張 楊 張建蒙

（山東華富建設(shè)有限公司，山東 濰坊 261000）

0 引言

近些年，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市市政工程建設(shè)越來(lái)越多，在城市大規(guī)模發(fā)展過(guò)程中，城市地表徑流問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，城市原有的水系被圍、被填用于基建，水污染問(wèn)題、垃圾問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重。這些問(wèn)題直接導(dǎo)致城市水自然循環(huán)規(guī)律被破壞，徑流發(fā)生很大變化，城市水生態(tài)系統(tǒng)被割裂，生物種類越來(lái)越少。在大雨自然天氣的影響下，城市內(nèi)澇嚴(yán)重，城市河道被污染，城市水源被破壞。這些問(wèn)題可以通過(guò)自然的力量來(lái)解決，通過(guò)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿理念來(lái)處理。完善城市化發(fā)展，推動(dòng)城市化進(jìn)程的加快，為城市居民創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)良好的生態(tài)環(huán)境。

1 城市市政工程建設(shè)中海綿技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 海綿技術(shù)建設(shè)三要素

海綿技術(shù)建設(shè)三要素：1）自然積存，主要是指利用城市自然地形和地貌的優(yōu)勢(shì)來(lái)合理控制徑流，削峰調(diào)蓄，調(diào)整雨水的徑流；2）自然滲透，主要是指利用下墊面的自然優(yōu)勢(shì)來(lái)調(diào)整雨水的滯滲問(wèn)題，促進(jìn)自然生態(tài)循環(huán)，幫助生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)；3）自然凈化，主要是指對(duì)城市的水質(zhì)進(jìn)行改善，通過(guò)合理利用 天然植被、土壤和微生物等生態(tài)系統(tǒng)中的自然物質(zhì)來(lái)減少污染，凈化水質(zhì)，改善自然環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)。

1.2 海綿技術(shù)應(yīng)用的三重關(guān)系

在城市市政工程建設(shè)過(guò)程中，海綿技術(shù)的應(yīng)用需要處理好以下3個(gè)關(guān)系：第一，要處理好水量和水質(zhì)的關(guān)系，避免出現(xiàn)水的質(zhì)量很好，但是水量不足，或者是有充分的水量，但是水質(zhì)利用率不高的情況；第二，要處理好景觀和功能的關(guān)系，避免出現(xiàn)好看的景觀沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的作用和價(jià)值的情況，以及有功能作用的景觀但是無(wú)法滿足城市居民的需求；第三，要處理好集中和分布的關(guān)系，要實(shí)現(xiàn)源頭減排，化整為零；以及末端統(tǒng)一，集零為整。

2 海綿技術(shù)在城市市政道路工程建設(shè)中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 工程介紹

該工程為某城市市政道路建設(shè)工程，道路總長(zhǎng)度為683.81m，道路紅線寬度為30m，道路等級(jí)為次干路。該道路工程的地質(zhì)地層分布：上層是近代人工填土，包括了填石、素植土、雜填土；下層是殘積砂質(zhì)黏性土、中砂、淤泥，更深層為花崗巖。為了達(dá)到路基基礎(chǔ)持力層的實(shí)際要求，在施工之前對(duì)地質(zhì)進(jìn)行了部分換填處理。工程施工現(xiàn)場(chǎng)地下水主要是近代人工填土孔隙中的上層滯水，潛水、中砂、粉質(zhì)黏土、殘積砂紙黏性土等孔隙中的潛水和承壓水。進(jìn)行地質(zhì)勘察后地下水位埋深在1.10m~6.15m。

2.2 海綿技術(shù)建設(shè)應(yīng)用目標(biāo)分析

根據(jù)項(xiàng)目施工要求，工程所在位置對(duì)市政道路年徑流總量需要控制在70%左右，所對(duì)應(yīng)的降水量為26.8mm。在年徑流污染物消減率方面，按照工程設(shè)計(jì)規(guī)劃的要求，工程所在位置面源污染中化學(xué)需氧量的消減率要大于73%，總氮消減率不能小于61%，懸浮物的消減率要大于79%、總磷的消減率要高于85%。按照《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》中的要求，城市市政道路徑流污染物中懸浮物和其他類型的污染物指標(biāo)之間有很大的關(guān)系，所以，經(jīng)常會(huì)把懸浮物作為徑流污染物控制的標(biāo)準(zhǔn)，這樣在該工程市政道路規(guī)劃年徑流污染物消減率目標(biāo)時(shí)，每年懸浮物總量的去除率要高于79%。

2.3 海綿技術(shù)在城市市政道路工程中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

在該工程中，道路包括了機(jī)動(dòng)車道、人行道、非機(jī)動(dòng)車道、綠化帶4個(gè)部分。因?yàn)樵摮鞘薪邓勘容^多，傳統(tǒng)的道路路面的滲水性比較差，在雨量比較大的雨季雨水徑流量會(huì)明顯增加。另外，因?yàn)橛晁占饕峭ㄟ^(guò)雨水口來(lái)收集雨水，之后通過(guò)雨水管道排入收納水體中，在暴雨天氣道路路面洪峰流量會(huì)非常大，造成道路嚴(yán)重積水，形成內(nèi)澇。此外，因?yàn)橛晁乇韽搅鞯男纬桑晁懦龅倪^(guò)程中把路面中的污染物帶入收納水體中，造成了水體污染。為了解決這些問(wèn)題，在進(jìn)行海綿技術(shù)建設(shè)應(yīng)用的過(guò)程中，需要在機(jī)動(dòng)車道內(nèi)設(shè)置截污式環(huán)保雨水口，凈化雨水中的污染物；在非機(jī)動(dòng)車道和人行橫道中增設(shè)透水鋪裝；在道路邊緣地帶設(shè)置開(kāi)口路緣石；在機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道中間的綠化帶中設(shè)置下沉式綠化帶，要使用溢流式雨水口。施工道路的總寬度為30m，其中兩邊綠化帶為3m，2條人行道4m，2條非機(jī)動(dòng)車道5m，兩側(cè)下沉式綠化帶為4m，機(jī)動(dòng)車道為14m，具體的道路橫斷面如下圖1所示。

圖1 道路橫斷面示意圖（單位：m）

2.3.1 海綿技術(shù)在透水鋪裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

因?yàn)樵摰缆饭こ淌浅鞘械缆返拇胃陕?，所以，交通流量相?duì)來(lái)說(shuō)比較大，在應(yīng)用海綿技術(shù)的過(guò)程中需要重視道路路面結(jié)構(gòu)荷載的實(shí)際需求，同時(shí)還要關(guān)注車輛尾氣所產(chǎn)生的污染問(wèn)題。因此，在進(jìn)行機(jī)動(dòng)車道設(shè)計(jì)時(shí)要采用不透水路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式。費(fèi)機(jī)動(dòng)車道位置不會(huì)涉及機(jī)動(dòng)車尾氣污染的問(wèn)題，因此，在選擇道路結(jié)構(gòu)時(shí)可以采用全透水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但是在選擇道路頭水結(jié)構(gòu)鋪裝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還要引起注意的是道路透水鋪裝設(shè)計(jì)的厚度，厚度的選擇要根據(jù)施工道路路面規(guī)劃的透水性能情況、承載力情況，以及《海綿城市建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定透水鋪裝設(shè)計(jì)按照以下的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。1）在進(jìn)行非機(jī)動(dòng)車道透水鋪裝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，道路的表面層需要采用透水性瀝青砼，規(guī)格可以采用3cm的PAC10，下層面的透水性瀝青可以采用4cmPAC13的規(guī)格；公路的基層要采用透水性能比較高的水泥混凝土，規(guī)格可以選擇19cm的厚度；采用10cm厚的3∶7的砂墊層來(lái)作為墊層的材料；這時(shí)費(fèi)機(jī)動(dòng)車道道路的透水結(jié)構(gòu)厚度就要控制在36cm左右。2）在進(jìn)行人行橫道透水鋪裝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，面層要選擇透水性路面板，規(guī)格可以是50cm×25cm×8cm的；選擇3cm的厚透水干硬性的水泥中粗砂來(lái)作為調(diào)平層設(shè)計(jì)規(guī)格；基層的設(shè)計(jì)可以選擇15cm厚度的水泥混凝土；墊層可以和費(fèi)機(jī)動(dòng)車道的墊層規(guī)格相同，選擇10cm厚的3∶7的沙碎；綜合來(lái)說(shuō)人行道的道路透水鋪裝結(jié)構(gòu)的厚度也可以控制在36cm左右，和非機(jī)動(dòng)車道的厚相同。

2.3.2 海綿技術(shù)在下沉式綠化帶中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

道路工程施工過(guò)程中，人行道和機(jī)動(dòng)車道之間的綠化帶設(shè)計(jì)主要采用的是下沉式綠化帶，因?yàn)樵摴こ趟诘某鞘衅渌鲁潦骄G化帶的深度均在15cm以下，綠化帶的深度比較淺，無(wú)法達(dá)到蓄水的目的；所以在該項(xiàng)目工程中下沉式綠化帶的深度要進(jìn)行科學(xué)合理地把控，綠化帶的深度不能過(guò)深，因?yàn)檫^(guò)深會(huì)影響到綠化帶景觀效果，并且存在一些安全隱患，因此，該項(xiàng)目中下沉式綠化帶的深度設(shè)計(jì)為15 cm~20cm。如果綠化帶深度控制在20cm時(shí)，綠化帶標(biāo)準(zhǔn)高度會(huì)低于周圍機(jī)動(dòng)車道20cm，此時(shí)，如果有效水深為15cm時(shí)，下沉式綠化帶可以滿足雨水的調(diào)蓄需求。在下沉式綠化帶中需要在一定的距離設(shè)置溢流式雨水口，在雨水流量超過(guò)綠化帶蓄水能力時(shí)，多余的雨水會(huì)進(jìn)入溢流式雨水口中，排入市政雨水管網(wǎng)系統(tǒng)中。而下沉式綠化帶中的植物選擇，也要選擇那些耐淹和耐水性植物，這樣不僅可以過(guò)濾截流雨水，同時(shí)還可以滲透到土壤中，達(dá)到調(diào)蓄雨水的目的。

2.3.3 海綿技術(shù)在溢流式雨水口設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)普通雨水口不知間距的實(shí)際要求，在設(shè)置溢流式雨水口下沉式綠化帶中，雨水口設(shè)置的間距要控制在30m~35m，并且在頂部還要使用稱重等級(jí)為C250的球墨鑄鐵箅子，在雨水口側(cè)面的位置設(shè)置泄水孔。其中箅子和機(jī)動(dòng)車道標(biāo)準(zhǔn)高度相比要低5cm左右，這樣便于機(jī)動(dòng)車道上的雨水更好地排入雨水口中。溢流式雨水口泄水的能力可以達(dá)到20L/s，深度為90cm。使用DN300的雨水管道連接雨水檢查井和溢流式雨水口，并把超過(guò)下沉式綠化帶調(diào)蓄體積流進(jìn)的雨水排入市政雨水管網(wǎng)中。

2.3.4 海綿技術(shù)在開(kāi)口路緣石設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

道路工程設(shè)計(jì)中，把綠化帶和機(jī)動(dòng)車道之間的路緣石設(shè)置為開(kāi)口路緣石，一般情況下開(kāi)口路緣石包括3種，一種是圓形開(kāi)口、一種是矩形開(kāi)口、一種是豁口形式。其中矩形開(kāi)口和豁口形式的路緣石有比較大的過(guò)流截面，施工起來(lái)比較方便，在雨水比較大時(shí)，可以很好地進(jìn)行雨水收集排放，但是其景觀觀賞性不足；圓形開(kāi)口的路緣石過(guò)流斷面比較小，施工難度也比較大，在雨水排放量比較多時(shí)，非常容易發(fā)生堵塞的問(wèn)題。因此，在該工程施工過(guò)程中采用的是豁口形式的路緣石，并且路緣石的開(kāi)口長(zhǎng)度設(shè)置為50cm，具體的尺寸如下圖2。

圖2 豁口形式開(kāi)口路緣石示意圖（單位：cm）

選用的路緣石是#603號(hào)花崗巖條石，光面使用接卸進(jìn)行切割，直線段和圓曲線路段緣石長(zhǎng)度均為1m，用密縫進(jìn)行安裝，每塊緣石之間的縫隙控制在3mm以內(nèi)。機(jī)動(dòng)車車道的邊路緣石采用的是35cm×15cm的立緣石，材質(zhì)為石質(zhì)，綠化帶和人行道外側(cè)的路緣石采用的是10cm×20cm，以及10cm×15cm的石質(zhì)平緣石。在開(kāi)口路緣石前50cm~100cm，對(duì)道路的坡度進(jìn)行調(diào)整，使道路坡度和路緣石開(kāi)口處相對(duì)應(yīng)，開(kāi)口處的標(biāo)準(zhǔn)高度要低于道路標(biāo)準(zhǔn)高度的3cm，以此來(lái)保證機(jī)動(dòng)車道的雨水進(jìn)入綠化帶中。為了在進(jìn)水處達(dá)到截污效果，在路緣石開(kāi)口和綠化帶內(nèi)部鋪放一些碎石。

3 海綿技術(shù)在市政道路工程中應(yīng)用效果分析

3.1 暴雨強(qiáng)度、目標(biāo)調(diào)蓄和設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積計(jì)算分析

3.1.1 暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式

根據(jù)該城市市政道路區(qū)域暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行分析，得出該市政道路所在區(qū)域暴雨強(qiáng)度分區(qū)為Ⅰ區(qū)，暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式如下。

其中p代表的是3a；t=t1+t2；其中t1代表的是10min，t2代表的是管道的長(zhǎng)度除以流速。

3.1.2 目標(biāo)調(diào)蓄容積計(jì)算公式

式中：H表示的是26.8mm；機(jī)動(dòng)車道ψ表示的是0.8，F(xiàn)是0.88hm2；非機(jī)動(dòng)車道ψ為0.3，F(xiàn)是0.32hm2；人行道有纜線溝ψ表示的是0.5，F(xiàn)是0.13hm2，無(wú)纜線溝ψ表示的是0.3，F(xiàn)是0.13hm2；綠化帶ψ為0.15，F(xiàn)是0.44hm2。通過(guò)計(jì)算之后發(fā)現(xiàn)V是260.33hm3。

3.1.3 設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積計(jì)算公式

式中：k是0.7；H1是0.15m；F1是2524m2。計(jì)算后V1得出為265.03m3。因?yàn)閂

3.1.4 滲透時(shí)間計(jì)算公式

式中：Ws是265.03m3；α為0.5；K為3×10-5m/s；J為1；As為2524m2；按照以上公式計(jì)算后得出ts為1.94h，和規(guī)范要求放空調(diào)蓄水量的要求12h相比較來(lái)說(shuō)，要少很多，因此設(shè)計(jì)滲透時(shí)間可以滿足實(shí)際的需求和工程規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2 道路工程項(xiàng)目效果分析

3.2.1 年徑流總量控制率效果分析

從上述的公式計(jì)算中可以發(fā)現(xiàn)，該城市市政道路工程項(xiàng)目中海綿技術(shù)應(yīng)用后的設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積為265.03m3，其所相對(duì)的消解降雨量為30.4mm，而道路實(shí)際年徑流總量空置率在74.08%左右，74.08%>70%，由此可以說(shuō)明，海綿技術(shù)的應(yīng)用可以滿足道路年徑流總量控制率目標(biāo)的要求。

3.2.2 年徑流污染物消減率效果分析

該市年度懸浮物總量去除率為年徑流總量控制率×具體海綿技術(shù)應(yīng)用對(duì)懸浮物的平均去除率；根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)于復(fù)雜性的生物滯留設(shè)施，下沉式綠化帶中懸浮物平均去除率為80%。通過(guò)計(jì)算之后發(fā)現(xiàn)，該市年懸浮物總量去除率為59.26%，和規(guī)劃目標(biāo)年徑流污染物消減率高于79%的要求并不相符。通常情況下，城市市政道路工程的年懸浮物總量去除率和規(guī)劃控制目標(biāo)相吻合是比較困難的，所以，一般情況下經(jīng)常通過(guò)在周圍地段應(yīng)用海綿技術(shù)進(jìn)行截污處理來(lái)提高年徑流污染物消減率，以此來(lái)提高年徑流污染物消減率，滿足規(guī)劃要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在城市市政工程建設(shè)中應(yīng)用海綿技術(shù)可以有效緩解城市徑流污染和城市內(nèi)澇問(wèn)題。但是，在不同地區(qū)的城市市政工程建設(shè)設(shè)計(jì)中，海綿技術(shù)的應(yīng)用情況也各不相同，需要根據(jù)各個(gè)地區(qū)和各個(gè)市政項(xiàng)目的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行區(qū)別性的設(shè)計(jì)。該文以某市城市市政道路工程為海綿技術(shù)應(yīng)用案例，對(duì)該項(xiàng)目中海綿技術(shù)在各個(gè)工程項(xiàng)目中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，并對(duì)海綿技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行了計(jì)算評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在道路工程中非機(jī)動(dòng)車道和人行道的透水鋪裝厚度設(shè)計(jì)為36cm時(shí)，透水鋪裝厚度可以滿足道路承載力的要求，同時(shí)還可以很好地對(duì)道路中的雨水進(jìn)行快速滲透；另外，在設(shè)置下沉式綠化帶深度時(shí)需要參考道路年徑流總量空置率，該項(xiàng)目中下沉式綠化帶深度設(shè)置為15cm~20cm時(shí)，選擇溢流式雨水口可以滿足道路雨水排量，減少內(nèi)澇問(wèn)題；此外，在選擇路緣石開(kāi)口時(shí)需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況、景觀效果要求情況和水力條件等情況；豁口形式的路緣石開(kāi)口具備使用便捷、水力條件好等優(yōu)勢(shì)，在該項(xiàng)目施工中有比較高的利用價(jià)值和優(yōu)勢(shì)。由此可以說(shuō)明，海綿技術(shù)在城市市政道路工程中的應(yīng)用可以有效緩解城市道路積水、內(nèi)澇問(wèn)題。