海綿城市理念在城市排水設(shè)計中的應(yīng)用

張愛琳

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣州510000）

1 引言

城市化進(jìn)程中，透水路面面積正不斷減小，這會導(dǎo)致暴雨季節(jié)地表雨水徑流量逐步增多， 地表徑流難以快速穿越地面達(dá)到下方的排水設(shè)施，且降雨量難以得到二次利用，引發(fā)嚴(yán)重的城市內(nèi)澇災(zāi)害。 海綿城市理念的應(yīng)用對于現(xiàn)階段城市排水系統(tǒng)設(shè)計具有不可忽視的意義。 作為先進(jìn)的可呼吸式排水設(shè)計系統(tǒng)， 海綿城市排水系統(tǒng)能夠充分改善城市地下蓄水能力及地表滲透水平，促使城市水系統(tǒng)快速高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 工程概況

廣州市某次干路是城市主要交通運(yùn)輸?shù)缆罚?起終點(diǎn)分別連接于左右兩側(cè)日交通量較多的主干路， 該次干路設(shè)計地勢較低，設(shè)計全長430 m，雙向四車道，設(shè)計車速40 km/h，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計主要為瀝青混凝土路面，雙板塊斷面設(shè)計。 區(qū)域降雨量豐富，且該道路項(xiàng)目下游位置存在排水設(shè)施，兩側(cè)存在數(shù)量較多、密度較大的居民住宅。 通過防澇系統(tǒng)分析可知，該道路為易澇點(diǎn)低風(fēng)險路段，設(shè)計單位為充分實(shí)現(xiàn)雨水管控，避免城市內(nèi)澇，擬采取低影響設(shè)計開發(fā)思路，主要采取下凹式綠地、透水鋪裝兩種低影響開發(fā)（LID）措施進(jìn)行排水設(shè)計。項(xiàng)目排水設(shè)計需要滿足以下要求： 項(xiàng)目建設(shè)完成后的可控年徑流量控制率大于75%；除此之外，道路雨水控制主要實(shí)現(xiàn)綜合調(diào)蓄排放、快速下滲的目的，且地表徑流要能夠充分匯聚至附近綠化帶，通過生態(tài)綠化介質(zhì)進(jìn)行凈化、排放；雨水入滲設(shè)施則可以為敷設(shè)盲管、生態(tài)介質(zhì)層等，超標(biāo)雨水則能夠通過溢流雨水口進(jìn)行收集； 人流數(shù)量較多且交通集中路段則需要對地表徑流污染物進(jìn)行預(yù)先處理， 可以在LID 設(shè)施前部位置設(shè)置相關(guān)雨水預(yù)處理結(jié)構(gòu)，如鵝卵石凈化設(shè)施、雨水棄流裝置等[1]。

3 海綿城市理念排水設(shè)計分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

該次干路項(xiàng)目紅線規(guī)劃范圍寬度40 m， 排水設(shè)計則需要構(gòu)建生態(tài)滯留設(shè)施、透水鋪裝，經(jīng)設(shè)計比選主要為下凹式綠化帶，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：透水人行道（3 m×2）+ 下凹式綠化帶（3 m×2）+ 車行道（12 m×2）+ 中央綠化分隔帶（4 m），車行道設(shè)計為雙面破，雙板塊斷面構(gòu)造，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1 所示。 車行道排水設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)調(diào)蓄排放目標(biāo)， 人行道則考慮地表徑流入滲，其中，車行道雨水徑流分別通過瀝青混凝土坡排放至車行道外側(cè)綠化帶及中間綠化分隔帶， 人行道地表徑流則能夠匯集至內(nèi)側(cè)綠化帶[2]。

圖1 道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖（單位：m）

3.2 透水鋪裝設(shè)計

通過對項(xiàng)目使用功能及路面耐久性、 材料造價等多方面考慮，人行道設(shè)計需要充分結(jié)合海綿城市理念，優(yōu)化地表徑流下滲速率，擬采取透水面層+ 透水結(jié)構(gòu)鋪裝進(jìn)行施工[3]。 人行道結(jié)構(gòu)：C40 透水步道磚 （6 cm）+ 干硬性水泥砂漿找平層（2 cm）+ 孔隙率15%砂墊層（15 cm）+ 粗砂墊層（5 cm）+ 素土夯實(shí)，步道磚整體結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)需要不小于10-4cm/s，有效孔隙率大于8%。

3.3 下凹式綠化設(shè)計

道路項(xiàng)目采取下凹式綠化帶進(jìn)行路表徑流采集及后續(xù)預(yù)處理，下凹式綠化帶設(shè)計示意圖如圖2 所示。 為充分提升綠化帶內(nèi)部的需水量及凈化效率， 綠化帶內(nèi)綠化植被種植高程需要小于車行道路面表層結(jié)構(gòu)20 cm，同時也要低于單側(cè)溢流雨水口高程15 cm。下凹式綠化帶能夠利用路緣石開口進(jìn)行地表雨水收集，綠化帶內(nèi)的蓄水水位一旦高于溢流式雨水口，溢流雨水口則會收集過量雨水至下部排水管道[4]。

圖2 下凹式綠化帶設(shè)計示意圖

3.3.1 下凹式綠地結(jié)構(gòu)

下凹式綠化帶是生態(tài)滯留設(shè)施主要類型， 下凹式綠化帶能夠通過內(nèi)置的生態(tài)土壤介質(zhì)實(shí)現(xiàn)雨水滲濾作用， 主要由積水層、滯留層及排水層3 個層次構(gòu)成。 其最上層為積水層，主要發(fā)揮地表雨水徑流的臨時控制。 通過對土壤情況、匯水面積及溢流高度進(jìn)行分析，設(shè)計選取積水層厚度18 cm。 滯留層則是下凹式綠化帶的主要組成部分， 能夠?qū)崿F(xiàn)暴雨季節(jié)雨水過濾及不下雨階段支持植物生長的作用。 滯留層上部則需要構(gòu)建5～8 cm 厚度的覆蓋層，這有助于減少水分蒸發(fā)，設(shè)計采取90 cm 厚度的生態(tài)介質(zhì)滯留層[5]。 下部排水層則采取粗砂礫構(gòu)成，地表徑流通過滯留層過濾匯集至排水層，快速高效實(shí)現(xiàn)雨水排放。 此外，為確保路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要在下凹式綠化帶及車行道結(jié)構(gòu)層之間構(gòu)建防滲設(shè)施， 以此避免造成路面結(jié)構(gòu)水毀失穩(wěn)， 項(xiàng)目主要采取兩布一膜防水土工布作為結(jié)構(gòu)防水設(shè)計。

3.3.2 路緣石、雨水口設(shè)計

城市道路排水設(shè)計采取LID 措施， 主要是將道路路面兩側(cè)的地表徑流通過路緣石匯集到下凹式綠化帶， 雨水能夠通過綠化帶儲蓄、凈化、排放，且多余的雨水也能夠通過溢流式雨水口直接排放至管道內(nèi)。 該模式能夠充分緩解地表雨水徑流總量，是海綿城市設(shè)計的重要措施。 路緣石作為雨水通過及排放的主要載體結(jié)構(gòu)，主要設(shè)置在車行道、人行道和綠化帶之間，路緣石可分為平路緣石、外露路緣石，外露路緣石則可以設(shè)計成格柵、開孔形式，如圖3 所示，開孔路緣石可以將路面橫坡所引導(dǎo)的地表徑流快速排入下凹式綠化帶。

圖3 開孔路緣石布置示意圖

道路雨水口則需要設(shè)計在下凹式綠化帶內(nèi)部， 這明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的排水設(shè)施，溢流式雨水口可布置在路中心線、鄰近車行道側(cè)， 雨水口高程需要低于路表5 cm， 高于種植土高程15 cm，為避免污染物進(jìn)入雨水口，雨水口上部需要布置截污掛籃。 溢流式雨水口設(shè)計如圖4 所示[6]。

圖4 溢流式雨水口設(shè)計示意圖

3.3.3 初期雨水棄流

初期雨水棄流處理是典型的地表徑流水質(zhì)控制方式，雨水棄流裝置的設(shè)計能夠?qū)Φ乇韽搅髦械念w粒物質(zhì)、 污染物進(jìn)行及時篩除，從初期避免城市水環(huán)境污染。 項(xiàng)目主要在低影響開發(fā)設(shè)施雨水口前端設(shè)置技術(shù)處理措施， 如常見的采取小管棄流、容積法棄流等設(shè)施進(jìn)行處理。

4 工程效果評價

依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范可知，LID 設(shè)施進(jìn)行城市道路排水設(shè)計時，項(xiàng)目具備可控制調(diào)蓄容積計算如下：項(xiàng)目設(shè)計全長430 m，紅線寬度范圍40 m， 則項(xiàng)目整體匯流面積達(dá)到了17 200 m2；其中包括人行道透水鋪裝面積2 580 m2，車行道瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)不透水鋪裝面積為10 320 m2； 項(xiàng)目范圍不同類型面積下雨水徑流系數(shù)φ 經(jīng)加權(quán)計算為0.64； 項(xiàng)目設(shè)計調(diào)蓄容積V 經(jīng)容積法計算為251 m3；項(xiàng)目設(shè)計下凹式綠化帶平均深度1.3 m，積水層0.18 m，碎石層及混合土層分別為0.3 m、0.8 m，考慮到蓄水層折減系數(shù)、混合土層折減系數(shù)、碎石層折減系數(shù)、下凹式綠化帶折減系數(shù)分貝為0.5、0.2、0.5、0.6，則經(jīng)計算可控制雨量Vk小于調(diào)蓄容積的75%，滿足初始排水設(shè)計要求[7]。

5 結(jié)語

總而言之， 城市排水系統(tǒng)設(shè)計對于整個城市長期運(yùn)行具有至關(guān)重要作用。 海綿城市理念作為城市排水設(shè)計重要指導(dǎo)，通過多類型低影響開發(fā)設(shè)施的排水設(shè)計， 能夠有效避免城市內(nèi)澇災(zāi)害。 海綿城市理念應(yīng)用過程中，設(shè)計單位需要從多個角度進(jìn)行道路項(xiàng)目的統(tǒng)籌分析，確保排水設(shè)計的可執(zhí)行性。 本文依托廣州市某次干路項(xiàng)目進(jìn)行海綿城市排水設(shè)計， 主要從下凹式綠地結(jié)構(gòu)及透水鋪裝兩個角度對排水效果進(jìn)行分析，應(yīng)用效果良好，能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程建設(shè)提供理論參考。