)整鋪裝結(jié)構(gòu)，如可更換為半透水鋪裝的施工結(jié)構(gòu)。二是鋪裝建設(shè)時需要保證土壤滲透性達到一定的標準，若是建設(shè)區(qū)域的滲透性極差，也應(yīng)適當對設(shè)施加以調(diào)整。例如，可以在鋪裝時增加排水板及排水管設(shè)施數(shù)量，提高排水能力。三是對建設(shè)區(qū)域有一些特殊要求。例如，采用透水鋪裝技術(shù)的區(qū)域下方存在地下室結(jié)構(gòu)，確保鋪裝后的排水不滲入地下室，若有必要可以增設(shè)排水層結(jié)構(gòu)，確保鋪裝時的覆土量大于0.6m，保證地下室的安全。四是建設(shè)時充分考慮周圍的環(huán)境因素。需考慮建設(shè)區(qū)域的土質(zhì)環(huán)境，如土質(zhì)中具有較高的鹽含量，或是容易發(fā)生滑坡、塌陷等自然災(zāi)害，都需采取措施處理，可以在周圍設(shè)置防護結(jié)構(gòu)；還應(yīng)考慮當?shù)氐臍夂驐l件，如某人行道路采用透水鋪裝技術(shù)，結(jié)合當?shù)叵募窘邓枯^大的特點，設(shè)置了四層鋪裝結(jié)構(gòu)，分別為15cm 級配的碎石墊層、20cm 厚的C20 級配透水混凝土基層、3cm 厚的中粗砂找平層以及6cm 厚的透水磚面層。

2.1.2 滲透塘結(jié)構(gòu)技術(shù)

滲透塘是“海綿城市”理念中常見的蓄水類結(jié)構(gòu)技術(shù)，是具有滲透功能和蓄水功能的水池，能夠凈化水資源并收集雨水，對于城市地表水來說可以達到削峰填谷的效果。設(shè)計應(yīng)用滲透塘結(jié)構(gòu)技術(shù)的市政道路工程需滿足一定的條件。例如，應(yīng)具有頗大的水收集面積，充分計算流域季節(jié)性的水位標準。還要考慮周圍的水污染狀態(tài)，不能距離居民區(qū)太近。從功能優(yōu)勢上來說，滲透塘可以將自然降水收集并充分利用，還能夠防止地下水資源被污染，在城市供水低峰時緩解壓力，設(shè)計建設(shè)的運用成本也不高，但應(yīng)嚴格選址，否則后續(xù)轉(zhuǎn)移地點的維護費頗高[1]。

滲透塘結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計運用時，側(cè)重前置設(shè)施建設(shè)，如滲透塘主體結(jié)構(gòu)附近要設(shè)計沉砂池，輔助滲透塘的蓄水、凈水功能，讓許多大顆粒污染物沉降，對滲透塘中的水體加以改善，同時也能輔助降低滲透峰值的水速，做到防洪防汛。需注意的是，在較為寒冷的北方地區(qū)，應(yīng)對滲透塘使用融雪劑。對于滲透塘的邊坡設(shè)計，應(yīng)保證坡度標準小于1∶3，滲透塘底部到達即將溢流的位置一般設(shè)計值大于0.6m。在設(shè)計底部結(jié)構(gòu)時，從上至下分別布置種植土層、透水土工布層以及過濾層，其中種植土層約為20cm，過濾層約為50cm。此外，還要保證滲透塘排空的時間不超過24h，在后續(xù)建造和運營階段都應(yīng)落實防護工作。滲透塘結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 滲透塘結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.3 生物滯留技術(shù)

生物滯留技術(shù)主要是指利用生物將水資源合理保留的技術(shù)，生物類型可能為微生物、植物，甚至是土壤。對于地勢較為平穩(wěn)的市政道路路邊、小區(qū)以及綠化帶等，都適合采用該技術(shù)，科學進行雨水的滲透、回收、凈化以及再利用。若是城市工業(yè)污染較嚴重，或周圍存在化學工廠，那么就要科學采用生物滯留技術(shù)，設(shè)立復(fù)雜型生態(tài)滲透結(jié)構(gòu)。生物滯留技術(shù)不僅體現(xiàn)出“海綿城市”的特點，還具有環(huán)保性特征。

生物滯留技術(shù)的建設(shè)設(shè)計要求：若地區(qū)水質(zhì)污染較嚴重，那么需做好初步過濾，將雜質(zhì)去除，這種預(yù)處理還能適當降低雨水的徑流速度，從而防洪防汛。對于復(fù)雜型生態(tài)滲透結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)考慮污染問題以及周圍的穩(wěn)定特性，底部和外部結(jié)構(gòu)部分都要設(shè)置更復(fù)雜的防滲設(shè)施，以免出現(xiàn)意外情況。在生物滯留技術(shù)應(yīng)用中，生物滲透性能好壞是關(guān)鍵，從生物性質(zhì)出發(fā)，確保其滲透性達到要求。

2.2 基于低影響開發(fā)技術(shù)的市政道路設(shè)計

2.2.1 設(shè)計思路

所謂融入“海綿城市”的市政道路，是指充分利用城市有限的地表面積，提高對生態(tài)環(huán)境中水的利用與調(diào)節(jié)水平。例如，大氣雨水進入道路周圍的植物，經(jīng)過凈化處理再進入綠池。在綠池的紅線外面，設(shè)置低影響開發(fā)技術(shù)設(shè)施，促使道路合理利用自然雨水。若道路本身的綠化帶較充足，那么可以將紅線之外的一些透水性不佳地區(qū)的水量適當吸納過來，以免出現(xiàn)雨水囤積的問題。為了利用雨水，可以在道路綠化帶中將雨水管與排放口對接。市政道路的具體設(shè)計思路是在確保正常、穩(wěn)定交通條件下，基于道路實際分布情況，在各種道路中鋪設(shè)透水性材料或設(shè)置蓄水、凈水以及調(diào)節(jié)水的設(shè)施，促進水資源的利用率提高，這就是“海綿”功能。

2.2.2 設(shè)計要求

以“海綿城市”理念為基礎(chǔ)，在市政道路設(shè)計中，充分運用低影響開發(fā)技術(shù)，根據(jù)實際情況來選擇不同功能的設(shè)施，深入分析設(shè)計的合理性。對于設(shè)計要求方面，要明確具體采用的低影響開發(fā)設(shè)施的規(guī)模，確定設(shè)施初步設(shè)計的圖紙、實際工程的總量和預(yù)算，還要到道路項目現(xiàn)場進行實地考察，檢查各項數(shù)據(jù)的可靠性，資料的完整性。例如，確定道路管網(wǎng)走向，對場地開展?jié)B透試驗，確定滲透率，規(guī)劃出幾種方案進行比選。通過水文模擬，確定不同方案中的暴雨處理參數(shù)和經(jīng)濟成本，再進一步確定最終方案，設(shè)計相關(guān)設(shè)施施工的平面圖與剖面圖[2]。

2.2.3 道路生態(tài)排水系統(tǒng)的設(shè)計

道路生態(tài)排水系統(tǒng)是較為常見的、符合“海綿城市”要求的低影響開發(fā)設(shè)施，該設(shè)施的構(gòu)建可以提高生態(tài)處理水平。當前的許多市政道路都設(shè)置了中央隔離帶或是車道分隔帶，在這些位置都適合設(shè)計生態(tài)排水系統(tǒng)，同時，在一些新建的工廠道路旁或兩側(cè)都可設(shè)置生態(tài)排水系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)施的具體結(jié)構(gòu)通常包括表層積水洼地（約深200～300mm）、混合土層（約厚400～600mm）以及碎石層（約厚200～400mm）。在碎石層內(nèi)還會根據(jù)需求設(shè)置花管，主要發(fā)揮排水作用。在對應(yīng)的道路兩側(cè)草溝位置，還應(yīng)設(shè)置格柵路牙或是孔口路牙，作為進水口，讓道路中的雨水徑流到達草溝處。在進水口的旁邊可以設(shè)置保護層結(jié)構(gòu)，一般采用鵝卵石或是碎石材料，作用是避免被雨水沖塌。若當?shù)匕l(fā)生高降水量的暴雨天氣，那么道路很容易出現(xiàn)積水情況。為了避免此類問題，要求生態(tài)排水系統(tǒng)每間隔20m 或是50m 設(shè)計一個溢流口，加快排水速度，溢流口的頂端要稍高出洼地，一般是100～500mm，選取直徑約200～300mm 的排水管設(shè)施。生態(tài)排水系統(tǒng)設(shè)計還需考慮有效去除雨水中的污染物，在滯留設(shè)計上控制徑流量參數(shù)，約為暴雨量的2/3 或1/2。此外，在生態(tài)排水系統(tǒng)中，還會應(yīng)用多類混合土，要選擇合適的混合土種類并科學設(shè)計配合比，依據(jù)區(qū)域?qū)嶋H滲透率以及植物生產(chǎn)的需求情況。例如，一般選用砂料、介質(zhì)以及椰糠做混合土料，其配合比通常設(shè)計為5.5∶2∶0.5。若需要應(yīng)用介質(zhì)除氮、除磷，可以在混凝土內(nèi)搭配一定的水廠排泥。

2.2.4 道路周圍雨水花園的設(shè)計

在市政道路面積較大的隔離帶或是周圍綠化帶位置處，設(shè)計雨水花園，其作用包括匯集雨水、凈化雨水、涵養(yǎng)地下水以及給周圍景觀補水等，是具有可持續(xù)性、生態(tài)化特點的雨水設(shè)施。例如，在進行雨水花園設(shè)計時，需要考慮多種影響因素，如區(qū)域底層土壤的滲透性、與周圍建筑物的距離、地下間管線情況、地下層的實際水量。若是道路的區(qū)域地勢頗低，還需將環(huán)境因素放在首要考慮位置，即雨水花園應(yīng)當和環(huán)境保持協(xié)調(diào)。假設(shè)在居民區(qū)設(shè)置雨水花園，或在建筑物中間設(shè)置，那么周圍最近建筑物與花園間的距離不能小于3m。雨水花園的結(jié)構(gòu)由上至下的分布形式為積水洼地（約深300～400mm）、有機覆蓋層（可選擇設(shè)置，約 厚300～500mm）、混 合 土 層（ 約 厚500～800mm）、礫石層（約厚400～600mm），在礫石層中還應(yīng)布置排水管設(shè)施。雨水花園的大小應(yīng)根據(jù)區(qū)域內(nèi)的雨水量設(shè)計，設(shè)施建成之后也需定期開展維護工作。另外，考慮生態(tài)排水系統(tǒng)的設(shè)計，合理選用混凝土。

雨水花園設(shè)計的重點還包括溢流管以及排水管。假設(shè)雨水花園的實際面積大于100m2，那么單個排水管布置的間距可以設(shè)計為10m 或20m，排水管本身直徑根據(jù)實際需求而定，一般設(shè)計在100～200mm 內(nèi)，在溢流管的頂部位置設(shè)計格柵。假設(shè)雨水花園的實際面積不超過25m2，那么在區(qū)域內(nèi)不需布置排水管或在出口周圍設(shè)置排水管，就能夠滿足排水需要。假設(shè)雨水花園的面積在25～50m2之間，則其排水管可以布置在水流方向上。雨水花園的面積超過50m2就需設(shè)置2 根或2 根以上的排水管，管道方向應(yīng)和水流方向一致。此外，在雨水花園中還可種植多種類型的植物，可以選取一些觀賞性較強的植物，如喬木、灌木等，盡量避免其中存在裸露土壤。對這些植物做好灌溉維護，若是雨水充足則無須灌溉，植物選取時需考慮當?shù)氐乃Y源循環(huán)的時間。

2.2.5 道路集水樹箱和路緣石的設(shè)計

有些城市的市政道路附近空間比較狹小，可能不太適合設(shè)計綠化帶或雨水花園等設(shè)施?？梢钥紤]設(shè)計集水樹箱，就是指在道路兩旁種植行道樹，隨后基于“海綿城市”的理念對行道樹進行樹箱形式設(shè)計。在道路兩旁種樹是許多市政道路中采用的斷面形式，在橫向空間十分狹窄的情況下，集水樹箱充分利用了道路的豎向空間，可以有效匯集、儲存雨水，提高水資源的利用率。通常種植喬木，喬木的樹穴一般呈現(xiàn)半地下式或是下沉式，可以更好地形成樹箱結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置給排水的管道設(shè)施，使雨水均勻分散到四周土壤中，不會出現(xiàn)積水的問題。

市政道路中的路緣石也是比較常見的一種設(shè)計結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的作用是將積水阻隔或是促使其倒排，具有防洪、防澇的效果。同時，在路緣石內(nèi)部還可以設(shè)計安裝導(dǎo)流口設(shè)施，再將其與周圍綠化帶實現(xiàn)連通，道路上的積水快速通過導(dǎo)流口到達綠化帶中，對植物進行澆灌。設(shè)計路緣石時，需依據(jù)隔離理念，即將人流、車流和雨水充分隔離，還要保證設(shè)計體現(xiàn)出通透原則，即相應(yīng)的預(yù)留孔能有效疏通路面積水，發(fā)揮出更多的應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

綜上所述，在市政道路的設(shè)計和建設(shè)中，可以應(yīng)用“海綿城市”理念，提高道路的滲透性質(zhì)、蓄水性質(zhì)以及防洪性質(zhì)。在實際開展設(shè)計時，需圍繞著“海綿城市”的六項要素，即滲、蓄、凈、用、滯、排。由分析可知，在市政道路設(shè)計中，“海綿城市”理念的實際應(yīng)用包括道路生態(tài)排水系統(tǒng)的設(shè)計、道路周圍雨水花園的設(shè)計、道路集水樹箱和路緣石的設(shè)計。