海綿型雨水口在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

彭 鵬

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京）

引言

2018 年6 月，鄭州市政府發(fā)布《關(guān)于鄭州市海綿城市規(guī)劃建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》（以下簡(jiǎn)稱《意見》），明確了鄭州海綿城市建設(shè)的各項(xiàng)目標(biāo)及各階段工作要求。根據(jù)《意見》，本文中舉例的振興路要求年徑流總量控制率達(dá)到75%，傳統(tǒng)開發(fā)模式下，《意見》規(guī)定的控制率指標(biāo)無(wú)法滿足。因此道路設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合海綿城市理念，設(shè)置合適的海綿設(shè)施，以保證達(dá)到《意見》規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

鄭州市管城回族區(qū)振興路(南四環(huán)～渠南路)道路工程位于管城回族區(qū)，道路呈南北走向，屬城市次干路。振興路南起南四環(huán)，北至渠南路，全長(zhǎng)1 156.749 m。規(guī)劃紅線為35 m，兩幅路型式，雙向四車道，設(shè)計(jì)車速40 Km/h。振興路道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1 所示。

圖1 振興路道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

1.2 水文地質(zhì)條件

擬建路線區(qū)所處地貌單元為黃河沖積平原，擬建路線區(qū)地面標(biāo)高在125.2 m～138.95 m 之間。20 m深度范圍內(nèi)主要為粉土、粉砂，粉質(zhì)黏土，屬弱透水層。

該工程區(qū)域勘察期間地下水位埋深約9.50 m，地下水位標(biāo)高按119.89 m 考慮，該線路不存在有不良地質(zhì)和特殊性土。

2 海綿城市設(shè)計(jì)

2.1 綜合徑流系數(shù)確定

本次設(shè)計(jì)道路范圍內(nèi)各下墊面面積統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 下墊面面積統(tǒng)計(jì)

綜合流量徑流系數(shù)ψ=0.7*0.90+0.24*0.35+0.06*0.15=0.723。

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50014-2021）4.1.8 條要求，綜合徑流系數(shù)高于0.7 的地區(qū)應(yīng)采用滲透、調(diào)蓄設(shè)施。

2.2 海綿城市控制指標(biāo)

2.2.1 年徑流總量控制目標(biāo)

《意見》規(guī)定，城市新開發(fā)區(qū)域，年徑流總量控制率宜為75%～85%，改擴(kuò)建項(xiàng)目，年徑流總量控制率不低于70%。本文中列舉的振興路屬于新開發(fā)區(qū)域，年徑流總量控制率要求確定為75%。

2.2.2 徑流污染控制目標(biāo)

《意見》規(guī)定，項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)設(shè)置了低影響開發(fā)技術(shù)措施的雨水徑流年SS（懸浮物）總量去除率按照40%～60%控制。

2.3 海綿城市設(shè)計(jì)

道路各下墊面海綿設(shè)施的設(shè)計(jì)如下：

（1） 道路人行道宜采用透水鋪裝，可采用透水性能為0.5×10-2cm/s 的普通透水磚或3×10-2cm/s 的陶瓷透水磚，非機(jī)動(dòng)車道和車行道可在適宜段采用透水瀝青或混凝土路面，透水瀝青混凝土孔隙率要求一般為15%～25%，透水系數(shù)0.3 mm/min～2.0 mm/min，具體實(shí)施時(shí)還應(yīng)滿足道路交通功能的實(shí)現(xiàn)及荷載的要求。

（2） 路面排水采用生態(tài)排水模式，雨水排入道路內(nèi)設(shè)置的生物滯留帶，實(shí)測(cè)土壤穩(wěn)定入滲率不應(yīng)小于10 mm/h，通過(guò)生物滯留帶，一方面使雨水下滲路面涵養(yǎng)地下水源，消減高峰雨水徑流，減少下游管網(wǎng)排水壓力；另一方面可以截流初期雨水中的污染物質(zhì)，通過(guò)其中的植物系統(tǒng)和種植土壤填料予以去除，以改善當(dāng)?shù)厮h(huán)境質(zhì)量。當(dāng)超標(biāo)雨水出現(xiàn)時(shí)，則通過(guò)設(shè)置的溢流設(shè)施，將超標(biāo)雨水通過(guò)城市排水管渠系統(tǒng)予以快速排除，避免出現(xiàn)路面積水，影響行車安全。

（3） 設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積一般采用容積法進(jìn)行計(jì)算：

式中:V- 設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積（m3）；

H- 設(shè)計(jì)降雨量（mm）；

Φ- 綜合雨量徑流系數(shù)；

F- 匯水面積（hm2）。

（4） SS 總量去除率按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

年SS 總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開發(fā)設(shè)施對(duì)SS 的平均去除率。

城市或開發(fā)區(qū)域年SS 總量去除率，可通過(guò)不同區(qū)域、地塊的年SS 總量去除率經(jīng)年徑流總量（年均降雨量×綜合雨量徑流系數(shù)×匯水面積）加權(quán)平均計(jì)算得出。

2.4 海綿設(shè)施比選

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》，本次振興路主要考慮的海綿技術(shù)類型為滲透技術(shù)。

人行道一般采用透水鋪裝，增加雨水下滲量，以達(dá)到減少地面徑流目的。本項(xiàng)目人行道采用的結(jié)構(gòu)為：6 cm 厚彩色透水磚+3 cm 厚中、粗砂+15 cm 厚C25 透水混凝土+15 cm 厚級(jí)配碎石。

結(jié)合振興路的綠化設(shè)施有情況，本次針對(duì)人行道樹池提出以下兩種海綿設(shè)計(jì)方案。

方案一：生物滯留帶

人行道≥5 m 時(shí)，設(shè)置2 m 生物滯留帶，生物滯留帶內(nèi)設(shè)置溢流式雨水口。

（1） 設(shè)置要求

生物滯留帶斷面采用下沉式綠地形式。車行道上雨水通過(guò)開孔路緣石進(jìn)入生態(tài)滯留帶內(nèi)后，首先經(jīng)過(guò)下滲進(jìn)入生物滯留帶的下部填料層，此過(guò)程也伴隨著初期雨水的凈化；填料層蓄水飽和后，多余雨水經(jīng)填料層內(nèi)設(shè)置的穿孔排水管和生物滯留帶設(shè)置的溢流式雨水口進(jìn)入市政雨水管網(wǎng)，溢流式雨水的布置間距應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算確定，并滿足兩個(gè)雨水口間距內(nèi)的雨水溢流量需求，雨水口頂標(biāo)高不應(yīng)高于路緣石頂。當(dāng)?shù)缆房v坡較大時(shí)，生物滯留設(shè)施宜采用階梯式或設(shè)置擋水坎，避免沖刷和局部積水。

生物滯留帶與車行道的分界面，應(yīng)設(shè)置防水土工布，防止雨水通過(guò)側(cè)、平石和生物滯留帶接縫處下滲，浸泡道路基層，從而影響道路基層壽命。

生物滯留帶內(nèi)的土壤應(yīng)采用特殊配比，同時(shí)厚度應(yīng)滿足植物根系生長(zhǎng)要求，可在種植土中摻入一定比例的肥料和沙土，確保植物生長(zhǎng)需要的肥力同時(shí)又利于雨水快速下滲。土壤表面鋪設(shè)碎石，防止雨水沖刷種植土，起到一定消能作用。生物滯留帶選用的植物盡量采用耐早耐濕、根系發(fā)達(dá)、吸水能力強(qiáng)的鄉(xiāng)土品種。

（2） 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：道路上不設(shè)置雨水口，使道路美觀整潔。

缺點(diǎn)：雨水口淤積不易清掃，無(wú)人行道樹池，對(duì)植物的耐水性較高，無(wú)法種植法國(guó)泡桐等常見樹種。

方案二：串聯(lián)型樹池

人行道≥5 m 時(shí)，設(shè)置2 m 下沉式綠地，將樹池間區(qū)域設(shè)計(jì)為串聯(lián)型樹池帶，底部為碎石蓄水層，通過(guò)滲管與海綿型雨水口連接。每40 m 設(shè)置一道2.4 m寬機(jī)非聯(lián)絡(luò)道，保證非機(jī)動(dòng)車道與人行道之間的交通轉(zhuǎn)換。

優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：下沉式綠地內(nèi)設(shè)有樹池，樹池內(nèi)耐水性無(wú)要求，便于海綿型雨水口清理淤積。

缺點(diǎn)：下沉式綠地被樹池阻隔，不便于蓄水層內(nèi)雨水流通，需設(shè)計(jì)連通管。

綜合項(xiàng)目的實(shí)施難易及后期維護(hù)，本次設(shè)計(jì)推薦方案二：串聯(lián)型樹池海綿設(shè)計(jì)。

2.5 串聯(lián)型樹池海綿設(shè)計(jì)

本工程串聯(lián)型樹池海綿設(shè)計(jì)如下：

（1） 串聯(lián)型樹池帶設(shè)計(jì)為下沉式綠地，有效蓄水深度100 mm。下沉式綠地結(jié)構(gòu)下部為具有較大空隙的碎石層，種植土與碎石層間設(shè)置復(fù)合土工隔膜，防止種植土滲漏進(jìn)入碎石層中形成黏結(jié)碎石，影響下滲效果。

（2） 碎石層設(shè)計(jì)為大孔隙結(jié)構(gòu)形式，孔隙率不小于25%，在樹池種植土下部形成蓄水空間；碎石層厚度72 cm，粒徑30～50 mm。

（3） 設(shè)置海綿型雨水口，海綿型雨水口與樹池錯(cuò)位布置。

（4） 樹池導(dǎo)排管單排設(shè)置，PE 材質(zhì)，開孔率為1%～3%，管徑200 mm，間距350 mm，管端深入碎石層100 mm，并在管端安裝濾網(wǎng)，防止泥沙進(jìn)入。兩截管的結(jié)合部位采用透水土工布包裹。

（5） 棄流管設(shè)置在雨水口側(cè)壁并沿雨水口底部與暗井相連，管徑50 mm，PE 材質(zhì)，按不小于1%的坡度鋪設(shè)。

（6） 溢流管設(shè)置在雨水口側(cè)壁，采用d300 鋼筋混凝土管，管底距雨水口底部550 mm。

（7） 樹池之間的連通管采用PE 管，管徑DN100mm。

串聯(lián)型樹池的平面、斷面設(shè)計(jì)如圖2 和圖3 所示。

圖2 串聯(lián)型樹池設(shè)計(jì)平面

圖3 串聯(lián)型樹池設(shè)計(jì)剖面

3 海綿設(shè)施總徑流控制率校核

3.1 目標(biāo)調(diào)蓄容積計(jì)算

目標(biāo)調(diào)蓄容積計(jì)算根據(jù)《河南省城鎮(zhèn)控水防塵海綿型道路技術(shù)規(guī)程》DBJ41/T 164-2016 4.1 章之規(guī)定進(jìn)行。

計(jì)算公式：V=10H*φ*F

式中：V——設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；

H——設(shè)計(jì)降雨量，mm，參照DBJ41/T 164-2016 附表A 取值；

φ——綜合雨量徑流系數(shù)，參照DBJ41/T 164-2016 附表B 進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算；

F——匯水面積，hm2；

根據(jù)規(guī)程，鄭州市年徑流控制率要求為75%，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量H 為22 mm。

振興路瀝青混凝土面積為36 645.64 m2，透水鋪裝面積12 473.48 m2，綠化面積3 219.18 m2，綜合雨量徑流系數(shù)加權(quán)值φ=0.7*0.85+0.24*0.35+0.06*0.15=0.688。

目 標(biāo) 調(diào) 蓄 容 積V=10*22*0.688*（36645.64+12473.48+3219.18）/10000=792.2m3。

3.2 實(shí)際調(diào)蓄容積計(jì)算

振興路兩側(cè)共設(shè)置下沉式綠帶1 040 m，寬度為2 m，調(diào)蓄容積為下沉式綠帶內(nèi)的上部蓄水層及下部種植土和碎石層。

上部蓄水容積V1=1040*2*0.1=208 m3。

下部種植土平均孔隙率為25%，碎石層平均孔隙率為40%，每延米下部結(jié)構(gòu)蓄水量為0.674 m3，總蓄水量V2=0.674*1040=701 m3。

上部和下部總蓄水容積V=V1+V2=208+701=909 m3。

經(jīng)計(jì)算，振興路設(shè)置的串聯(lián)型樹池海綿設(shè)施總調(diào)蓄容積為909 m3，滿足目標(biāo)調(diào)蓄容積。

4 結(jié)論

本道路設(shè)計(jì)中采用了海綿型雨水口，海綿型雨水口由普通雨水口和雨水暗井兩部分組成。其中在普通雨水口側(cè)墻上設(shè)置導(dǎo)排管將路面雨水導(dǎo)排至生態(tài)樹池蓄水層，并在導(dǎo)排管管端設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)；暗井一般設(shè)置于普通雨水口下游，普通雨水口和雨水暗井通過(guò)溢流管和棄流管相連，生態(tài)樹池蓄水層達(dá)到飽和后，多余的雨水通過(guò)暗井排至道路雨水管網(wǎng)。

海綿型雨水口充分利用了生態(tài)樹池下的蓄水層對(duì)地面徑流的消納的作用，同時(shí)保留的普通雨水口，可提高大雨、暴雨情況下路面雨水落水速度，對(duì)提升市政雨水管網(wǎng)排水及時(shí)性、可靠性有顯著作用。