海綿型雨水口在城市道路設計中的應用

彭 鵬

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京）

引言

2018 年6 月，鄭州市政府發布《關于鄭州市海綿城市規劃建設管理的指導意見》（以下簡稱《意見》），明確了鄭州海綿城市建設的各項目標及各階段工作要求。根據《意見》，本文中舉例的振興路要求年徑流總量控制率達到75%，傳統開發模式下，《意見》規定的控制率指標無法滿足。因此道路設計過程中應當結合海綿城市理念，設置合適的海綿設施，以保證達到《意見》規定的各項指標要求。

1 工程概況

1.1 項目概況

鄭州市管城回族區振興路(南四環～渠南路)道路工程位于管城回族區，道路呈南北走向，屬城市次干路。振興路南起南四環，北至渠南路，全長1 156.749 m。規劃紅線為35 m，兩幅路型式，雙向四車道，設計車速40 Km/h。振興路道路標準橫斷面如圖1 所示。

圖1 振興路道路標準橫斷面

1.2 水文地質條件

擬建路線區所處地貌單元為黃河沖積平原，擬建路線區地面標高在125.2 m～138.95 m 之間。20 m深度范圍內主要為粉土、粉砂，粉質黏土，屬弱透水層。

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

2 海綿城市設計

2.1 綜合徑流系數確定

本次設計道路范圍內各下墊面面積統計見表1。

表1 下墊面面積統計

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

根據《室外排水設計標準》（GB50014-2021）4.1.8 條要求，綜合徑流系數高于0.7 的地區應采用滲透、調蓄設施。

2.2 海綿城市控制指標

2.2.1 年徑流總量控制目標

《意見》規定，城市新開發區域，年徑流總量控制率宜為75%～85%，改擴建項目，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區域，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

《意見》規定，項目區域內設置了低影響開發技術措施的雨水徑流年SS（懸浮物）總量去除率按照40%～60%控制。

2.3 海綿城市設計

道路各下墊面海綿設施的設計如下：

（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，非機動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0.3 mm/min～2.0 mm/min，具體實施時還應滿足道路交通功能的實現及荷載的要求。

（2） 路面排水采用生態排水模式，雨水排入道路內設置的生物滯留帶，實測土壤穩定入滲率不應小于10 mm/h，通過生物滯留帶，一方面使雨水下滲路面涵養地下水源，消減高峰雨水徑流，減少下游管網排水壓力；另一方面可以截流初期雨水中的污染物質，通過其中的植物系統和種植土壤填料予以去除，以改善當地水環境質量。當超標雨水出現時，則通過設置的溢流設施，將超標雨水通過城市排水管渠系統予以快速排除，避免出現路面積水，影響行車安全。

（3） 設計調蓄容積一般采用容積法進行計算：

式中:V- 設計調蓄容積（m3）；

H- 設計降雨量（mm）；

Φ- 綜合雨量徑流系數；

F- 匯水面積（hm2）。

（4） SS 總量去除率按照以下公式進行計算：

年SS 總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開發設施對SS 的平均去除率。

城市或開發區域年SS 總量去除率，可通過不同區域、地塊的年SS 總量去除率經年徑流總量（年均降雨量×綜合雨量徑流系數×匯水面積）加權平均計算得出。

2.4 海綿設施比選

根據《海綿城市建設技術指南》，本次振興路主要考慮的海綿技術類型為滲透技術。

人行道一般采用透水鋪裝，增加雨水下滲量，以達到減少地面徑流目的。本項目人行道采用的結構為：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 厚級配碎石。

結合振興路的綠化設施有情況，本次針對人行道樹池提出以下兩種海綿設計方案。

方案一：生物滯留帶

人行道≥5 m 時，設置2 m 生物滯留帶，生物滯留帶內設置溢流式雨水口。

（1） 設置要求

生物滯留帶斷面采用下沉式綠地形式。車行道上雨水通過開孔路緣石進入生態滯留帶內后，首先經過下滲進入生物滯留帶的下部填料層，此過程也伴隨著初期雨水的凈化；填料層蓄水飽和后，多余雨水經填料層內設置的穿孔排水管和生物滯留帶設置的溢流式雨水口進入市政雨水管網，溢流式雨水的布置間距應經過計算確定，并滿足兩個雨水口間距內的雨水溢流量需求，雨水口頂標高不應高于路緣石頂。當道路縱坡較大時，生物滯留設施宜采用階梯式或設置擋水坎，避免沖刷和局部積水。

生物滯留帶與車行道的分界面，應設置防水土工布，防止雨水通過側、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。

生物滯留帶內的土壤應采用特殊配比，同時厚度應滿足植物根系生長要求，可在種植土中摻入一定比例的肥料和沙土，確保植物生長需要的肥力同時又利于雨水快速下滲。土壤表面鋪設碎石，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、根系發達、吸水能力強的鄉土品種。

（2） 優缺點

優點：道路上不設置雨水口，使道路美觀整潔。

缺點：雨水口淤積不易清掃，無人行道樹池，對植物的耐水性較高，無法種植法國泡桐等常見樹種。

方案二：串聯型樹池

人行道≥5 m 時，設置2 m 下沉式綠地，將樹池間區域設計為串聯型樹池帶，底部為碎石蓄水層，通過滲管與海綿型雨水口連接。每40 m 設置一道2.4 m寬機非聯絡道，保證非機動車道與人行道之間的交通轉換。

優缺點：

優點：下沉式綠地內設有樹池，樹池內耐水性無要求，便于海綿型雨水口清理淤積。

缺點：下沉式綠地被樹池阻隔，不便于蓄水層內雨水流通，需設計連通管。

綜合項目的實施難易及后期維護，本次設計推薦方案二：串聯型樹池海綿設計。

2.5 串聯型樹池海綿設計

本工程串聯型樹池海綿設計如下：

（1） 串聯型樹池帶設計為下沉式綠地，有效蓄水深度100 mm。下沉式綠地結構下部為具有較大空隙的碎石層，種植土與碎石層間設置復合土工隔膜，防止種植土滲漏進入碎石層中形成黏結碎石，影響下滲效果。

（2） 碎石層設計為大孔隙結構形式，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） 設置海綿型雨水口，海綿型雨水口與樹池錯位布置。

（4） 樹池導排管單排設置，PE 材質，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，防止泥沙進入。兩截管的結合部位采用透水土工布包裹。

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

（6） 溢流管設置在雨水口側壁，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。

串聯型樹池的平面、斷面設計如圖2 和圖3 所示。

圖2 串聯型樹池設計平面

圖3 串聯型樹池設計剖面

3 海綿設施總徑流控制率校核

3.1 目標調蓄容積計算

目標調蓄容積計算根據《河南省城鎮控水防塵海綿型道路技術規程》DBJ41/T 164-2016 4.1 章之規定進行。

計算公式：V=10H*φ*F

式中：V——設計調蓄容積，m3；

H——設計降雨量，mm，參照DBJ41/T 164-2016 附表A 取值；

φ——綜合雨量徑流系數，參照DBJ41/T 164-2016 附表B 進行加權平均計算；

F——匯水面積，hm2；

根據規程，鄭州市年徑流控制率要求為75%，對應設計降雨量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，綜合雨量徑流系數加權值φ=0.7*0.85+0.24*0.35+0.06*0.15=0.688。

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

3.2 實際調蓄容積計算

振興路兩側共設置下沉式綠帶1 040 m，寬度為2 m，調蓄容積為下沉式綠帶內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%，每延米下部結構蓄水量為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。

經計算，振興路設置的串聯型樹池海綿設施總調蓄容積為909 m3，滿足目標調蓄容積。

4 結論

本道路設計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墻上設置導排管將路面雨水導排至生態樹池蓄水層，并在導排管管端設置過濾網；暗井一般設置于普通雨水口下游，普通雨水口和雨水暗井通過溢流管和棄流管相連，生態樹池蓄水層達到飽和后，多余的雨水通過暗井排至道路雨水管網。

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