“海綿城市”在市政道路設計中應用的研究

楊志平、楊琳蕊

（1.撫州贛東公路設計院有限公司，江西 撫州 344000；2.中信銀行研發中心，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，調節城市水環境，促進水資源的凈化和循環利用。基于此，就市政道路設計中對“海綿城市”的應用進行分析。

1 基于“海綿城市”的市政道路設計要素

市政道路若是采用“海綿城市”理念設計，應當考慮六項要素：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，確保不破壞生態，同時采用存儲水的設施；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，指實現雨水和污水的凈化，凈化后的水資源應用范圍更廣泛，一般根據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，減輕缺水地區的實際供水壓力，在豐水季節蓄水，有效節約用水；六是排，指做好道路排水工作，排水也是城市建設的重要規劃內容，防止部分地區降水量過大導致的內澇現象。

2 市政道路設計中“海綿城市”理念的實際應用

2.1 合理選擇低影響開發技術

在傳統市政道路設計中，應用“海綿城市”的相關理念，重點在于如何使用低影響開發設施，融入“海綿城市”元素，對城市道路建設進行系統性指導，可以有效預防內澇問題，需合理選擇低影響開發技術，具體包括以下幾項技術。

2.1.1 透水鋪裝技術

透水鋪裝技術是許多市政道路中的常用技術，能夠全面改進路面的結構，賦予路面更佳的透水特性。該技術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，主要是在道路鋪裝中應用透水瀝青混凝土。部分承載參數標準不高的機動車道設計也可應用該技術。透水鋪裝技術的優點是適用范圍較大，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。但該技術的凈水能力一般，且材料設施簡單，容易發生損毀。

透水鋪裝技術的設計要求包括以下幾點：一是建設道路的穩定性較佳，因而要探析建設項目的路面強度，若是路面強度不高，那么需調整鋪裝結構，如可更換為半透水鋪裝的施工結構。二是鋪裝建設時需要保證土壤滲透性達到一定的標準，若是建設區域的滲透性極差，也應適當對設施加以調整。例如，可以在鋪裝時增加排水板及排水管設施數量，提高排水能力。三是對建設區域有一些特殊要求。例如，采用透水鋪裝技術的區域下方存在地下室結構，確保鋪裝后的排水不滲入地下室，若有必要可以增設排水層結構，確保鋪裝時的覆土量大于0.6m，保證地下室的安全。四是建設時充分考慮周圍的環境因素。需考慮建設區域的土質環境，如土質中具有較高的鹽含量，或是容易發生滑坡、塌陷等自然災害，都需采取措施處理，可以在周圍設置防護結構；還應考慮當地的氣候條件，如某人行道路采用透水鋪裝技術，結合當地夏季降水量較大的特點，設置了四層鋪裝結構，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 滲透塘結構技術

滲透塘是“海綿城市”理念中常見的蓄水類結構技術，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。設計應用滲透塘結構技術的市政道路工程需滿足一定的條件。例如，應具有頗大的水收集面積，充分計算流域季節性的水位標準。還要考慮周圍的水污染狀態，不能距離居民區太近。從功能優勢上來說，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，設計建設的運用成本也不高，但應嚴格選址，否則后續轉移地點的維護費頗高[1]。

滲透塘結構技術設計運用時，側重前置設施建設，如滲透塘主體結構附近要設計沉砂池，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，應對滲透塘使用融雪劑。對于滲透塘的邊坡設計，應保證坡度標準小于1∶3，滲透塘底部到達即將溢流的位置一般設計值大于0.6m。在設計底部結構時，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，在后續建造和運營階段都應落實防護工作。滲透塘結構示意圖如圖1 所示。

圖1 滲透塘結構示意圖

2.1.3 生物滯留技術

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

生物滯留技術的建設設計要求：若地區水質污染較嚴重，那么需做好初步過濾，將雜質去除，這種預處理還能適當降低雨水的徑流速度，從而防洪防汛。對于復雜型生態滲透結構，主要應考慮污染問題以及周圍的穩定特性，底部和外部結構部分都要設置更復雜的防滲設施，以免出現意外情況。在生物滯留技術應用中，生物滲透性能好壞是關鍵，從生物性質出發，確保其滲透性達到要求。

2.2 基于低影響開發技術的市政道路設計

2.2.1 設計思路

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，提高對生態環境中水的利用與調節水平。例如，大氣雨水進入道路周圍的植物，經過凈化處理再進入綠池。在綠池的紅線外面，設置低影響開發技術設施，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的水量適當吸納過來，以免出現雨水囤積的問題。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。市政道路的具體設計思路是在確保正常、穩定交通條件下，基于道路實際分布情況，在各種道路中鋪設透水性材料或設置蓄水、凈水以及調節水的設施，促進水資源的利用率提高，這就是“海綿”功能。

2.2.2 設計要求

以“海綿城市”理念為基礎，在市政道路設計中，充分運用低影響開發技術，根據實際情況來選擇不同功能的設施，深入分析設計的合理性。對于設計要求方面，要明確具體采用的低影響開發設施的規模，確定設施初步設計的圖紙、實際工程的總量和預算，還要到道路項目現場進行實地考察，檢查各項數據的可靠性，資料的完整性。例如，確定道路管網走向，對場地開展滲透試驗，確定滲透率，規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和經濟成本，再進一步確定最終方案，設計相關設施施工的平面圖與剖面圖[2]。

2.2.3 道路生態排水系統的設計

道路生態排水系統是較為常見的、符合“海綿城市”要求的低影響開發設施，該設施的構建可以提高生態處理水平。當前的許多市政道路都設置了中央隔離帶或是車道分隔帶，在這些位置都適合設計生態排水系統，同時，在一些新建的工廠道路旁或兩側都可設置生態排水系統。該系統設施的具體結構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）。在碎石層內還會根據需求設置花管，主要發揮排水作用。在對應的道路兩側草溝位置，還應設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置保護層結構，一般采用鵝卵石或是碎石材料，作用是避免被雨水沖塌。若當地發生高降水量的暴雨天氣，那么道路很容易出現積水情況。為了避免此類問題，要求生態排水系統每間隔20m 或是50m 設計一個溢流口，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 的排水管設施。生態排水系統設計還需考慮有效去除雨水中的污染物，在滯留設計上控制徑流量參數，約為暴雨量的2/3 或1/2。此外，在生態排水系統中，還會應用多類混合土，要選擇合適的混合土種類并科學設計配合比，依據區域實際滲透率以及植物生產的需求情況。例如，一般選用砂料、介質以及椰糠做混合土料，其配合比通常設計為5.5∶2∶0.5。若需要應用介質除氮、除磷，可以在混凝土內搭配一定的水廠排泥。

2.2.4 道路周圍雨水花園的設計

在市政道路面積較大的隔離帶或是周圍綠化帶位置處，設計雨水花園，其作用包括匯集雨水、凈化雨水、涵養地下水以及給周圍景觀補水等，是具有可持續性、生態化特點的雨水設施。例如，在進行雨水花園設計時，需要考慮多種影響因素，如區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。若是道路的區域地勢頗低，還需將環境因素放在首要考慮位置，即雨水花園應當和環境保持協調。假設在居民區設置雨水花園，或在建筑物中間設置，那么周圍最近建筑物與花園間的距離不能小于3m。雨水花園的結構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），在礫石層中還應布置排水管設施。雨水花園的大小應根據區域內的雨水量設計，設施建成之后也需定期開展維護工作。另外，考慮生態排水系統的設計，合理選用混凝土。

雨水花園設計的重點還包括溢流管以及排水管。假設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計為10m 或20m，排水管本身直徑根據實際需求而定，一般設計在100～200mm 內，在溢流管的頂部位置設計格柵。假設雨水花園的實際面積不超過25m2，那么在區域內不需布置排水管或在出口周圍設置排水管，就能夠滿足排水需要。假設雨水花園的面積在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就需設置2 根或2 根以上的排水管，管道方向應和水流方向一致。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地的水資源循環的時間。

2.2.5 道路集水樹箱和路緣石的設計

有些城市的市政道路附近空間比較狹小，可能不太適合設計綠化帶或雨水花園等設施。可以考慮設計集水樹箱，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半地下式或是下沉式，可以更好地形成樹箱結構。在該結構內設置給排水的管道設施，使雨水均勻分散到四周土壤中，不會出現積水的問題。

市政道路中的路緣石也是比較常見的一種設計結構。該結構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，在路緣石內部還可以設計安裝導流口設施，再將其與周圍綠化帶實現連通，道路上的積水快速通過導流口到達綠化帶中，對植物進行澆灌。設計路緣石時，需依據隔離理念，即將人流、車流和雨水充分隔離，還要保證設計體現出通透原則，即相應的預留孔能有效疏通路面積水，發揮出更多的應用價值。

3 結語

綜上所述，在市政道路的設計和建設中，可以應用“海綿城市”理念，提高道路的滲透性質、蓄水性質以及防洪性質。在實際開展設計時，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，在市政道路設計中，“海綿城市”理念的實際應用包括道路生態排水系統的設計、道路周圍雨水花園的設計、道路集水樹箱和路緣石的設計。