海綿城市視角下小區(qū)不透水基礎設施改造設計研究

周 密

由于城市發(fā)展過程中增加的不透水下墊面（不透水路面、停車場和人行道等）占比增加，老城區(qū)常見“熱島效應”，易導致城市內澇現(xiàn)象，下墊面設施的透水性能常用徑流系數(shù)表征，其數(shù)值大小直接影響地面雨水的徑流量，因此對城市老舊小區(qū)中的不透水基礎設施進行改造設計，降低其徑流系數(shù)，對預防城市內澇、緩解城市積水、降低城市雨洪壓力以及減少雨水徑流污染具有積極作用[1]。

1 項目概況

本文研究對象為某住宅小區(qū)的精品建設項目提質改造工程，社區(qū)規(guī)模為11.6 hm2，位于老城區(qū)的市中心地帶，有兩條城市次干道分別從東南和西北方向貫穿社區(qū)。該社區(qū)有市政雨水排水系統(tǒng)，雨水管道的管徑為400 ～600 mm，在非機動車道下。社區(qū)老舊且人口密集，周邊交通環(huán)境相對復雜，在設計和施工的過程中均要考慮對周邊居民的影響。該社區(qū)的原下墊面類型如表1 所示。

表1 原下墊面類型

2 海綿城市的改造措施

2.1 透水鋪裝

通過分析原下墊面類型發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有下墊面結構中，硬質地面、屋頂、不透水的車位和人行道等占比達到61%以上，透水設施的占比未達到海綿城市設計中“確保新建城區(qū)的硬化地面中可滲透地面面積不低于40%”的要求。因此，通過采取將不透水的硬質地面改造成透水鋪裝的設施來提高小區(qū)整體的透水設施占比。具體做法是將原不透水或透水性能低的部分，如原有的硬質地面、硬質屋頂?shù)?，改造成透水性能較高的結構形式，以降低設計區(qū)域整體的徑流系數(shù)[2]。

透水鋪裝在小區(qū)改造設計的技術要點在于合理選用透水鋪裝材料和結構形式，當前用于透水鋪裝的材料主要有透水瀝青、透水混凝土、透水磚等。其中，透水瀝青路面多用于城市快速路、高速公路等需要具備一定負荷能力的機動車道路；透水水泥混凝土多用于輕負荷的機動車道、人行道或園區(qū)內便捷道路；透水磚則多用于人行道路。透水鋪裝結構從土基條件和交通量上可分為表層排水型、基層儲排水型和全透型[3]。人行道透水鋪裝設計圖如圖1 所示，透水鋪裝結構層圖如圖2 所示。

圖2 透水鋪裝結構層圖（來源：作者自繪）

2.2 下沉式綠地

《海綿城市建設技術指南》中指出，通常情況下，下沉式綠地的年徑流總量外排率為15%～20%[4]，這有利于消減降雨的峰值流量。

本項目中采用的下沉式綠地的構造至上而下設置蓄水層、植被及種植土層、碎石墊層和原土，設計中對級配碎石的孔隙率、壓實度和公稱粒徑等提出了具體要求，如連續(xù)孔隙率不小于10%，壓實度達到93%，公稱最大粒徑不宜大于26.5 mm 等，以達到空隙均勻、調蓄凈化的目的。下沉式綠地在小區(qū)改造設計的技術要點在于道路橫斷面設計應優(yōu)化道路橫坡坡向、路面與道路綠化帶及周邊綠地的豎向關系，便于徑流雨水匯入綠地內。

因此，在設計時綠地與周邊地塊銜接處設計1 ∶3 自然放坡，同時考慮路沿石開孔等施工技術措施，以便周邊地塊的徑流雨水能夠順利且迅速地排入下沉式綠地中。圖3 為下沉式綠地設計圖，具體長度根據(jù)溢流口的位置確定。

圖3 下沉式綠地設計圖（來源：作者自繪）

2.3 生態(tài)植草溝

生態(tài)植草溝的作用機理跟下沉式綠地有一定的相似之處，主要利用植被和人工填料來截流、入滲道路的地表徑流，然后通過溢流管將超標雨水排入市政排水系統(tǒng)。生態(tài)植草溝的設計常需要與現(xiàn)場地勢相結合，盡量利用現(xiàn)有地勢較低處的原有天然溝渠，結合植物、土壤和微生物系統(tǒng)的蓄滲、凈化作用，起到分流雨水的目的[5]。

生態(tài)植草溝在小區(qū)改造設計的技術要點在于處理好與道路綠化帶的關系，當生態(tài)植草用于道路綠化帶時，按其設計的位置不同可分為雨水花園、生物滯留帶、高位花壇及生態(tài)樹池等不同的作用形式。一般來說，生物滯留設施宜分散布置且規(guī)模不宜過大，生物滯留設施面積與匯水面面積之比一般為5%～10%，生物滯留設施結構層外側及底部應設置高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，HDPE）防滲膜，防止周圍原土侵入，內部采用礫石和種植土填料，符合植物種植及園林綠化養(yǎng)護管理技術要求。生態(tài)植草溝設計如圖4 所示。

圖4 生態(tài)植草溝設計（來源：作者自繪）

3 總體設計方案

項目劃分為4 個海綿設計區(qū)，以一區(qū)為例，通過“海綿”設計改造后，地面徑流關系如圖5 所示。在一區(qū)的改造設計中，利用現(xiàn)有地形將小區(qū)西側地勢較低地段的原始綠地，改造設計成下凹綠地并下置蓄水池，使雨水滲透的同時又能收集超標雨水，待雨水峰值過后排放至市政雨水管網系統(tǒng)。一區(qū)設置分散性生物滯留設施，主要適用于建筑、道路及停車場的周邊綠地，地面徑流通過自然坡度銜接或路沿石開孔回流到植草溝。其他海綿設計分區(qū)的總體方案皆采用低沖擊開發(fā)（Low Impact Development，LID）設計模式，將不透水的灰色基礎設施與透水的綠色生態(tài)系統(tǒng)有效結合，充分發(fā)揮綠地、透水鋪裝等對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用[6]。設計方案中針對LID設施，距離建筑基礎水平距離小于3 m，或在靠近機動車道等雨水下滲易造成影響的區(qū)域，于設施外側設置防滲，防止次生災害發(fā)生[4]。在下沉式綠地中通常會設置溢流口，LID 設施設置溢流口一般高出綠地100 mm，溢流口設置距離通常不超過50 m。

圖5 地面徑流關系圖（來源：作者自繪）

4 改造后的下墊面類型

目前，我國正大力推進海綿型城市建設，其本質在于改變傳統(tǒng)城市道路雨水系統(tǒng)“以快排為主”的建設理念，充分利用城市的綠地、生態(tài)滯留設施、透水鋪裝等LID 技術，使城市開發(fā)建設后的水文特征接近開發(fā)前的狀態(tài)。本項目通過改造設計，下墊面類型發(fā)生了明顯的變化，其主要參數(shù)如表2 所示。

表2 改造后的下墊面類型

5 結語

為充分發(fā)揮透水鋪裝、生態(tài)植草溝等“海綿型排水設施”對雨水的吸納、蓄滲和凈化等作用，本文提出海綿城市的改造措施。

通過研究透水鋪裝路面結構類型及徑流關系，構建透水鋪裝路面、綠色生態(tài)溝渠與排水管渠系統(tǒng)結合的排水系統(tǒng)，合理布局不透水的基礎設施與透水設施，并針對不透水設施提出改造方案，利用道路、植草溝、透水鋪裝、管道系統(tǒng)等多種結構綜合排水。從改造前后的下墊面分析數(shù)據(jù)可以看出，徑流系數(shù)明顯降低，為建設具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市提供重要保障，完全符合海綿城市建設理念和發(fā)展需求，具有廣闊的應用前景。