張敬陽,吳 倩

（1.廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司,廣東 廣州 510000; 2.南寧市建設(shè)工程消防服務(wù)中心,廣西 南寧 530000）

0 引言

隨著城市化的持續(xù)推進，市政道路的建設(shè)規(guī)模日益擴大，破壞了自然地面，導(dǎo)致城市在連續(xù)降雨天氣下容易出現(xiàn)內(nèi)澇，危及居民的生命和財產(chǎn)安全。為了解決這一問題，很多學(xué)者提出了“海綿城市”的建設(shè)理念。海綿城市道路是指道路像海綿一樣具有良好的彈性，在連續(xù)降雨天氣下，具有“滲、蓄、滯、凈、用、排”功能，以控制地面徑流、排水防澇、改善生態(tài)環(huán)境、促進水資源的循環(huán)利用等[1]。但是，目前海綿城市道路的設(shè)計理論仍不完善，可參考的落地項目較少，因此，進一步研究海綿城市理念在市政道路排水設(shè)計中的應(yīng)用意義重大。

1 海綿城市道路設(shè)計原則和設(shè)計思路

1.1 設(shè)計原則

海綿城市道路設(shè)計時應(yīng)在滿足基本交通功能的前提下堅持以下原則：一是生態(tài)優(yōu)先原則。道路排水設(shè)施布置時要盡量保護現(xiàn)有河流、濕地、湖泊、草地等水源敏感區(qū)，從而最大限度地保持其在道路建設(shè)前的水文特征。二是節(jié)水原則。對于缺水地區(qū)，應(yīng)加大市政道路排水設(shè)施的蓄水、滯水、凈水等，以便于將雨水回收再利用。三是因地制宜原則。市政道路排水設(shè)計時要結(jié)合當(dāng)?shù)厮奶卣?、地勢、氣候氣象、路網(wǎng)規(guī)劃、投資金額等合理布置LID 設(shè)施（Low Impact Development）[2]。

1.2 設(shè)計思路

為了確保海綿城市道路實現(xiàn)“小雨不積水，大雨不內(nèi)澇”的目標(biāo)，排水設(shè)計應(yīng)采取源頭減排、過程控制的方案。具體闡述如下：

源頭減排：利用下沉式綠地、透水鋪裝等LID 設(shè)施使雨水入滲、就地利用，從源頭上控制地表徑流，減小路面積水，以免影響行車和行人安全。

過程控制系統(tǒng)：先梳理出城市排水系統(tǒng)，對易出現(xiàn)內(nèi)澇的排水段落提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，改造原有排水設(shè)施，同時，利用山谷、自然溝壑、人工雨洪水調(diào)蓄設(shè)施等來減緩汛期洪峰，增補地下水。

2 海綿城市道路常用LID 設(shè)施設(shè)計

應(yīng)用LID 設(shè)施后可以確保場地開發(fā)前后的水文特征基本保持不變，以提高雨水利用效率，減少城市內(nèi)澇。根據(jù)《海綿城市建設(shè)指南》，市政道路常用的LID 設(shè)施有透水鋪裝和生物滯留設(shè)施（生態(tài)樹池、生物滯留帶、雨水花園等）、植草溝等。

2.1 透水鋪裝設(shè)計

按使用功能不同，可將市政道路的透水鋪裝分為透水瀝青路面、透水混凝土、透水磚三類，分別闡述如下[3]：

2.1.1 透水瀝青路面

透水瀝青路面可用于交通量較大的城市主干路或快速路的機動車道，有面層排水型、基層排水型、全透水型三類，如圖1 所示。面層排水型瀝青路面只有上面層是透水材料，下面層不透水，并在上面層和下面層之間設(shè)計一層瀝青封層，以確保雨水從上面層底部排向兩側(cè)?；鶎优潘蜑r青路面的面層和基層都是透水材料，墊層不透水，并在基層與墊層之間設(shè)計一層瀝青封層，以確保雨水從基層底部排向兩側(cè)。全透水型瀝青路面的所有結(jié)構(gòu)層和路基都是透水材料，且墊層和路基之間設(shè)計一層反濾隔離層，防止?jié)B入路基中的水通過毛細(xì)作用滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部。

圖1 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)示意

2.1.2 透水混凝土

透水混凝土又稱多孔混凝土，多用于荷載＜40 kN 的非機動車道、園區(qū)道路等。透水混凝土由粗集料（粒徑＞5 mm 的碎石或卵石）、水泥基、增強劑、水等均勻拌和而成，其連續(xù)孔隙率＞10%，滲透系數(shù)≥1 mm/s。根據(jù)《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 135—2009），可將透水混凝土分為全透水結(jié)構(gòu)和半透水結(jié)構(gòu)，兩者主要區(qū)別在于基層材料不同。

2.1.3 透水磚

透水磚的結(jié)構(gòu)強度小，價格也較低，多用于人行道、公園綠道等。按生產(chǎn)工藝不同，透水磚可分為燒制產(chǎn)品和非燒產(chǎn)品，前者是利用工業(yè)廢料、建筑材料等與結(jié)合劑結(jié)合，在高溫條件下燒制而成，并在磚內(nèi)預(yù)留通道孔；后者是將級配良好的水泥、石灰、黏結(jié)材料等壓制而成，磚內(nèi)也是預(yù)留通道孔。需注意，透水磚施工工藝復(fù)雜，對找平層材料配比要求較高。

2.2 生物滯留設(shè)施設(shè)計

2.2.1 生態(tài)樹池

傳統(tǒng)的樹池是高于周邊場地的，雨水難以流向樹池，且樹池中的植物以大型喬木或灌木為主，樹冠會遮擋雨水。生態(tài)樹池則是對傳統(tǒng)樹池的改造和優(yōu)化，具體如下：一方面，降低生態(tài)樹池的標(biāo)高，使其頂面低于周邊場地，為雨水滲入提供條件；另一方面，在生態(tài)樹池上方鋪種植土（不壓實），下方鋪砂礫或碎石過濾層，使雨水入滲、滯留，減小市政道路排水管網(wǎng)的壓力。如果生態(tài)樹池位于地下建筑物之上，或者特殊巖土區(qū)域，需對生態(tài)樹池的側(cè)面和地面進行防水處理。

2.2.2 生物滯留帶

生物滯留帶是應(yīng)用最廣的生物滯留設(shè)施，由進水口（路緣石豁口）、溢流式雨水口（和雨水管相連接）、蓄水層、種植土、沉砂井等構(gòu)造物組成，如圖2 所示。

圖2 生物滯留帶典型構(gòu)造

由圖2 可知：在連續(xù)降雨天氣下，道路路面匯集的雨水通過兩側(cè)路緣石豁口進入生物滯留帶。對于污染較嚴(yán)重的雨水，需先進入沉沙井預(yù)處理，再進入生物滯留帶；對于無污染或污染較輕的雨水，可直接進入生物滯留帶。當(dāng)進入生物滯留帶中的雨水＞儲蓄能力，其余雨水會通過溢流式雨水口與雨水管網(wǎng)相連。此外，由于生物滯留帶中存在微生物、砂礫、碎石等，可過濾和凈化雨水。

2.2.3 雨水花園

雨水花園是將技術(shù)、藝術(shù)相結(jié)合的典范，可提升市政道路排水設(shè)施的美觀性。雨水花園是自然形成的或人工挖掘的淺凹綠地，可以匯集并吸收來自市政道路路面的雨水徑流，并利用植物等來凈化雨水，使凈化后的雨水逐漸滲入到雨水花園下方的土壤內(nèi)，以補充地下水，降道路路面徑流洪峰和徑流總量。

2.3 植草溝設(shè)計

植草溝是設(shè)置在道路兩側(cè)的淺層地表溝渠排水系統(tǒng)，可實現(xiàn)收集、輸送雨水的功能，且具有施工簡單、占地面積小、便于維護等優(yōu)勢。按斷面形式不同，植草溝有拋物線形、梯形、三角形等。需注意，用地緊張的區(qū)域，市政道路不宜使用梯形植草溝[4]。

為了確保排水效果，植草溝的縱坡坡度不宜過大或過小。當(dāng)植草溝縱坡較小時，雨水可能淤積在溝內(nèi)，一旦淤積的雨水大于植草溝容量后，會漫流至路面，影響行車安全性；當(dāng)植草溝過大，會因水流速度過快對溝底產(chǎn)生較大的沖擊力，侵蝕溝底土壤。此時，可考慮開挖臺階，以減小植草溝內(nèi)的水流速度。此外，植草溝內(nèi)的植物高度宜取100~200 mm，以免植物過高影響過水效率。

綜上，每個LID 排水設(shè)施的排水特性和適用條件并不完全相同。在市政道路排水設(shè)計期間，應(yīng)將多種LID排水設(shè)施有機組合，共同控制路面徑流總量和峰值。

3 海綿城市道路應(yīng)用實例分析

3.1 工程概況

3.1.1 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

研究對象為城市主干路工程，其路線全長12.6 km，起訖樁號為K0+000~K12+600，設(shè)計速度60 km/h，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道，紅線寬度為46 m，由中間分隔帶、機動車道、非機動車道、人行道、綠化帶等部分組成。路面結(jié)構(gòu)擬采用瀝青混合料，厚度68 cm。經(jīng)調(diào)查，道路所在區(qū)域為溫帶季風(fēng)性氣候，年降雨量較大，多年平均降水量約956~1 066 mm，且以短時強降雨為主，全年降雨量的80%集中在5—9 月份。為了打造高品質(zhì)、示范性城市道路工程，擬基于海綿城市理念進行優(yōu)化設(shè)計。

3.1.2 設(shè)計目標(biāo)

根據(jù)所收集的該道路所在區(qū)域的降雨量資料，統(tǒng)計了不同年徑流總量控制率下的設(shè)計降雨量，見表1。

表1 年徑流總量控制率與設(shè)計降雨量的關(guān)系

由《海綿城市建設(shè)指南》可知，該市政道路設(shè)計目標(biāo)如下：年徑流總量控制率達到80%，設(shè)計降雨量取43.2 mm。

3.2 設(shè)計方案優(yōu)化

3.2.1 道路排水設(shè)施

從鋪裝材料、路緣石、植草溝、生態(tài)樹池、雨水口等方面對市政道路的排水設(shè)施進行優(yōu)化設(shè)計，具體優(yōu)化方案總結(jié)見表2。

表2 海綿城市道路排水設(shè)施優(yōu)化設(shè)計方案

3.2.2 道路排水設(shè)施與周邊的銜接

與城市水系銜接：城市水系是道路雨水排放的最終受體，具備雨水調(diào)蓄功能，包括濕塘、濕地、河流水系等。道路排水管網(wǎng)中的雨水經(jīng)過城市水系的沉淀、過濾、凈化作用后，可排入城市水系。

與城市綠地銜接：在干旱區(qū)域，道路雨水可直接進入城市水系中。而在暴雨多發(fā)地區(qū)，道路雨水需先經(jīng)排水管流向調(diào)節(jié)塘，以削減峰值流量。隨后，雨水再從排水口流向城市水系中沉淀、過濾、凈化、存儲。當(dāng)雨水徑流大于濕塘或雨水濕地的存儲體積，則會排向下一個調(diào)蓄設(shè)施。

3.3 設(shè)計效果評價

3.3.1 模擬方法

為了驗證海綿城市的設(shè)計效果，利用SWMM 模型（Storm Water Management Model）模擬了道路雨水的產(chǎn)匯流及下滲，具體流程如下[5]：①工程參數(shù)輸入。啟動SWMM 軟件后，要先輸入研究道路的名稱、模擬日期等，并結(jié)合道路實際情況來調(diào)整默認(rèn)參數(shù)；②對象繪制。將道路沿線的匯水區(qū)域劃分成若干個子區(qū)，并生成排水管網(wǎng)；③模型運行。設(shè)置好模擬步長、運動模型等數(shù)據(jù)后運行軟件模擬降雨及道路徑流產(chǎn)生、匯集、下滲等；④結(jié)果查詢。根據(jù)研究目標(biāo)，可自動導(dǎo)出相應(yīng)成果。

3.3.2 模擬結(jié)果

結(jié)合相關(guān)研究成果，以SWMM 模型計算出的市政道路路面淹沒深度為指標(biāo)來評價海綿城市道路的設(shè)計效果。當(dāng)淹沒深度為＜15 cm、15~30 cm、30~50 cm、＞50 cm 時，對應(yīng)的內(nèi)澇風(fēng)險等級分別為無風(fēng)險、低風(fēng)險、中風(fēng)險、高風(fēng)險。在道路沿線取100 個路面淹沒深度監(jiān)測點，利用SWMM 模型計算了降雨重現(xiàn)期為10 年時各個內(nèi)澇風(fēng)險等級的占比，計算結(jié)果見圖3。

圖3 海綿城市道路內(nèi)澇風(fēng)險等級占比

由圖3 可知：道路上將近80%的監(jiān)測點的內(nèi)澇風(fēng)險等級均為無風(fēng)險或低風(fēng)險，僅有2%的監(jiān)測點內(nèi)澇風(fēng)險等級屬于高風(fēng)險。這說明海綿城市理念在道路排水設(shè)施設(shè)計中的應(yīng)用效果較好。

4 結(jié)語

該文研究了海綿城市道路的設(shè)計原則、設(shè)計思路、LID 設(shè)施設(shè)計方法，并對其設(shè)計效果進行評價，得到了以下幾個結(jié)論：

（1）海綿城市道路包括“滲、蓄、滯、凈、用、排”等要素，在設(shè)計時應(yīng)采取源頭減排、過程控制的方案。

（2）海綿城市道路排水設(shè)計的關(guān)鍵是選擇合適的LID 設(shè)施及其組合方案，常用的LID 設(shè)施有透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、植草溝等。

（3）為了驗證海綿城市道路的設(shè)計效果，可以SWMM 模型計算道路路面的淹沒深度為評價指標(biāo)。