“海綿城市”理念在市政道路設計中的應用

田福嬋

（中交城鄉(xiāng)建設規(guī)劃設計研究院有限公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

在城市道路結構設計中融合海綿城市建設理念，應分別從高效率滲水、有效蓄水、高性能凈水、順暢性排水等方面，逐一完成城市道路設計，最大化挖掘道路應用內在潛能，不僅提高交通設施的性能，還能提高整合自然資源的效率，提升水資源利用的合理性。在城市道路設計中，可添加的海綿城市元素具體有：高性能透水路面、生態(tài)化綠植、蓄水型花園等，以此提升交通道路水處理能力[1]。海綿城市的建設為改善人民居住環(huán)境提供了巨大的幫助，所以多數(shù)發(fā)達國家均展開了海綿城市的建設和研究。美國進行了以景觀控制為基礎的LID低影響開發(fā)建設和綠色基礎設施建設；英國進行了可持續(xù)排水系統(tǒng)建設。這些先進的國外建設經(jīng)驗給我們提供了一定的建設思路和技術參考。在現(xiàn)代化城市建設的今天，綠色發(fā)展和節(jié)能減排工作對于促進我國海綿城市建設的意義是重大的，特別是城市污染日益嚴重的大環(huán)境下，生態(tài)文明建設和可持續(xù)發(fā)展成為指導我國新農村和現(xiàn)代化城市發(fā)展的重要理念。如今，我國的水資源分布呈現(xiàn)南多北少的局面，南方經(jīng)常會因為降雨過多而存在發(fā)生洪澇災害的風險，而北方多省份因為干旱少雨出現(xiàn)人均占有水資源不足的情況。在這種分布嚴重不均衡的前提下，生態(tài)建設的困難非常大。但是海綿城市理念的提出為改善水資源分布不均以及生態(tài)文明建設受阻的情況提供了理論支持，為國家和城市的綠色發(fā)展奠定了良好的基礎[2]。本文就海綿城市理念與城市道路設計融合展開論述。

1 早期市政道路建設存在的問題

我國早期建設的市政道路存在的問題主要有：人行道沒有定期鋪裝導致部分位置不清楚；綠化面積較小或者種植品種單一；主車道和副車道規(guī)劃不合理，而且部分位置車撞擊的痕跡依然沒有修補；雨水、污水管道規(guī)劃存在問題，排水管中有部分大型垃圾影響排水，雨水管和污水管部分合并，導致凈水不易等。除此之外，關于道路性能方面也存在很多問題，如部分地面不平整導致大量雨水和污水存積，車輛和步行人員出行不便；車道性能差，車道路面不平整會影響車輛行駛等。主車道發(fā)生性能損壞問題，大多數(shù)原因在于車道透水能力欠佳，引起大量積水長時間浸泡，交通區(qū)域排水工作未能及時完成，引起主車道工程長期在水的作用下，發(fā)生形變現(xiàn)象，降低了主車道工程結構穩(wěn)定性、承載能力等性能，難以保障人們出行的安全性。

2 海綿城市理念下市政道路低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建

海綿城市——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建需統(tǒng)籌協(xié)調城市開發(fā)建設各個環(huán)節(jié)。在城市各層級、各相關規(guī)劃中均應遵循低影響開發(fā)理念，明確低影響開發(fā)控制目標，結合城市開發(fā)區(qū)域或項目特點確定相應的規(guī)劃控制指標，落實低影響開發(fā)設施建設的主要內容。設計階段應對不同低影響開發(fā)設施及其組合進行科學合理的平面與豎向設計，在建筑與小區(qū)、城市道路、綠地與廣場、水系等規(guī)劃建設中，應統(tǒng)籌考慮景觀水體、濱水帶等開放空間，建設低影響開發(fā)設施，構建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)[3]。低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的構建與所在區(qū)域的規(guī)劃控制目標、水文、氣象、土地利用條件等關系密切，因此，選擇低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的流程、單項設施或其組合系統(tǒng)時，需要進行技術經(jīng)濟分析和比較，優(yōu)化設計方案。低影響開發(fā)設施建成后應明確維護管理責任單位，落實設施管理人員，細化日常維護管理內容，確保低影響開發(fā)設施運行正常。

3 海綿城市理念在市政道路設計中的重要性

3.1 有利于促進生態(tài)環(huán)境的改善

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市居民對于日常生活中所需要的產品品質要求日益提高。隨著產品的多元化，城市中的垃圾產生速度越來越快，直接導致城市污染的加劇，對城市的宜居性打了折扣，人們對居住環(huán)境的高要求和城市污染之間的矛盾越演越烈，越來越多的居民要求更優(yōu)越的居住環(huán)境。通過海綿城市中的相應理念進行城市道路的基礎設施建設，能夠改善環(huán)境，解決生態(tài)環(huán)境繼續(xù)惡化等問題，最終促進人和自然的和諧共處。

3.2 有利于水資源的合理利用

海綿城市理念中關于道路設計的主要思路是解決城市的排水問題。要在城市道路的設計施工中充分發(fā)揮水資源綜合作用，提高排水系統(tǒng)的效率，防止城市內澇的出現(xiàn)。同時對現(xiàn)有或新增的排水、蓄水系統(tǒng)進行改造升級，降低城市蓄水的壓力，提升水資源的二次利用，這樣既能防止內澇，又能通過海綿城市的理念解決水資源日益匱乏的現(xiàn)狀，綜合提升城市水資源的調節(jié)能力[4]。

3.3 有利于提升市政道路建設水平

市政道路作為城市發(fā)展過程中非常重要的組成部分，隨著當前城市化進程的不斷加快，市政道路硬化面積也隨之增加，這也使市政道路路基范圍內能夠收集到更多的雨水量。一旦雨季到來，許多城市則會進入到“看海模式”，內澇已發(fā)展成為當前城市治理中的頑疾。在當前我國城市快速發(fā)展的新時期，建設海綿城市已成為解決當前城市發(fā)展過程中水問題的必要舉措。將海綿城市建設理念引入到市政道路設計中，采用生態(tài)的設計實現(xiàn)對道路徑流的收集，使其作為地下水及路邊綠化帶的補充水源，這不僅有利于提高市政道路的使用壽命，而且有利于修復城市的生態(tài)環(huán)境，具有較好的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。

4 海綿城市建設理念的應用案例分析

案例工程道路路幅寬度26m，人行道5.5m，生物滯留設施凈寬1.5m；生物滯留帶中的綠化種植應滿足景觀及生長需要；其他具體要求如下：

（1）生物滯留帶在斑馬線處斷開，滯留帶斷開處通過溢流井與市政雨水系統(tǒng)連接；公交停車港處布置環(huán)保式雨水口；

（2）道路雨水通過路緣石側壁的孔洞排入生物滯留帶。

4.1 道路兩側下沉式綠化帶設計

海綿城市設計理念與城市建設融合的過程中需要積極考慮下沉式綠化帶的運用設計，綠化帶不僅能夠凈化空氣中的雜質還能夠美化環(huán)境，下沉式綠化帶設計還可以實現(xiàn)水分的有效滲透，其透水性良好且所需投資少，降水直接流入就能實現(xiàn)蓄水。在城市道路設計工作中需要積極做好下沉式綠化帶設計，實現(xiàn)道路積水分流及凈化，對道路安全運行起到關鍵作用。道路附屬下沉式綠化帶設計的重要參數(shù)有綠地占地面積、綠地建設時的下沉高度以及綠地土壤雨水滲入速度等，由于下沉式綠化帶的設計目的就是降低城市內澇對道路的影響，減少降水洪峰時的道路積水問題，因此設計時應做好前期城市降水規(guī)律分析及細節(jié)化設計計算。下沉式綠化帶設計的主要作用是對降水進行滲透及蓄存從而幫助道路排水，也能夠實現(xiàn)降水的凈化及綠化植物的水分供給，因此要根據(jù)當?shù)厍闆r進行科學設計。下沉式綠化帶內采用50cm種植土，40cm碎石進行換填，以保障下沉式綠化帶的滲透能力。下沉式綠化帶與機動車道相鄰一側采用復合土工膜防滲，復合土工膜采用抗拉強度和抗穿刺能力較好的兩布一膜形式。

4.2 道路排水溢流式雨水口設計

生物滯留帶以滲透為主要功能，滲透量按照達西定律計算：

式中：

Ws——滲透量，m3；

K——平均滲透系數(shù)，5×10-6m/s；

J——水力坡降，J=1.0；

As——有效滲透面積，m2；

ts——滲透時間，s。

在城市道路建設中進行下沉式綠化帶設計時應做好雨水傾瀉口設計，以保證降水過多時可以有效排水，防止大量降水浸透土壤而導致植物腐爛。綠地溢流式雨水口設計中井口應比種植土高出5cm，這樣如果綠化帶中水分飽和就可以將多余降水導入溢流式雨水口排出，而溢流井能夠將過多降水排放到雨水排放系統(tǒng)中，實現(xiàn)城市降水匯集。案例工程市政道路雨水口設計中使用了方形井蓋，而井體則運用預制裝配式技術建設，為保證大量降水時雨水的收集效果，溢流式雨水口應盡量設計在綠化帶最低位置[5]。

4.3 路緣石進水豁口設計

設計車行道的路緣石采用等間距開設豁口的形式，使雨水沿道路縱坡均勻進入滯留帶中，在豁口處鋪卵石進行消能。車行道匯流時間計算公式（JTGTD33-2012,《公路排水設計規(guī)范》）如下，設計重現(xiàn)期P=5a。

式中：

m——地表種類參數(shù)，瀝青路面取0.013；

L——匯流長度，本工程中，其中，L1為道路長度，m；L2為單側路幅寬度，m；

i——道路坡度，本工程中，其中，i1為道路橫坡，0.015；i2為道路縱坡。

路緣石攔水帶過水斷面構成了淺三角形形式，如圖1所示。

圖1 攔水帶處淺三角形過水斷面

對于淺三角形溝的水力計算采用修正的曼寧公式計算泄水能力：

路緣石豁口為立孔式側向進水，按寬頂堰堰流公式計算。由于側孔前的水深是沿縱向變化的，其誤差用系數(shù)K修正：

本次設計路緣石豁口：B×H=0.5×0.15m，經(jīng)計算雨水豁口過流能力為25.8L/s，本次設計每隔10m布置一處雨水豁口，本次設計道路中每10m生物滯留帶單側匯水面積在內澇重現(xiàn)期50年下的設計流量最大為12L/s，故雨水豁口的布置滿足過流要求。

另外，案例工程屬于北方城市，該市冬季較為寒冷，地面會發(fā)生冰凍，透水材質孔隙較小，冬季會發(fā)生堵塞，而采用結構縫隙透水磚能夠更好地保證透水效果，因此采用結構縫隙透水方磚鋪設材料。結構縫隙透水磚具有強度高、抗凍性好、造價低廉、下滲速率快等優(yōu)點，透水人行步道基層采用5cm碎石作為上基層，采用20cm級配碎石作為底基層，采用7cm天然沙礫作為墊層。這種結構縫隙透水磚鋪設形成的人行步道道路表面水分張力發(fā)生了變化，雨水通過方磚材料的縫隙就可以進入透水基層而后再滲透到墊層中，而透水人行步道墊層結構具有較好的滲透特性，雨水透過這一結構就可以進入雨水排放系統(tǒng)中。透水人行步道建設能夠防止水分積存在路基結構中，這樣會形成土基凍脹問題，導致路面坑洼，影響道路基礎結構的穩(wěn)定性。

4.4 透水瀝青混凝土的使用

透水瀝青混凝土是一種性能優(yōu)良，常用于市政道路建設的材料，因為其滲水性能強的特點，深受設計人員和施工人員的青睞。施工人員調控級配而對其透水性能進行調節(jié)。在市政道路建設中，透水瀝青混凝土具有降噪、儲水、透水特點，其還具有色彩配方，可以根據(jù)不同的環(huán)境和創(chuàng)造性設計，鋪設出符合要求的裝飾風格，這是一種普通透水磚無法比擬的特殊鋪裝材料。若按其性能本身計算，則單位時間的降水量同滲水量是基本相同的。

5 結束語

綜上所述，海綿城市理念的實踐，通過解決城市的降水、排水問題，不僅提高了城市的雨水收集能力，城市內部洪澇災害的預防能力，還提高了對積存雨水進行二次利用的能力，能有效解決枯水期的缺水問題。在我國城市道路系統(tǒng)建設過程中，積極運用科學的排水與蓄水技術，踐行海綿城市理念，能夠有效降低降水對城市交通系統(tǒng)的影響。市政道路設計工作中運用海綿城市技術設施必須與城市降水特點、城市的道路安全運行需求相符，同時還要綜合考慮經(jīng)濟性問題，盡量降低城市道路海綿城市輔助設施的建設成本，提升單位成本下的城市道路運行安全性與環(huán)保價值，為城市道路提供健康成長的條件。