“海綿城市”理念中的城市道路設(shè)計(jì)分析

朱靚瑛

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

1 提出“海綿城市”理論的背景

“海綿城市”理念的提出背景，2011年中國城鎮(zhèn)化率首次超過50%，城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，但是城市化的過程改變了自然環(huán)境，破壞自然生態(tài)的均衡態(tài)勢(shì)。大量水泥建筑的應(yīng)用，使地面、屋面、路面等的硬化，改變了原有的生態(tài)環(huán)境和水文特征，破壞了原生態(tài)“海綿體”，導(dǎo)致“逢雨必澇、雨后即旱”，進(jìn)而帶來了城市內(nèi)澇、水資源短缺、水資源污染、水資源安全保障降低、傳統(tǒng)水文化消失、水土流失等一系列自然環(huán)境、水環(huán)境的安全全問題，我們亟需一個(gè)更為綜合全面的解決方案。在這樣的背景下，我國于2000年初就提出了建設(shè)具有中國特色海綿城市的思路，開始分析研究我國城市面臨的自然環(huán)境和水環(huán)境安全問題，以提高我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的城市建設(shè)能力。2012年4月在《低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》中，第一次提出“海綿城市”的概念，2014年住建部出臺(tái)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》提出了海綿城市的思路，2015年中國第一批16個(gè)海綿試點(diǎn)城市的出爐，標(biāo)志我國海綿城市建設(shè)試點(diǎn)工作的全面鋪開，2017年《政府工作報(bào)告》中正式寫入了“海綿城市”理念，這是繼生態(tài)、園林、低碳、智慧城市等一系列政策性引導(dǎo)的城市理念后出現(xiàn)的新城市建設(shè)概念，同時(shí)也是立足于我國的水資源特質(zhì)和應(yīng)對(duì)水環(huán)境問題的積極舉措，已經(jīng)上升至國家戰(zhàn)略的層面。

2 海綿城市的基本理念

海綿城市指城市像海綿一樣具有水分與力學(xué)兩個(gè)特性，水分特性指的是吸收水、保存水、釋放水等特性，力學(xué)特征指的是回彈性、壓縮行、恢復(fù)性等特性，“海綿城市”理念是一種形象的比喻，來源于學(xué)術(shù)界和行業(yè)內(nèi)經(jīng)常借用的“海綿”物理特質(zhì)來比喻城市的某一種吸附功能，比喻城市具有的雨水吐納能力，在學(xué)術(shù)術(shù)語稱為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)”（Low impact development of rainwater system construction）。

海綿城市是以保護(hù)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡為前提，依靠建筑本身與小區(qū)、綠化與公園、市政道路等基礎(chǔ)設(shè)施，將城市布局、土地利用、城市設(shè)計(jì)和施工等統(tǒng)籌規(guī)劃，充分發(fā)揮建筑本身、市政道路、公園、綠化、自然水系等對(duì)降水的滲入吸納、保存和緩釋功能，有效控制地表的雨水徑流，形成一個(gè)自然吸納、自然蓄滲、自然凈化，自然釋水的雨水循環(huán)系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的“以排為主”的城市降水排除方式。在城市降雨過程中能夠?qū)⒂晁糇?，滲透、吸納、存蓄、凈化、緩釋，有效地補(bǔ)充地下水，綜合調(diào)節(jié)水循環(huán)讓城市水資源得到更好的利用，也讓城市在自然環(huán)境變化和自然災(zāi)害等方面具有海綿一樣良好“彈性”，達(dá)到減少內(nèi)澇、豐富景觀和增強(qiáng)生態(tài)的三位一體功能，讓城市更加宜居。

3 海綿城市具體內(nèi)涵

海綿城市建設(shè)的內(nèi)涵：現(xiàn)代化的城市應(yīng)像海綿一樣吸收、蓄滲、凈化、釋水等一系統(tǒng)綜合利用降水的功能，以及有效應(yīng)對(duì)惡劣氣候變化的功能，將水資源的可持續(xù)利用、有效循環(huán)、良好內(nèi)澇防治和水體污染治理等作治理目標(biāo)，把城市變?yōu)橐粋€(gè)“綠色的海綿體”，讓城市具備自然循環(huán)的生態(tài)海綿系統(tǒng)，讓整個(gè)城市具有海綿一樣的彈性，在面對(duì)極端的自然氣候時(shí)能夠更容易應(yīng)對(duì)，在自然災(zāi)害過后更容易恢復(fù)，這就注定了真正的解決方案必定是跨尺度的，要從三個(gè)層面上來具體闡述海綿城市內(nèi)涵：①宏觀層面。從水環(huán)境生態(tài)格局上分析，落實(shí)區(qū)域水環(huán)境生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。借助水環(huán)境生態(tài)整體格局，通過水源保護(hù)、洪澇調(diào)節(jié)、水質(zhì)管理等功能要素考慮綜合布置其空間位置，明確禁止建設(shè)區(qū)、限制建設(shè)區(qū)，圍繞區(qū)域內(nèi)綜合水環(huán)境系統(tǒng)搭建整體格局，維護(hù)水過程的完整性，防止未來城市建設(shè)過程中加劇破壞水環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，充分發(fā)揮降雨調(diào)節(jié)、凈化水體的功能，為下一步“海綿系統(tǒng)”實(shí)體建設(shè)奠定了空間基礎(chǔ)。②中觀層面。主要指城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村層面劃分區(qū)塊，合理規(guī)劃“城鎮(zhèn)一體化海綿系統(tǒng)”，充分考慮城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、土地利用，綜合性規(guī)劃區(qū)塊內(nèi)水生態(tài)的動(dòng)植物恢復(fù)、調(diào)節(jié)水量、凈化雨水和濕地保護(hù)建設(shè)。③微觀層面。具體將包括湖泊、綠化、廣場(chǎng)、公園、小區(qū)、道路等集水單元落實(shí)到整個(gè)城市“海綿體”建設(shè)上，形成系統(tǒng)的水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施集成，利用廣場(chǎng)、小區(qū)、公園綠化、人工湖泊、池塘、排水溝、集水井等，讓其雨水有效地下滲、儲(chǔ)蓄和留滯，利用自然江河湖泊和人工綠化來過濾、凈化雨水，把凈化后的雨水收集起來用于城市的道路清潔、綠化灌溉、江河湖泊的水體補(bǔ)充等，讓“人工治水”變“生態(tài)治水”，充分發(fā)揮出來水環(huán)境系統(tǒng)的自然功能，發(fā)揮海綿城市優(yōu)勢(shì)。

4 城市道路建設(shè)現(xiàn)狀

城市道路是城市中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，隨著城市建設(shè)大規(guī)模發(fā)展，大量水泥硬化路面讓道路的透水性降低，在雨季無法有效的將降水滲透和排除，在導(dǎo)致城區(qū)范圍內(nèi)大量的降雨匯集，使城市產(chǎn)生內(nèi)澇。同時(shí)，城市內(nèi)澇問題還會(huì)加劇城市熱島效應(yīng)，讓城市出現(xiàn)極端氣象、水文情況增加。城市道路應(yīng)該具有收集降水的功能，但是現(xiàn)存的城市道路卻不具備該項(xiàng)功能，因此能夠?qū)⒊鞘械缆肪邆浣邓占δ?，將?duì)海綿城市建設(shè)起到重要的推動(dòng)作用。研究讓雨水就地滲、蓄的道路設(shè)計(jì)，讓道路設(shè)計(jì)中融入海綿城市理念用來改造城市道路，使其具備多元化功能。下面筆者就參與的萍鄉(xiāng)萬龍灣海綿城市項(xiàng)目作為參照，對(duì)海綿城市中的城市道路設(shè)計(jì)做分析。

5 海綿城市道路設(shè)計(jì)

筆者參與建設(shè)的萍鄉(xiāng)市萬龍灣海綿城市項(xiàng)目是整個(gè)萍鄉(xiāng)主城區(qū)內(nèi)澇積水區(qū)最為嚴(yán)重的地區(qū)，其核心區(qū)5.2km2，北起武功山大道、西以萍水河、東以鳳凰山莊、南以萍水南路為界，協(xié)調(diào)區(qū)包括五豐河上游全流域面積25km2，涵蓋內(nèi)澇區(qū)綜合整治范圍3.83km2，其中五豐河至公園路之間積水最為嚴(yán)重，大約有32hm2的內(nèi)澇區(qū)，淹沒深度為70～120cm，2016年6月和7月的兩次暴雨（降雨量分別為105.8mm和80.8mm），導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)澇嚴(yán)重，最大積水深度達(dá)到0.6～1.0m。

我們拿其中一條最具代表性的道路-建設(shè)路作為案列進(jìn)行分析，該路段設(shè)計(jì)全長(zhǎng)為2.68km，道路紅線寬度為25m，其中機(jī)動(dòng)車道寬度為8m，人行道寬度為2m×3m，非機(jī)動(dòng)車行道寬度為3m×3m，綠化帶寬度為2.5m×3m。道路縱斷設(shè)計(jì)與區(qū)域豎向設(shè)計(jì)相結(jié)合，整體為南高北低，最大設(shè)計(jì)縱坡為3.9%，最小設(shè)計(jì)縱坡為0.53%。

5.1 設(shè)計(jì)思路

萍鄉(xiāng)萬龍灣海綿城市項(xiàng)目中的建設(shè)路是一條老舊的市政道路，通過海綿城市建設(shè)理念，結(jié)合萍鄉(xiāng)當(dāng)?shù)氐慕涤晏卣鳌⑺牡刭|(zhì)和綜合環(huán)境因素，將海綿城市道路建設(shè)中的人工措施與自然手段相結(jié)合，在道路設(shè)計(jì)時(shí)，首先要充分考慮道路在降雨過程中存在的雨水吸納、滲蓄和排水等方面存在的問題，在充分發(fā)揮海綿城市理念下城市道路自然滲水、蓄水、排水優(yōu)勢(shì)的同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)的降排水方式，對(duì)現(xiàn)存的城市道路建設(shè)過程中存在的降排水缺陷進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)海綿城市理念下城市道路給排水和水資源的利用綜合利用和統(tǒng)籌規(guī)劃。

5.2 設(shè)計(jì)原則

首先在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)嚴(yán)格貫徹海綿城市的建設(shè)理念：結(jié)合海綿城市的發(fā)展要求，利用物理透水性和生態(tài)化方式進(jìn)行城市道路進(jìn)行設(shè)計(jì)，使道路雨水系統(tǒng)通暢，提升城市道路排水性能，減少內(nèi)澇出現(xiàn)，此外還要結(jié)合城市特點(diǎn)合理補(bǔ)充城市水資源，具體設(shè)計(jì)原則如下：

（1）首先保證道路結(jié)構(gòu)具有良好的滲水與透水性，在道路表面使用透水性能好的材料，合理設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，可以設(shè)置智能雨水溢流口與雨水管網(wǎng)連接，以最大限度地保證道路有效降排水。

（2）提高綠化帶與橫坡的排水功能，改善雨水收集排放系統(tǒng)，將綠化帶設(shè)置在道路的中心，設(shè)置為成下沉式，減緩地面徑流量，同時(shí)在綠化帶中布置排水設(shè)施，將雨水引入道路中綠化帶的排水設(shè)施中進(jìn)行透水、截污、蓄水、調(diào)節(jié)和凈化，強(qiáng)化道路水源涵養(yǎng)能力，有效的減少地表徑流水對(duì)土地的侵蝕。

（3）城市道路在確保車輛通行暢通的前提下，根據(jù)道路的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)該道路的機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、人行道等區(qū)域采用透水材料鋪裝、人工綠化、生物滯留池等措施，形成一個(gè)完善的雨水海綿溢流系統(tǒng)，確保城市道路雨水年徑流總量、徑流污染控制率、降水排水實(shí)現(xiàn)海綿城市道路建設(shè)設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（4）建設(shè)海綿城市道路在設(shè)計(jì)上要考慮雨水的徑流控制、污染物控制，建立完整的吸水、蓄水、滲水、凈水，“釋放”水的海綿系統(tǒng)格局，利用容積法對(duì)海綿設(shè)施進(jìn)行計(jì)算，考慮工程總體設(shè)計(jì)指標(biāo)以蓄水量為準(zhǔn)，滿足“單位面積控制容積”的指標(biāo)要求，下滲的水量小于蓄水量有利于修復(fù)城市水生態(tài)、涵養(yǎng)水資源，增強(qiáng)城市防澇能力。

5.3 路面設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)道路設(shè)計(jì)中路面材料采用水泥混凝土、瀝青混凝土等相對(duì)不透水性路面，道路硬化面積占道路面積的80%、綠化帶面積占20%，道路給排水主要依靠道路兩側(cè)排水口，使用道路兩邊傾斜的混凝土邊溝來加大雨水的流速，道路中央的綠化帶水平高度高于路面的水平高度，不利于降水的滲透蓄水排水，嚴(yán)重影響降水循環(huán)的效果，導(dǎo)致道路容易出現(xiàn)大面積積水和內(nèi)澇現(xiàn)象。在萍鄉(xiāng)萬龍灣建設(shè)路的設(shè)計(jì)中采用透水性瀝青路面，這種材質(zhì)的路面可以有效改善積水問題，也保證土壤的透水性要求，避免出現(xiàn)地表雨水徑流，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)澇而影響正常交通。不過，在選擇這一材料的基礎(chǔ)上，還要引進(jìn)生物滯留系統(tǒng)對(duì)雨水進(jìn)行充分利用和凈化。建設(shè)路設(shè)計(jì)中在邊溝利用人工種植植草綠化，來減緩雨水的流速，同時(shí)也起到凈化雨水的作用，并在道路的路緣石上留出豁口或者使用隔斷式的路緣石，滿足海綿道路的“滲、滯、蓄、凈”的功能，達(dá)到滲透、凈化效果。

5.4 非機(jī)動(dòng)車道和人行道

人行道結(jié)合透水性和環(huán)保要求鋪設(shè)透水磚，采用全透水路面結(jié)構(gòu)，通過面層的空隙將水吸收到面層下面，道路基層一般選用結(jié)構(gòu)具有一定強(qiáng)度且透水性能好的水泥穩(wěn)定碎石，地面的雨水通過墊層均勻分布到基層后，再通過基層迅速下滲，從而快速的將雨水排出。非機(jī)動(dòng)車道相對(duì)于行車道比較荷載交底，可以采用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低、面層結(jié)構(gòu)為大縫隙混凝土半透水路面，面層為透水混凝土材料，基層為半剛性水泥穩(wěn)定基層，在面層和基層之間設(shè)置下封層，讓面層雨水滲入面層后就近排入兩側(cè)或者中央綠化帶的排水系統(tǒng)中，避免破壞基層。在非機(jī)動(dòng)車道和人行道設(shè)計(jì)中采用透水性材料考慮到該材料可以通過小孔將道路表明積水滲透到地表下沉，避免出現(xiàn)內(nèi)澇，還可以最大限度滿足土壤含水量，為城市儲(chǔ)存地下水資源，有利于城市的綠化建設(shè)。

5.5 中央綠化帶設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)時(shí)將中央綠化帶與橫坡采用下凹式，綠化帶水平高度低于兩側(cè)道路，形成中間高、兩邊低的構(gòu)造，間隔設(shè)置溢流式雨水口，還在綠化帶中設(shè)置與綠化帶風(fēng)格相搭的碎石層，碎石透水層中設(shè)置透水管連接雨水篦子。綠化帶主體結(jié)構(gòu)從下至上為：素土回填、土工布過濾層、碎石透水層、土工布過濾層、砂層、種植土。設(shè)計(jì)保證綠化帶即使面臨較大的雨水，也會(huì)使雨水得到有效的蓄積和排出，降低城市內(nèi)澇發(fā)生概率。

6 結(jié)束語

近年來，國家逐漸推行海綿城市理念，其主要作用是減少城市內(nèi)澇，以萍鄉(xiāng)萬龍灣片區(qū)綜合整治為例，采取“上截-中蓄-下排”的綜合排水體系，通過源頭減排、過程控制、綜合治理實(shí)現(xiàn)消除城市內(nèi)澇，讓城市道路設(shè)計(jì)完美融合海綿城市理念中，以改造的建設(shè)路為例，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際狀況顯示在2016年6月15日和7月8日兩次暴雨使得建設(shè)路大面積積水，平均深度達(dá)到36.7mm，通過海綿城市道路改造后，在2017年6月1日2h累積降雨量為84mm的暴雨后，建設(shè)路路面排水通暢無明顯積水，使得萍鄉(xiāng)萬龍灣居民的生活質(zhì)量得到了提高。

本文作者以萍鄉(xiāng)萬龍灣海綿城市項(xiàng)目為參照，進(jìn)一步論證海綿城市理念、內(nèi)涵以及細(xì)則分析城市道路設(shè)計(jì)，為海綿城市中城市道路設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。萍鄉(xiāng)萬龍灣內(nèi)澇區(qū)綜合整治工程也為丘陵型海綿城市解決水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水污染等等一系列水問題供了可參考、可復(fù)制、可推行的海綿城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，為中國海綿城市建設(shè)提供了有效的技術(shù)支撐。