北方地區(qū)低等級“海綿公路”建設技術研究

劉文俊

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032)

1 研究背景

1.1 “海綿公路”建設理念及要求

海綿城市理念主要是在基礎設施開發(fā)建設中，引入低影響開發(fā)措施，建立完善的生態(tài)系統(tǒng)，對雨水進行吸納、蓄滲和緩釋，盡可能維持項目開發(fā)建設前后水文特征不變，實現(xiàn)生態(tài)優(yōu)先、安全為重、因地制宜、統(tǒng)籌建設的基本要求。

公路作為一種帶狀交通設施，與傳統(tǒng)城建開發(fā)對生態(tài)的影響相比體現(xiàn)出較大差異，“海綿公路”對傳統(tǒng)海綿設施的適應性存在一定的水土不服。構建完善的生態(tài)公路海綿體系，順應自然、保護生態(tài)，對建設綠色生態(tài)公路起到重大指導價值。

1.2 研究項目基本概況

山西雁北地區(qū)某縣農(nóng)村旅游扶貧公路項目所在地位于山西省最北端，地處黃土高原東北邊緣，屬溫帶大陸性季風氣候區(qū)，受季風影響，四季鮮明，有典型的北方地區(qū)環(huán)境特征。路線全長64.15 km，其中主線道路41.52 km，采用三級公路設計標準，支線道路22.63 km，采用四級公路設計標準。道路主線起終點與鄰縣同批建設旅游公路順接，支線與現(xiàn)有省道和縣鄉(xiāng)公路相連接，形成四通八達、層次分明、功能齊備的公路運輸網(wǎng)。

2 北方地區(qū)低等級“海綿公路”構建措施分析

2.1 建設條件

北方地區(qū)地質(zhì)土層多以黃土、砂類土等巖層為主，尤其是黃土高原地區(qū)濕陷性黃土發(fā)育較多，氣候特征四季分明，降雨時空分布不均；風沙嚴重、土地沙化問題突出、水資源儲量不足，導致北方地區(qū)生態(tài)環(huán)境舊債欠賬較多。

另外大多市縣公路管理部門有限的公路養(yǎng)護資金與大體量的低等級公路維護需求形成鮮明對比，粗放型管理運營模式需有與之相適應的建設模式匹配。

2.2 海綿設施應用分析

山西雁北地區(qū)某縣農(nóng)村旅游扶貧公路項目區(qū)為典型的北方氣候環(huán)境，主線道路與支線道路交織形成大區(qū)域內(nèi)的低等級公路網(wǎng)，著眼于適應性強的海綿設施研究，對北方地區(qū)建設綠色環(huán)保型“海綿公路”有較大指導示范意義。

(1)雨水入滲和滯蓄

①透水路面

受氣候主導作用，北方地區(qū)冬季寒冷，積雪現(xiàn)象容易出現(xiàn)，道路沿線土體存在凍脹現(xiàn)象，路面徑流降水滲入路面結構會導致積水融凍破壞路面結構的整體穩(wěn)定。且北方地區(qū)風沙浮塵嚴重，透水路面清洗困難，后期維護難度大，因此不推薦鋪裝透水路面。

②植草邊溝

采用蝶形土質(zhì)植草邊溝代替灰色硬化排水邊溝及排水溝，邊溝徑流系數(shù)大大降低，路面徑流雨水進入植草邊溝后，土體吸水飽和后開始形成徑流，以較低的流速流入下游的過程中，可起到調(diào)節(jié)降雨洪峰的作用。植草溝內(nèi)的植物可截留、吸收大部分路面雨水沖刷帶來的泥沙和有機污染物，可降低對下游水體的污染。為避免植草邊溝內(nèi)下滲雨水浸入路基導致路基強度減弱，在植草邊溝靠路基一側(cè)鋪設一層防滲土工布，深度按不小于2 m控制。

③植草護坡

道路沿線路基防護工程存在大量硬化下墊面，對原地面生態(tài)破壞嚴重，研究項目區(qū)土質(zhì)多為黃土、砂土，在填挖方高度小于8 m的路段采用土質(zhì)植草護坡，坡面降雨能夠下滲、存蓄在道路兩側(cè)防護范圍內(nèi)，形成補給地下水的水源。但是在易發(fā)生陡坡坍塌及滑坡災害的路段，應當以安全防護為第一任務，采用傳統(tǒng)擋墻防護。

④下沉式綠地

結合公路兩側(cè)用地界，在旅游扶貧公路路基零填挖方路段，道路兩側(cè)路沿石至用地界之間設置下沉式綠地，下沉高度不小于5 cm。由于該項目道路縱坡變坡點較多(平均3.253個/km)，最大縱坡7%，為有效溢流下沉式綠地內(nèi)的超量雨水，不另行設置溢流口，僅將道路每兩個變坡點之間的下沉式綠地作為一個單元，在每個單元縱坡最低點開設豁口，與植草邊溝或其他排水設施連通，將超量雨水排入下游設施。為避免濕陷性黃土路段滯蓄雨水下滲導致路基失穩(wěn)塌陷，在路基兩側(cè)5 m范圍內(nèi)不建議采用，否則應采用相應的預防措施。

(2)雨水調(diào)蓄和控制

受溫帶季風氣候作用，北方地區(qū)降水多集中在7、8月份，夏季暴雨、春旱嚴重，旅游扶貧公路沿線土地沙化問題嚴重路段，存在暴雨時徑流雨水挾裹泥沙向下游輸送的問題。對降雨的有效調(diào)蓄和控制，對降低暴雨洪峰流量、水土保持有積極作用。

利用道路兩側(cè)現(xiàn)有的天然洼地、河道設置雨水塘，匯集植草邊溝及自然明渠來水，建成雨水的彈性調(diào)控設施，實現(xiàn)面源污染控制、削減道路管涵洪峰過流流量。

雨水塘采用雨水滲透塘和雨水調(diào)蓄塘兩種模式，自然明渠來水進入雨水塘前，應在雨水塘前設置前置塘，去除大顆粒污染物并減緩水流流速，進水處設置卵石消能，防止水流沖刷侵蝕。其中滲透塘底部設置透水土工布，邊坡坡比按1∶4控制，塘底至溢流水位不下于1.0 m；調(diào)蓄塘底部采用植草磚+0.6 m種植土+防滲土工布處理，邊坡根據(jù)地質(zhì)情況選用植草、空心磚、干砌塊石、漿砌石等形式，塘深不小于1.5 m，蓄水位以上設0.5 m超高。雨水塘周圍設置護欄、警示牌等安全設施。

(3)水資源收集利用

北方地區(qū)地下水超量開采問題突出，提高水資源的利用率、合理回用中水、收集利用降水、回補地下水成為與海綿設施相結合的“海綿公路”管理措施，低等級公路運營期，道路沿線用水量最大的設施主要為綠化用水。通過將低等級公路建設為“海綿公路”，土質(zhì)邊坡和植草邊溝下部土層能夠在降雨后滯蓄部分雨水，除滿足綠化植被用水外，下滲還可下滲回補地下水，利用雨水調(diào)蓄塘蓄積的雨水，可以作為日常綠化養(yǎng)護用水，減少地下水開采量。

(4)景觀植被選擇

根據(jù)當?shù)貧夂蛱卣?，項目沿線喬木采用的河北楊、國槐、大葉榆；地被綠植采用野菊、金針、銀葉菊；水生植物采用蘆葦、荷花。

3 結束語

結合低影響開發(fā)理念，在北方地區(qū)低等級公路建設中貫徹“滲、滯、蓄、凈、用、排”六字指導方針，將公路排水系統(tǒng)建設成“慢排緩釋”、“資源利用”、“自然和諧”的海綿體系，能夠更好適應北方自然氣候，減小公路運營期的養(yǎng)護投資，實現(xiàn)生態(tài)友好開發(fā)目標。