基于海綿城市理論城市道路設計研究

□文/于 淼

海綿城市是指在城市降雨時能把雨水留住，就近吸收、存儲、滲透、凈化雨水，補充地下水，調節水循環并在干旱缺水時能將蓄存的水釋放出來加以利用，豐富城市景觀，增強城市生態功能，讓城市更適宜居住。海綿城市突破了傳統“以排為主”的城市雨水管理理念，依托建筑與小區、綠地與廣場、城市道路等城市基礎設施，城市規劃、設計、施工及工程管理等統籌配合，最后達到低影響開發[1]。近年來，國家逐漸推行海綿城市理念，許多城市道路需要進行改造，從而使道路具有調節、吸收、緩解雨水的能力，讓城市道路與城市建筑成為一個生態系統[2]。

1 城市道路建設現狀

隨著城市建設大規模發展，大量硬化路面減弱了雨水的滲透能力，在雨季容易形成洪峰導致城區大面積積水，城市熱島效應、溫室效應、極端氣象和極端水文現象增多。可以確定的是，道路路基范圍內收集到的雨水量非常大，但卻沒有被有效利用，如果可以將雨水有效收集并用于綠化，對推動海綿城市建設意義重大，所以要有針對性的研究新型路面材料、雨水就地滲蓄、道路設計等用來改造城市道路[3]。

目前城市道路建設多以滿足城市交通需要為主，對雨水控制和利用則體現在“排”上，很少能考慮到生態保護和環境影響評價，故這種以“路面橫坡收集—雨水口—市政管網”的道路排水方式存在明顯的問題：一是道路雨水直接經過市政管網排入河道，造成了雨水損失，不利于灌溉綠化和地下水的補充；二是管網承載能力不夠，雨季地表水不能及時排出，容易造成內澇；三是路面積水嚴重的情況下，會造成路面濕滑，引發交通事故；最后在無法有效利用雨水灌溉的情況下，需要使用自來水進行灌溉綠化，加重了自來水的消耗，加劇了水資源嚴重短缺的狀況。

2 海綿城市的城市道路設計原則和思路

2.1 設計思路

在海綿城市建設理念下，對城市道路規劃、設計、建設、運行等各個環節進行標準化設計。結合城市不同的地質、地理、氣候和環境，將海綿城市道路建設與人工措施相結合，做到尊重自然規律和優先發展生態。對于海綿城市道路設計，要考慮當前道路在蓄流、內澇方面存在的問題，在充分發揮城市傳統排水系統作用的同時利用透水性路面使雨水被道路下面的土地吸收，對道路建設中存在的缺陷進行修正和提升，實現給水、排水等水資源利用環節協調統一，切勿盲目追求道路建設現代化，一味摒棄傳統城市道路建設[4～5]。

2.2 設計原則

通過對海綿城市理念分析，加大管理力度，創建多元化管理機制，合理補充城市水資源，具體設計原則如下。

2.2.1 已有道路

對已有道路應重視紅線外用地的開發：

1）改變已有的雨水收集排放系統，事先在綠地中布置LID設施，將雨水引入道路綠化帶中的LID設施中進行調節、存儲、滲透、截污、轉輸、凈化等，減少地表徑流對土地的侵蝕；

2）在確保車輛暢通的同時，根據道路實際特征，對車道、人行道等區域采用透水鋪裝、路緣石開口、植草溝、生物滯留等工程措施，確保城市道路雨水年徑流總量控制率、徑流污染控制、滲透設施設計、排水防澇能力達到標準，實現海綿城市控制目標；

3）為最大限度保證道路雨水排放，可以將溢流口與雨水管網連接。

2.2.2 新建或者改擴建道路

應該在設計時就貫徹海綿城市建設理念：

1）有利于地下水補充，摒棄以往將雨水在地下系統快速排出的思想，確保水資源充分利用，使雨水可以更好地滲入地面，通過層層過濾進入地下水系統，補充地下水資源；

2）完善機制，分散洪峰時段，城市排水高峰時間比較統一，容易造成污水積留，因此需要完善滲水、滯水、蓄水等管理機制，確保雨水排放渠道，減輕排水管網壓力，降低洪峰問題，提高工作效率，增強海綿城市道路使用效果；

3）與城市其他系統協調統一，在道路設計之前，制定完善的規劃方案，充分利用GIS和GPS技術，提高城市道路現場勘查精確度，提升設計水平，使城市道路設計與海綿城市功能協調統一。

3 海綿城市道路設計措施

3.1 總體設計

通過合理的道路規劃保護并利用現有資源環境，同時提高道路的排水效果，總體設計應包括對路面材料選擇，綠化帶、車行道、人行道的合理布置，確保路面徑流、人行道徑流、車行道徑流匯集后大部分進入蓄水池通過市政管網流入河流，其余分別由綠化帶、雨洪系統和市政綠化二次利用，無法利用的直接進入河流，河流通過日曬蒸發保證城市降雨，形成城市雨水生態循環系統[6]。見圖1。

圖1 海綿城市雨水生態循環系統

3.2 路面設計

傳統道路設計中硬化面積占道路面積的75%、綠化帶占25%，排水主要依靠道路兩側排雨口；路面材料使用密實混凝土或瀝青，為不透水結構，使用混凝土邊溝加大雨水流速，路緣石使用立緣石或平石，綠化帶高于路面，不利于雨水的滲透儲蓄。

海綿道路則是采用大孔隙透水混凝土、瀝青路面等多種透水結構，邊溝進行生態植草，減緩雨水流速，起到凈化雨水的作用并在路緣石上留出豁口、打孔或者使用間隔路緣石，綠化帶一般低于路面，滲透、凈化作用強。在海綿道路建設時，要求透水人行道土基的滲透系數≮1.0×10-3mm/s且滲透面距離地下水位要＞1 m。人行道和綠化帶滿足海綿道路的“滲、滯、蓄、凈”相對容易；但是人行道和綠化帶僅占道路總面積的25%～40%，所以要解決“滲、滯、蓄、凈”的問題主要還是依賴于道路路基建設。

按照GJJ/T 190—2012《透水瀝青混凝土技術規程》和GJJ/T 188—2012《透水磚路面技術規程》的規定，透水瀝青路面分為三種形式：

1）路面水進入表面層后排入鄰近排水設施；

2）路面水由面層進入基層（或墊層）后排入鄰近排水設施；

3）路面水進入路面后滲入路基。

前兩種類型可以快速排出雨水、降低路面徑流、減少噪音，適用于新建或改建道路。在規定路基土滲透系數≥7×10-5cm/s的公園、小區道路、廣場和中輕型荷載要求的道路可以采用后一種類型，讓路面水滲入路基。

3.3 非機動車道和人行道

結合透水性和環保要求，采用透水性硬化地面可以便于雨水滲入補充地下水。考慮到非機動車道屬于輕型荷載道路，可以采用結構強度較低、面層結構為大孔混凝土的半透水性混凝土路面，面層為透水混凝土材料，基層為半剛性基層，在面層和基層之間設置封層，確保路表水進入面層后就近排入排水設施，防止破壞基層[7]。見圖2。

圖2 一種半透水混凝土非機動車道路面結構

人行道路面可鋪設透水磚，采用全透水路面結構，其抗壓、抗剪強度較低，但是由于采用透水鋪裝，可以抵御雨水對路基的侵襲，將雨水快速排出。見圖3。

圖3 一種透水鋪裝人行道路面結構

3.4 綠化帶及排水溝設計

一般采用下凹式綠化帶，中間高、兩邊低，綠地地平標高低于周邊行車道，間隔設置溢流式雨水口，在綠化帶底部礫石層設置PE 透水管，連接溢流式雨水口。綠化帶主體結構從下至上為：素土夯實、過濾土工布、礫石層、過濾土工布、砂層、過濾土工布、種植土。這種設計方便收集雨水，可以在雨水出現飽和后通過雨水口排出，降低城市內澇發生機率，保證綠化帶自身生長，防止灌溉過量，節約水資源。

在排水溝設計上，采用植被層、土層、過濾層、滲排水管、礫石層的新型排水通道，增強雨水滲入和對路面污水過濾。排水溝應將高度控制在路面高度的0.4 m左右。

綠化帶、排水溝、排水管與路面之間的距離分別為0.5、0.4、0.3 m。

3.5 生物滯留設施設計

下凹式綠化帶收集、滯留機動車道的匯水，通過生物滯留設施經過化學過程、物理過程、生物過程能有效去除徑流初期的污染物。一般生物滯留設施從下到上為：持水區/沉砂池/檔水堰/雨水溢流井、種植土壤層、砂濾層、卵石層。通過卵石層內穿孔收集的雨水，超出下滲能力的雨水蓄積在持水區，超量的雨水將通過溢流井進入雨水管道系統。考慮植物生長，需要種植耐淹綠植并且在確定滲透設施容積后，與綠地淹水時間進行校核，確保生物滯留設施空池標準蓄水量排空時間小于設計的最大雨水排空時間。

4 其他附屬設施設計

4.1 路緣石

作為生態滯留設施流入系統的重要組成部分，一般可以采用打孔立緣石、豁口立緣石、間隔式立緣石和平緣石，采用豁口立緣石可以按式（1）計算豁口長度[8]

式中：L——豁口長度，m；

Q——設計徑流量，m3/s；

K0——經驗常數，一般取0.817；

S——縱向坡度；

N——曼寧系數，一般取0.016；

I——路面橫向坡度，（°）。

4.2 雨水口

傳統的點式雨水口容易因日常清掃、雨水徑流沖刷或者人為丟入而堆積垃圾造成堵塞。在傳統雨水口的基礎上加設截污裝置，該裝置由截污鐵箅、截污掛籃和托架構成。雨水口高程應介于下沉式綠地的最低高程和路面高程之間。

5 結語

隨著海綿城市建設受重視程度日益提高，海綿道路設計在貫徹和落實方面還有很大發展空間，海綿道路雨水系統建設涉及整個城市排水系統，本文通過介紹海綿城市道路設計理念、設計原則，海綿道路路面、綠化、排水等設計，建立海綿城市道路設計機制，加大設計管理力度，在遇到雨水時，可以吸收、儲蓄，需要時能夠釋放利用雨水，實現資源優化利用。要將海綿城市道路設計落實應用，還需要協調好各個部門，將規劃、排水、交通、施工等單位協調起來，明確建設目標、落實政策和具體措施。