原振華　段漢明　謝培琦

摘 要：我國致力于追求全方面的可持續(xù)發(fā)展，而“海綿城市理念”作為一種以維持城市范圍內旱澇平衡為核心的城市設計理念，與可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略方針高度契合。因此，積極推廣海綿城市理念在城市道路設計中的應用就顯得格外重要。基于此，以許昌新區(qū)城市道路的綠化景觀設計為案例，深入分析如何將海綿城市理念應用于城市道路設計中，從而可以為許昌市未來城市道路的海綿城市設計提供一定程度的技術參考。

關鍵詞：海綿城市；城市道路；道路設計

[基金項目：國家自然科學基金項目：“西北主要城鎮(zhèn)區(qū)域與PREE的動態(tài)模擬、空間整合研究”（51178163）資助]

根據《許昌市海綿城市建設專項規(guī)劃》中所劃定的海綿城市試點區(qū)域，選取許昌新區(qū)的城市道路蘭亭路（萬通街—宏騰路）為研究對象，以許昌市上位規(guī)劃中所提出的海綿城市建設具體指標為設計要求，重點分析本方案如何將海綿城市理論實際應用于具體的道路綠化景觀設計和實際的工程施工措施中，以及如何進行道路海綿城市設計的數據指標核算，同時根據行業(yè)相關規(guī)范，提出工程設施維護及管理的相應要求，以期為許昌市未來其它地區(qū)城市道路的海綿城市設計提供一定程度的技術參考。

一、工程概況

（一）工程地質情況

許昌市土壤類型豐富，全市土壤共6個土類，14個亞類，25個土屬和46個土種。6個土類為棕壤、褐土、粗骨土、石質土、潮土和砂姜黑土。

蘭亭路（萬通街—宏騰路）規(guī)劃范圍內主要為潮土，潮土是河流沉積物受地下水運動和耕作活動影響而形成的土壤，因有夜潮現象而得名。屬半水成土。其主要特征是地勢平坦、土層深厚。

（二）道路基本情況

蘭亭路（萬通街—宏騰路）道路為南北走向，道路長約993米，現狀道路為原始田間土路，道路的質量情況較差，但設計路段地勢整體較為平坦，項目地周邊目前主要為耕地、林地和城市居民住宅，基地現狀如圖所示（圖1）。

蘭亭路規(guī)劃紅線寬20米，采用單幅路，道路東西兩側規(guī)劃設計各10米寬綠化帶，綠化帶內側設1.5米寬的自行車慢道。道路的斷面形式為：8.5米（綠化帶）—1.5米（自行車慢道）—3米（人行道）—14米（車行道）—3米（人行道）—1.5米（自行車慢道）—8.5米（綠化帶）。

（三）場地排水設計原則

蘭亭路的規(guī)劃設計主要通過應用海綿城市理念，突破傳統的道路雨水收集排放系統，配合應用透水鋪裝、植草溝、簡單生物滯留設施、雨水花園、下沉綠地等一系列LID設施，打造新的充分體現海綿城市設計理念的道路雨水收集排放系統。

在綠化帶內部，打造雨水→綠地→LID設施→溢流式雨水口→市政管網的雨水收集排放系統；在道路部分，打造雨水→車行道（人行道/自行車慢道）→LID設施→溢流式雨水口→市政管網的雨水收集排放系統。

（四）海綿城市建設控制目標

根據《許昌市海綿城市建設專項規(guī)劃》中所提出的許昌市海綿城市建設具體指標，該方案的年徑流總量控制率將達到75%，其相對應的設計降雨量為24.4mm，根據上位規(guī)劃，該地塊的雨水排水管渠設計標準（重現期）為3年。

二、道路海綿城市設計

（一）整體設計方案

蘭亭路的道路規(guī)劃設計部分已經由許昌市規(guī)劃設計院設計完成，本項目是以許昌規(guī)劃設計院的道路規(guī)劃設計為基礎，所進行的蘭亭路道路景觀綠化帶設計，在設計的過程中充分應用海綿城市理念，同時根據海綿城市道路設計需要，經由與甲方（許昌瑞貝卡集團）和許昌規(guī)劃設計院協商，對道路設計部分進行適當修改，從而更好地完善整體設計方案。

道路紅線寬20米，道路的斷面形式為：8.5米（綠化帶）—1.5米（自行車慢道）—3米（人行道）—14米（車行道）—3米（人行道）—1.5米（自行車慢道）—8.5米（綠化帶）。蘭亭路的道路雨水管道根據許昌規(guī)劃設計院的設計均布置于道路東側，本次設計以已規(guī)劃設計的道路雨水主管保持不變，參照行業(yè)設計規(guī)范保證每隔40米設置溢流井一處，同時為更好地保證雨水收集排放系統的運行，蘭亭路的溢流井為雙側對應設置。

設計方案中通過在車行道應用透水混凝土、自行車慢道與人行道采用透水鋪裝的形式，同時綠化帶內設置植草溝、下沉綠地、簡單生物滯留設施等LID設施，從而實現地塊內部的雨水綜合利用。道路斷面改造示意如下圖所示（圖2、圖3）。

（二） LID設施應用設計

1.植草溝

蘭亭路的植草溝樣式采用倒拋物型，就草皮種植層來說，最低點半徑為350mm，地平線高度半徑為750mm，但半徑不是唯一值，其在350mm—750mm之間變化，具體點的半徑，見植草溝橫斷面示意圖。

植草溝橫斷面的分層情況由上而下為350mm的蓄水層、草皮、250mm種植土層、針刺土工布（200g/m2）、200mm礫石（粒徑30—50mm）、土工布（300g/m2）、素土夯實（夯實系數93%）。同時，為增加滲透性能種植土可摻入20%左右的細沙，有機物的含量5%，磷的濃度宜為10ppm—30ppm。

2.下沉綠地

蘭亭路下沉綠地的橫斷面分層情況由上而下為150mm的蓄水層、550mm種植土層、80mm厚碎石（粒徑8—10mm）、針刺土工布（200g/m2）、350mm厚碎石（粒徑30—50mm）、土工布（300g/m2）、素土夯實（夯實系數93%）。同樣為增加滲透性能種植土可摻入20%左右的細沙，有機物的含量5%，磷的濃度宜為10ppm-30ppm。

3.生物滯留池

蘭亭路生物滯留池的橫斷面分層情況由上而下為150mm的蓄水層、600mm的種植土層、素土夯實（夯實系數93%）。與植草溝、下沉綠地的處理方式相同，為增加滲透性能種植土可摻入20%左右的細沙，有機物的含量5%，磷的濃度宜為10ppm—30ppm。

（三）人行道設計

蘭亭路的人行道采用建筑垃圾再生材料透水步磚鋪裝，盲道采用中黃色道板，板厚均為6cm，混凝土標號C40，鋪裝圖案見人行道鋪裝圖。

人行道路面結構自上而下依次為：60mm厚建筑垃圾再生材料透水步磚、30mm厚中粗砂墊層、下鋪過濾土工布（400g/m2的無紡土工布）、20mm厚透水混凝土（混凝土標號C20）、20mm厚級配再生磚石基層。

（四）其他設施設計

1.溢流井

在許昌市規(guī)劃設計院設計完成的蘭亭路道路設計中，已經規(guī)劃設置了一定數量的溢流井，本案中為更好地應用海綿城市理念，故對溢流井的數量、位置等，進行了一定的調整。溢流井的規(guī)格選取最大過流流量50L/s，同時參照行業(yè)設計規(guī)范保證每隔40米設置溢流井一處，為更好地保證雨水收集排放系統的運行，溢流井為雙側對應設置。

溢流井設在綠地內，用于植草溝、下沉綠地、生物滯留池等海綿設施的排水，通過溢流連接管與干管上的雨水井相連。周圍鋪設卵石，粒徑30mm—50mm。

2.雙箅雨水口兼檢查井

雙箅雨水口兼檢查井設置在道路上，與市政雨水干管相連，雨水井均用球墨鑄鐵爬梯，爬梯的水平和垂直間距參照國標檢查井設置。復合材料箅子為成品，采用復合材料制造，雨水口尺寸可根據實際情況進行調整。

3.人行道下排水暗溝

蘭亭路人行道下排水暗溝處的橫斷面分層情況由上而下為現有人行道面層恢復、20mm厚1：4干硬性水泥砂漿、30mm厚C25預制混凝土蓋板、20mm厚1：3水泥砂漿抹面、100mm厚C15混凝土墊層、素土夯實（夯實系數≥95%）。

4.路緣石

路緣石均采用五蓮花花崗巖材質，各構件要求抗滑性能好。由于人行道坡度與排水暗溝坡度一致，人行道與綠化帶之間的開口高度不變。另外，人行道與綠化帶開口處設碎石帶，預防夏季高溫天氣地面積水溫度過高，直接經由路緣石開口進入綠化帶，不利于綠化帶內植物生長。

三、道路海綿城市設計數據指標核算

（一）目標調蓄容積（設計調蓄容積）

蘭亭路規(guī)劃紅線寬20米，道路東西兩側規(guī)劃設計各10米寬綠化帶，綠化帶內側設1.5米寬的自行車慢道。根據國家住房城鄉(xiāng)建設部于2014年10月發(fā)布的《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統構建（試行）》中關于不同匯水面種類徑流系數的規(guī)定，車行道與自行車慢道雨量徑流系數取值0.85；人行道雨量徑流系數取值0.45；綠化帶中綠地的雨量徑流系數取值0.15。

關于設施規(guī)模的計算方面，本設計采用的是指南中所推薦的“容積法”，蘭亭路的目標調蓄容積計算可按照如下公式：

V=10HφF （1）

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。

通過加權計算得蘭亭路地塊的綜合雨量徑流系數φ為0.554，H取值24.4，計算蘭亭路總的匯水面積，最后套用“容積法”公式可得，蘭亭路目標調蓄容積（設計調蓄容積）為557.207m3。

（二）雨水調蓄設施

蘭亭路在規(guī)劃設計中所選取的雨水調蓄設施主要包括了植草溝、下沉綠地、生物滯留池三種，設計的最大水深分別為植草溝0.3m；下沉綠地0.15m；生物滯留池0.15m，調蓄設施安全系數取100%，計算可得蘭亭路的海綿設施調蓄容積為828.299m3。通過比較，我們發(fā)現蘭亭路的海綿設施調蓄容積>目標調蓄容積（設計調蓄容積），規(guī)劃設計的雨水調蓄設施規(guī)?？蓾M足許昌市海綿城市建設試點區(qū)域年徑流總量控制率75%的指標要求。

（三）過流能力校核

暴雨強度公式按照河南省許昌市新版暴雨強度公式計算，如下：

q=1977.432（1+0.945logP）/（t+10.909）^0.747 （2）

式中：q——暴雨強度，L/（s·hm2）；

P——雨水設計重現期；

t——降雨歷時，min。

雨水設計流量的計算公式，本設計采用的是指南中所推薦的“流量法”，蘭亭路相關設施的雨水設計流量的計算可按照如下公式：

Q=ΨqF （3）

式中：Q——雨水設計流量，L/s；

Ψ——流量徑流系數；

q——設計暴雨強度，L/（s·hm2）；

F——匯水面積，hm2。

1.人行道下排水暗溝

在進行人行道下排水暗溝的過流能力校核的過程中，計算公式Q=ΨqF，關于F（匯水面積）的取值，選取的是蘭亭路匯水分區(qū)中人行道下排水暗溝可控制的最大匯水面積，故通過計算最大匯水面積的雨水設計流量（Qmax）滿足要求，其他也滿足要求。

首先，關于暴雨強度公式中P、t的取值，依據《許昌市海綿城市建設專項規(guī)劃》中規(guī)定蘭亭路所在區(qū)域的雨水設計重現期為3年，通過相關計算我們取t值為10。查閱指南中徑流系數表可得人行道下排水暗溝的流量徑流系數（Ψ）取0.9，相關數據套入計算公式可得 Qmax=0.026m3/s。

上述計算結果表示的是人行道下排水暗溝的最大雨水設計流量，我們還需要計算排水暗溝的實際過流能力，并通過比較其與最大雨水設計流量的大小關系，得出校核結論。關于排水暗溝的實際過流能力的計算，我們可參照如下公式：

A=bh （4）

R=bh/（b+2h） （5）

V=R^（2/3）I^（1/2）/n （6）

Q=AV （7）

式中：A——過水斷面，㎡；

R——水力半徑，m；

V——流量，m；

Q——過流能力，m3/s；

b——寬，m；h——高，m；

I——水力坡度；n——粗糙系數。

計算可得蘭亭路人行道下排水暗溝的實際過流能力Q=0.063m3/s。通過比較其與最大雨水設計流量的大小關系，發(fā)現人行道下排水暗溝的過流能力>最大雨水設計流量，故可得出結論人行道下排水暗溝的規(guī)格滿足排水需要。此處需要注意的是由于本設計中路緣石開口與人行道下排水暗溝的開口尺寸一致，故路緣石開口的過流能力與人行道下排水暗溝的一致。

2.溢水管

關于溢水管過流能力校核，我們依據相同原則，選取蘭亭路匯水分區(qū)中溢流井可控制的最大匯水面積，通過計算最大匯水面積的雨水設計流量（Qmax）滿足要求，其他則也滿足相應要求。

首先，關于暴雨強度公式中P、t的取值，依據《許昌市海綿城市建設專項規(guī)劃》中規(guī)定蘭亭路所在區(qū)域的雨水設計重現期為3年，通過相關計算我們取t值為17。查閱指南中不同匯水面的徑流系數表，車行道和自行車慢道的流量徑流系數取0.9、人行道的流量徑流系數取0.45、綠地的流量徑流系數取值0.2，通過加權計算得綜合流量徑流系數Ψ為0.748。最后，相關數據套入計算公式可得 Qmax=0.026m3/s=26L/s，而我們在設計中所設置的溢水口的規(guī)格可滿足50L/s的最大過流流量，所以計算得出的溢水管最大雨水設計流量小于設置溢水口的最大過流流量。

但是，我們還需要計算溢水管的實際過流能力，并通過比較其與最大雨水設計流量的大小關系，得出最終的結論。關于溢水管實際過流能力的計算，我們可參照如下公式：

A=π（d/2）^2 （8）

R=A/2π（d/2） （9）

V=R^（2/3）I^（1/2）/n （10）

Q=AV （11）

式中：A——過水斷面，m2；

R——水力半徑，m；

V——流速，m/s；

Q——過流能力，m3/s；

d——管徑，m；

I——水力坡度；n——粗糙系數。

計算可得蘭亭路溢水管的實際過流能力Q=0.140m3/s。通過比較其與最大雨水設計流量的大小關系，發(fā)現溢水管的過流能力>溢水口的最大雨水設計流量，故可得出結論蘭亭路溢流井的規(guī)格滿足排水需要。

四、系統維護

（1）后期管理中應及時補種修剪海綿設施內的植物、清除雜草；（2）進水口、溢流口因沖刷造成水土流失時，應及時采取防沖刷措施；（3）進水口、溢流口堵塞或淤積導致過水不暢時，應及時清理垃圾與沉積物；（4）低影響開發(fā)設施的常規(guī)維護頻次及時間要求如下圖所示（圖18）：

五、結論與展望

隨著時代的發(fā)展、社會的進步，社會各界對于可持續(xù)發(fā)展的關注度與日俱增，而“海綿城市理念”恰恰與之高度鍥合。眾所周知，以海綿城市理念為依托的城市道路綠化景觀設計，可以科學合理地將城市環(huán)境的自然生態(tài)功能與人工干預相結合，打造新型的城市道路雨水收集排放系統，從而可以很好地修復城市水生態(tài)、涵養(yǎng)水資源，有效緩解城市內澇問題，降低城市地面徑流污染負荷，節(jié)約水資源，改善城市的生態(tài)環(huán)境。

參考文獻：

[1]劉程林，銀釗.基于海綿城市理念的市政道路設計探討[J].山東化工，2017，（19）：182-183.

[2]褚克平.淺談海綿城市中的道路設計[J].廣東化工，2017，（08）：200-201.

[3]方庚明.海綿城市理念下的城市道路系統化設計策略探究[J].低碳世界，2017，（07）：215-216.

[4]王寧.基于海綿城市理念的城市道路設計方案探討[J].給水排水，2016，（11）：27-31.

作者簡介：

原振華，河南工業(yè)大學土木建筑學院建筑學專業(yè)碩士研究生。研究方向：城市規(guī)劃。

段漢明，教授、博士生導師，就職于河南工業(yè)大學城市科學與區(qū)域發(fā)展研究所。研究方向：城市規(guī)劃。

謝培琦，河南工業(yè)大學土木建筑學院建筑學專業(yè)碩士研究生。研究方向：城市規(guī)劃。