涇河新城市政道路海綿城市建設(shè)方案研究

司 佳，孔 茜，鄭 寧

（西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710068）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市道路不斷修建，城市硬化路面不斷擴(kuò)大，將對(duì)城市發(fā)展帶來(lái)如下問(wèn)題：

（1）雨水無(wú)法滲入土壤，雨水資源無(wú)法回收利用。

（2）初期雨水進(jìn)入雨水管道后將直接排入河流，造成河流污染。

（3）極端天氣時(shí)，城市下墊面無(wú)法有效抵御洪澇災(zāi)害，可能引起城市內(nèi)澇。

為解決市政道路排水出現(xiàn)的問(wèn)題和漏洞，本文以“海綿城市”建設(shè)理念為指導(dǎo)，完善市政道路排水的合理性，使市政道路能夠有效地對(duì)雨水進(jìn)行入滲和吸收。

海綿城市是使城市能夠像海綿一樣，在應(yīng)對(duì)外界環(huán)境變化和適應(yīng)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)可將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市的宗旨是讓城市“彈性適應(yīng)”周?chē)h(huán)境的變化與洪澇災(zāi)害，使城市實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

因此，海綿城市理念給城市市政道路建設(shè)提供了重要的思路。本文以涇河新城為例，進(jìn)行市政道路海綿城市設(shè)計(jì)方案的研究。

1 涇河新城現(xiàn)狀及海綿城市適用性分析

1.1 涇河新城現(xiàn)狀

涇河新城位居西安大都市主城區(qū)北緣，南臨秦漢新城及經(jīng)開(kāi)區(qū)，東接涇渭新城，北枕三原縣，西靠空港物流區(qū)，地處未來(lái)大西安北部拓展區(qū)的核心。涇河新城圍繞“創(chuàng)新城市發(fā)展方式，建設(shè)現(xiàn)代田園都市”的目標(biāo)，已經(jīng)將園區(qū)內(nèi)部五條主干路（城市骨架）修建完成。五條主干路分別是茶馬大道、正陽(yáng)大道、灃涇大道、高涇大道、涇河大道。部分次干路及支路也已經(jīng)修通。目前，對(duì)接主城的道路及橋梁建設(shè)正在火熱地進(jìn)行中，如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目區(qū)域位置圖

但是這五條主干路的道路斷面都是采用傳統(tǒng)的道路斷面。道路多為四幅路，中央分隔帶寬8 m，兩側(cè)分隔帶各寬2～5 m，紅線(xiàn)寬度60～80 m，紅線(xiàn)外側(cè)均有10～20 m的綠帶。

排水系統(tǒng)也是沿用傳統(tǒng)的雨水收集排放系統(tǒng)，即路面雨水→雨水口→雨水口連接管→檢查井→市政管網(wǎng)“快排”系統(tǒng)。

基于以上現(xiàn)狀情況，陜西省西咸新區(qū)涇河新城積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，緊跟海綿城市建設(shè)的步伐，對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行海綿城市提升的愿望也非常強(qiáng)烈。

1.2 海綿城市適應(yīng)性分析

1.2.1 地下水

涇河新城地下水主要為潛水，潛水的補(bǔ)給源主要由河流側(cè)滲、大氣降水補(bǔ)給，水量較豐富，地下水的排泄方式主要為蒸發(fā)和人工開(kāi)采，屬?zèng)芎英窦?jí)階地。潛水埋深一般在5.0～9.5 m。雨水入滲能夠一定程度補(bǔ)充地下水。

1.2.2 土質(zhì)

涇河新城地處非自重濕陷性黃土區(qū)域，地基濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)（輕微）和Ⅱ級(jí)（中等）濕陷，場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)的地基土主要由第四系填土、黃土狀土（粉質(zhì)黏土）組成。濕陷性黃土屬于特殊土質(zhì)，浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著的附加變形，因此整個(gè)區(qū)域的海綿城市建設(shè)必須考慮地基濕陷對(duì)工程可能造成的危害，可以采用小型、淺層入滲設(shè)施，并應(yīng)考慮采用土工布等防滲設(shè)施。

1.2.3 降雨雨型

西安地區(qū)多年平均降水量520 mm，降雨主要集中在6—9月，大部分降雨量都集中在降雨前期，為短歷時(shí)高強(qiáng)度前鋒雨型。

涇河新城地區(qū)降雨產(chǎn)流速度快，易造成雨水徑流峰值流量高，對(duì)排水系統(tǒng)產(chǎn)生較高壓力，加之涇河新城建設(shè)區(qū)地勢(shì)整體比較平坦，涇河北岸北高南低。整個(gè)建設(shè)區(qū)的坡度較緩，容易造成路面積水，有利于采用海綿城市的技術(shù)措施。

1.2.4 蓄用空間

涇河新城道路兩側(cè)綠地?cái)?shù)量較多，綠地寬度多為10～15 m，提供較多調(diào)蓄空間，也為雨水回用于灌溉澆灑提供前提，有利于雨水資源的調(diào)蓄和利用。因此涇河新城道路提升改造建設(shè)中適宜應(yīng)用“蓄”，緩解水資源短缺問(wèn)題，同時(shí)對(duì)進(jìn)入蓄水設(shè)施前初期雨水采取相應(yīng)的初雨水污染控制措施。

2 涇河新城市政道路海綿城市建設(shè)改造方案

本文針對(duì)涇河新城目前已經(jīng)修建完成的五條主干路，改變以往傳統(tǒng)的道路及排水模式，對(duì)這五條主干路進(jìn)行海綿城市改造提升，綜合運(yùn)用路緣石開(kāi)口、植草溝、生物滯留等工程措施，將路面的雨水通過(guò)低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施使其在雨水徑流量控制、面源污染控制和排水防澇方面取得效果。

綜合現(xiàn)場(chǎng)情況、實(shí)施條件及設(shè)施適用性等實(shí)際情況，對(duì)于現(xiàn)狀高涇大道中央8 m綠化帶、灃涇大道6 m路側(cè)帶、涇河大道5 m路側(cè)帶、正陽(yáng)大道6 m中央分隔帶及4 m路側(cè)帶采用下沉式綠地或植被淺溝，如圖2和圖3所示。

圖2 下沉式綠地?cái)嗝媸疽鈭D

圖3 植被淺溝斷面示意圖

對(duì)于現(xiàn)狀茶馬大道2.5 m路側(cè)帶、灃涇大道和高涇大道2 m機(jī)非分隔帶，采用下沉式綠化分隔帶，如圖4所示。

圖4 下沉式綠化分隔帶斷面示意圖（單位：mm）

采取海綿城市技術(shù)改造過(guò)的道路斷面如圖5和圖6所示。

該次設(shè)計(jì)考慮在道路兩側(cè)10～20 m綠地范圍內(nèi)設(shè)置小型蓄水模塊，用以消減洪峰徑流下雨水管道內(nèi)的超負(fù)荷雨水，超量雨水將通過(guò)溢流管排至該蓄水模塊。模塊尺寸為B×L×H=10 m×4 m×3.6 m（有效水深2.5 m），單池有效容積100 m3。同時(shí)建議在現(xiàn)狀道路紅線(xiàn)外10～20 m綠化帶內(nèi)設(shè)置植草溝或雨水花園。

圖5 茶馬大道橫斷面示意圖（單位：m）

圖6 正陽(yáng)大道橫斷面示意圖（單位：m）

2.1 路沿石豁口設(shè)計(jì)

下沉式綠地入流系統(tǒng)是下沉式綠地的一個(gè)重要組成部分，其結(jié)構(gòu)可影響到下沉式綠地或植草溝的收水效果、維護(hù)和使用壽命。目前應(yīng)用較普遍的就是在路緣石上預(yù)留豁口，將徑流道路滯留溝中。

涇河新城六條道路緣石豁口的開(kāi)口長(zhǎng)度確定為每間隔15 m設(shè)置0.8 m的路緣石豁口。豁口的樣式考慮西安古城特色，如圖7所示。

圖7 路緣石豁口

2.2 濕陷性黃土的處理措施

在涇河新城市政道路制定海綿城市改造方案的同時(shí)，針對(duì)西安地區(qū)特有的濕陷性黃土，采取了特殊的處理措施。首先，在植草溝或下沉式綠地?fù)Q填土的下方，采用PE防水土工布進(jìn)行包封，防止水入滲至土壤中造成土壤濕載變形、結(jié)構(gòu)破壞；其次，在分隔帶兩側(cè)砌筑混凝土隔離墻，保證機(jī)動(dòng)車(chē)道路基不受隔離帶土壤變形的干擾，同時(shí)也防止入滲水橫向流動(dòng)，侵入機(jī)動(dòng)車(chē)道，防止車(chē)行道路基沉陷，如圖8所示。

圖8 采用PE防水土工布包封路基

3 效果分析

3.1 雨水年徑流總量控制率校核

年徑流量控制主要靠下凹式生物滯留帶，單位面積調(diào)蓄體積為0.16 m3。

綜合改造五條道路，取最不利道路（茶馬大道），經(jīng)計(jì)算，綜合雨量徑流系數(shù)為 ψ=（S1ψ1+S2ψ2+S3ψ3）/S=0.68，進(jìn)一步計(jì)算得到，控制降雨量H=V/10 ψF=19.6 mm，查“年徑流總量控制率-設(shè)計(jì)降雨量對(duì)應(yīng)關(guān)系表”得對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率為86%，見(jiàn)表1。其中，S為面積，hm2；ψ為徑流系數(shù)；H 為降雨量，mm；V 為調(diào)蓄體積，m3；F 為匯水面積，hm2。

3.2 面源污染控制計(jì)算

年SS總控制率即面源污染控制率：年SS總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施對(duì)SS的平均去除率（取值82%）=70.5%。

表1 年徑流總量控制率-設(shè)計(jì)降雨量對(duì)應(yīng)關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

（1）目前，在濕陷性黃土地區(qū)應(yīng)用海綿城市技術(shù)尚處于初探階段，海綿城市的應(yīng)用是否對(duì)濕陷性黃土地區(qū)的道路路基造成影響尚需要后期對(duì)道路進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，及時(shí)完善處理措施。

（2）本文主要針對(duì)市政道路在海綿城市建設(shè)中的設(shè)計(jì)方案，希望今后能夠結(jié)合周?chē)珗@、綠地、小區(qū)，對(duì)一個(gè)小區(qū)域整體進(jìn)行海綿城市建設(shè)進(jìn)行研究。