孫元琪

摘要：海綿城市的理念發(fā)展為城市管理者增強(qiáng)城市雨洪管理能力、解決城市內(nèi)澇問(wèn)題提供了方向指引。為更好地推動(dòng)海綿城市理念在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用落地，以海綿城市理念為研究對(duì)象，闡述其定義及特質(zhì)，并分析其對(duì)于城市項(xiàng)目建設(shè)的重要性，最后結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)該理念下市政道路工程的設(shè)計(jì)展開(kāi)探討，涉及道路、綠化帶、附屬設(shè)施及排水系統(tǒng)等方面內(nèi)容。希望通過(guò)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析，提升設(shè)計(jì)人員對(duì)海綿城市理念的重視，從而更好地改善城市的自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和水資源狀況。

關(guān)鍵詞：海綿城市;市政道路;道路設(shè)計(jì);排水設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU753;TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001-5922（2022）07-0184-04

Road design based on sponge concept

SUN Yuanqi

（China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710000， China）

Abstract：The concept development of sponge city provides direction guidance for urban managers to enhance urban stormwater management ability and solve urban waterlogging problems. In order to better promote the application of the concept of sponge city in municipal road design， this paper takes the concept of sponge city as the research object， expounds its definition and characteristics， and analyzes its importance for urban project construction. Finally， combined with engineering examples， this paper discusses the design of municipal road engineering under the concept， involving roads， green belts， auxiliary facilities and drainage system. It is hoped that through the analysis of design points， designers will pay more attention to the concept of sponge city， so as to better improve the natural environment， ecological environment and water resources of the city.

Key words：sponge city; municipal roads; road design; drainage design

我國(guó)目前城市化程度較高，北上廣深已經(jīng)初具超級(jí)城市的規(guī)模，其余各大城市也仍在迅猛擴(kuò)張階段。然而，在城市化程度不斷提高的同時(shí)，由于前期排水等規(guī)劃設(shè)計(jì)不盡合理，自然災(zāi)害尤其是洪澇災(zāi)害對(duì)高度現(xiàn)代化的城市影響也越來(lái)越大。許多城市一經(jīng)暴雨便會(huì)形成“街中河”“城中湖”等現(xiàn)象。為了解決城市內(nèi)澇嚴(yán)重的問(wèn)題，相關(guān)設(shè)計(jì)專(zhuān)家提出了“海綿城市”這一設(shè)計(jì)理念。海綿城市是指將城市變得如同像海綿，能極好地適應(yīng)氣候變化，尤其是應(yīng)對(duì)雨水帶來(lái)的災(zāi)害，降雨時(shí)能吸水蓄水;而當(dāng)城市干旱嚴(yán)重時(shí)就能將所儲(chǔ)存的水及時(shí)釋放[1]，在一定程度上減少了自然災(zāi)害造成的損失，并提升了城市整體的生態(tài)調(diào)節(jié)能力。有專(zhuān)家、學(xué)者結(jié)合國(guó)內(nèi)外海綿城市發(fā)展技術(shù)，在低影響開(kāi)發(fā)本土化、大小排水與規(guī)劃設(shè)計(jì)、內(nèi)澇綜合防治等方面做出了貢獻(xiàn)[2]，并指出城市雨洪管理技術(shù)體系是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索、研究和實(shí)踐積累起來(lái)的一整套相關(guān)的理念與方法、理論與技術(shù)、法規(guī)政策、管理機(jī)制等，它們的形成和發(fā)展對(duì)解決各國(guó)雨洪問(wèn)題、改善環(huán)境起到至關(guān)重要的作用[3]。

1“海綿城市”的內(nèi)在含義、理念、特質(zhì)

海綿城市在其建設(shè)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵循因地制宜、生態(tài)優(yōu)先等原則，以削減城市徑流污染負(fù)荷、內(nèi)澇防治為目標(biāo)，將人工措施與自然途徑合理地結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)籌各方面的知識(shí)與力量，在保證城市建設(shè)安全和保留城市原有自然資源的前提下，最大程度地發(fā)揮海綿城市系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)[4-5]。同時(shí)，建設(shè)海綿城市并不意味著對(duì)傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的否定和取代，而是在傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)和優(yōu)化，用生態(tài)城市理念指導(dǎo)現(xiàn)代城市建設(shè)，使其具有自然積存、自然滲透、自然凈化的特質(zhì)。這是城市建設(shè)理念之間的競(jìng)爭(zhēng)。

相較于傳統(tǒng)城市建設(shè)粗略的排水系統(tǒng)構(gòu)建，在海綿城市建設(shè)的理念下，城市排水系統(tǒng)更加規(guī)范化、合理化;居民與自然環(huán)境之間的相處更加和諧;路面徑流減少，實(shí)現(xiàn)城市水循環(huán)的良性發(fā)展。城市環(huán)境也將因此得到一定程度的改善。

2“海綿城市”項(xiàng)目的意義

2.1改善城市生態(tài)環(huán)境

在傳統(tǒng)的城市排水系統(tǒng)的建設(shè)中，往往會(huì)因?yàn)檫^(guò)于追求排水效率，而或多或少會(huì)造成對(duì)生態(tài)恢復(fù)或生態(tài)保護(hù)工作的忽視，引起路面徑流增多，增加城市內(nèi)澇危機(jī)，導(dǎo)致城市的發(fā)展受到了一定的限制;相反，“海綿城市”的建設(shè)側(cè)重于生態(tài)保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，營(yíng)造“海綿體”，減少城市內(nèi)澇危機(jī)。

明顯可見(jiàn)的是，傳統(tǒng)城市建設(shè)帶來(lái)的后果一般是路面硬化嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱、洪澇災(zāi)害頻發(fā)等;而海綿城市帶來(lái)的是可滲透路面，有凈化和滲透作用的雨水花園、綠色屋頂以及海綿停車(chē)場(chǎng)，在保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，也有效緩解了城市的“熱島效應(yīng)”。毋庸置疑，傳統(tǒng)城市的建設(shè)也為我們帶來(lái)了繁榮，并且讓我們享受著城市化所帶來(lái)的便利。但是，在城市環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的今天，粗略的傳統(tǒng)城市建設(shè)已不符合可持續(xù)發(fā)展的要求，因此建設(shè)新型城市——海綿城市，已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。目前，已有130多個(gè)城市在城市設(shè)計(jì)理念中加入了“海綿城市”的設(shè)計(jì)方式[6]，海綿城市設(shè)計(jì)理念能修復(fù)城市水生態(tài)，為居民提供一個(gè)良好的城市居住環(huán)境。

2.2科學(xué)管理水資源

在全球厄爾尼諾現(xiàn)象日益嚴(yán)重的今天，洪澇災(zāi)害和旱災(zāi)層出不窮，而且城市水源的污染狀況也不容樂(lè)觀。海綿城市理念在市政道路工程中的科學(xué)應(yīng)用，能極大地改善現(xiàn)有市政工程的排水系統(tǒng)，使城市整體蓄水、凈水能力得到提升，也可以在城市出現(xiàn)干旱情況用水短缺時(shí)能更好地供水。海綿城市的應(yīng)用能合理地控制水資源的使用，在提升城市排澇能力的同時(shí)，也改善了城市的抗旱能力，能夠科學(xué)管理水資源。

2.3提高排水設(shè)計(jì)質(zhì)量

在進(jìn)行城市市政道路項(xiàng)目時(shí)，排水設(shè)計(jì)是勘察設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)里不容忽視的一點(diǎn)。而在進(jìn)行市政道路設(shè)計(jì)與規(guī)劃時(shí)，合理運(yùn)用海綿城市相關(guān)理念，不僅能改善城市的自然環(huán)境，降低工程建設(shè)過(guò)程對(duì)城市環(huán)境造成的污染和破壞，提升建設(shè)單位的經(jīng)濟(jì)效益，還能以點(diǎn)到面，借助整個(gè)海綿城市系統(tǒng)性的建設(shè)，為其他城市提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，各城市片區(qū)能連為一體，緩解目前城市內(nèi)澇嚴(yán)重卻又水資源短缺的問(wèn)題。

3項(xiàng)目概述

某城市市政道路項(xiàng)目按照城市主干道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為40 km/h，地理位置如圖1所示。項(xiàng)目所在地土質(zhì)主要有雜填土、耕表土、粉質(zhì)黏土、圓礫土和礫砂等。經(jīng)勘察可知設(shè)計(jì)路段的瀝青路面匯水面積為26 200 m、設(shè)計(jì)綠化帶面積為3 000 m、透水人行道面積為5 780 m。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》[7]，計(jì)算得出本項(xiàng)目路段總體調(diào)蓄量為449.8 m，下沉綠地所需平均下沉深度為0.15 m;控制年徑流總量75%以上。

4設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)階段的海綿城市設(shè)計(jì)思路，主要以因地制宜為設(shè)計(jì)理念，在已有的城市相關(guān)建造基礎(chǔ)和設(shè)施上施以改造，從而達(dá)到減輕污染、改善生態(tài)、防治內(nèi)澇災(zāi)害的目標(biāo)[8-9]。

在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般按照“點(diǎn)-線-面”3個(gè)維度分別對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行控制。其中，“點(diǎn)”意味著控制源頭，即以各單獨(dú)建筑物為基點(diǎn)，采取屋頂綠化和雨水收集等方式將雨水通過(guò)管道送入儲(chǔ)水池;“線”意味著減少流量，一般采用軟化排水溝、路面設(shè)置可透水鋪裝層及設(shè)置生物隔離帶等方式，加大市政道路路面的滲透效率，控制路面凈流量，從而緩解城市的泄洪壓力;“面”則意味著流域管理，一般通過(guò)建設(shè)城市雨水花園等生態(tài)景觀，日?？梢宰鳛槭忻裼^光休閑公園，遇暴雨時(shí)則能起到儲(chǔ)水、吸水、凈水的工作，既能改善城市生態(tài)環(huán)境，也能提升城市的排洪能力。

盡管海綿城市的建設(shè)模式已經(jīng)初步形成建設(shè)體系，但近年來(lái)國(guó)內(nèi)幾個(gè)試點(diǎn)城市仍出現(xiàn)了不同程度的內(nèi)澇災(zāi)害，這是由于各設(shè)施間缺少連通性，某一環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，極容易導(dǎo)致城市的雨水收集器成了臟水溝。所以在市政道路工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用海綿城市設(shè)計(jì)理念時(shí)，還應(yīng)利用數(shù)據(jù)可視化來(lái)完善城市水循環(huán)的數(shù)據(jù)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控接收雨水處、排洪處和水資源循環(huán)利用處等環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)調(diào)整、及時(shí)處理。

4.2道路設(shè)計(jì)

市政工程道路設(shè)計(jì)分為車(chē)行道和人行道設(shè)計(jì)。其中人行道為人們?cè)诔鲂袝r(shí)主要經(jīng)過(guò)的路段，科學(xué)應(yīng)用海綿城市理念可以進(jìn)一步改善人行道的氣候微環(huán)境，提升居民經(jīng)過(guò)時(shí)的舒適度，還能提高雨水資源、積水資源的利用率。因此，在進(jìn)行人行道的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能選用可透水材料作為人行道的上層材料，而在路面的中間層和下層則應(yīng)選用透水率較低的材料以提高路面的儲(chǔ)水效率。采用海綿城市理念能極大改善人行道上的污水、積水現(xiàn)象，此外還能對(duì)道路的溫濕度等氣候環(huán)境進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)一步提升城市建設(shè)質(zhì)量和舒適度[10]。

傳統(tǒng)市政工程道路中的車(chē)行道一般選用非透水性瀝青或混凝土進(jìn)行鋪裝，這類(lèi)施工工藝容易導(dǎo)致城市在遭遇暴雨時(shí)，水流滲透率差，多數(shù)水流沿路面匯聚至城市低洼路段，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的內(nèi)澇現(xiàn)象。因此，結(jié)合海綿城市設(shè)計(jì)理念，在進(jìn)行車(chē)行道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用透水瀝青混凝土進(jìn)行上層鋪設(shè)，中下層采用非透水性材料，以便水流匯聚至儲(chǔ)存處。需要注意的是，在道路路基處，必須選用透水性較差的材料進(jìn)行施工，避免流水對(duì)道路路基的沖刷作用，從而影響路基穩(wěn)定性。為合理地對(duì)降水、積水進(jìn)行引流，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行道路整體勘察設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將道路橫坡控制在1%～1.5%內(nèi)。

4.3道路綠化帶設(shè)計(jì)

道路的綠化帶設(shè)計(jì)是采用海綿城市設(shè)計(jì)理念的道路工程設(shè)計(jì)中十分重要的一步，同時(shí)也是改善城市生態(tài)環(huán)境的重要措施之一。因此，在進(jìn)行道路綠化帶設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意雨水的收集、凈化過(guò)濾以及存儲(chǔ)、排出3個(gè)方面的問(wèn)題。

4.3.1雨水的收集

在道路綠化帶設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)考慮的便是如何進(jìn)行雨水的收集。一般應(yīng)采取在綠化帶周?chē)鷺?gòu)建雨水渠和下凹綠地等方式，使雨水能在此類(lèi)地勢(shì)相對(duì)低洼處匯集。此外，由于人行道和車(chē)行道上層均采用透水材料，透水路面上的雨水可徑流聚集在綠化帶側(cè)面的排水口，因此在進(jìn)行綠化帶設(shè)計(jì)布局時(shí)，還需要考慮所種植植被的習(xí)性及土壤滲透能力，合理布置;一般情況下綠化帶的標(biāo)高采用比路面標(biāo)高低20 cm的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)布局。

4.3.2雨水的凈化和過(guò)濾

在道路綠化帶設(shè)計(jì)中，其次，應(yīng)當(dāng)注意雨水的凈化和過(guò)濾。對(duì)自然降下的雨水進(jìn)行凈化和過(guò)濾是實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用的基礎(chǔ)，因此對(duì)雨水的凈化過(guò)濾過(guò)程應(yīng)越早越好。一般雨水的過(guò)濾從雨水的滲入過(guò)程就已開(kāi)始，綠化帶地面最底層需鋪設(shè)滲透管，并自下而上分別鋪設(shè)礫石、透水土工布、種植土和鵝卵石。此類(lèi)型的鋪設(shè)順序和鋪設(shè)材料能實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的多重凈化過(guò)濾，極大地改善雨水的清潔程度。

4.3.3雨水的滯蓄緩排

在道路綠化帶設(shè)計(jì)中，最后，需注意雨水的滯蓄緩排。傳統(tǒng)市政工程道路設(shè)計(jì)一般采取將人行道和車(chē)行道的雨水全部通過(guò)雨水口排入道路排水系統(tǒng)的排水方式，這種排水方式很容易造成城市部分道路內(nèi)排水系統(tǒng)率先達(dá)到額定容納量，從而導(dǎo)致內(nèi)澇災(zāi)害。然而，應(yīng)用海綿城市理念的道路設(shè)計(jì)，則采取在機(jī)動(dòng)車(chē)道兩側(cè)開(kāi)口路緣石附近將雨水匯流至下沉式綠地，綠地內(nèi)的溢流式雨水口能起到緩解雨水流量大小的作用。當(dāng)綠地內(nèi)土層的含水率飽和后水位才會(huì)開(kāi)始升高，水位高于雨水口后才會(huì)匯流至排水系統(tǒng)中。此類(lèi)型設(shè)計(jì)既能調(diào)蓄雨水，也能對(duì)雨水進(jìn)行錯(cuò)峰排放。

4.4附屬設(shè)施設(shè)計(jì)

道路的附屬設(shè)施主要有路緣石和雨水口。對(duì)路緣石來(lái)說(shuō)，平緣石一般設(shè)置為與路面平齊即可，能有效減小路面積水的面積，立緣石則應(yīng)比平緣石高出少許，從而提升雨水流入綠化帶的效率。對(duì)于雨水口來(lái)說(shuō)，本項(xiàng)目采用環(huán)保型雨水口，雨水口沿道路縱向每隔30 m設(shè)置一處，且在入口處增設(shè)透水溢流堰和截污框，顯著改善了下滲水流的污染程度。

4.5排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

應(yīng)用海綿城市理念對(duì)市政工程道路進(jìn)行設(shè)計(jì)的主要目的為防止內(nèi)澇災(zāi)害的產(chǎn)生，因此，良好的排水系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)里極為重要的一環(huán)。為使城市排水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更為高效，具備更高的排水量，在進(jìn)行排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將海綿城市排水系統(tǒng)與常規(guī)雨水排出系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，通過(guò)各子系統(tǒng)的有效連接實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的一體化。此外，還應(yīng)建立健全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的儲(chǔ)水量要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，動(dòng)態(tài)調(diào)整各子系統(tǒng)的蓄水量，避免因某一子系統(tǒng)出現(xiàn)故障而影響排水系統(tǒng)整體功能。例如，當(dāng)某一子系統(tǒng)的儲(chǔ)水設(shè)施達(dá)到額定量后，應(yīng)將改設(shè)施內(nèi)的水源分流至其他儲(chǔ)水設(shè)施，對(duì)水資源合理進(jìn)行調(diào)配和涵養(yǎng)，為城市的生態(tài)環(huán)境提供良好的水資源補(bǔ)給方案。

5結(jié)語(yǔ)

海綿城市設(shè)計(jì)理念對(duì)防治城市內(nèi)澇災(zāi)害有著十分重要的作用，因此這一設(shè)計(jì)理念在目前的市政道路工程中也已被廣泛采用。若要更好地改善城市生態(tài)環(huán)境、改善水資源條件和防治內(nèi)澇災(zāi)害，在應(yīng)用海綿城市理念時(shí)，需要因地制宜，把握好理念特性，選用合適材料、植被與布局方案，綜合城市的自然環(huán)境來(lái)對(duì)道路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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