基于海綿理念的道路設計

孫元琪

摘要：海綿城市的理念發(fā)展為城市管理者增強城市雨洪管理能力、解決城市內(nèi)澇問題提供了方向指引。為更好地推動海綿城市理念在市政道路設計中的應用落地，以海綿城市理念為研究對象，闡述其定義及特質(zhì)，并分析其對于城市項目建設的重要性，最后結合工程實例，對該理念下市政道路工程的設計展開探討，涉及道路、綠化帶、附屬設施及排水系統(tǒng)等方面內(nèi)容。希望通過設計要點分析，提升設計人員對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。

關鍵詞：海綿城市;市政道路;道路設計;排水設計

中圖分類號：TU753;TU99 文獻標識碼：B 文章編號：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

我國目前城市化程度較高，北上廣深已經(jīng)初具超級城市的規(guī)模，其余各大城市也仍在迅猛擴張階段。然而，在城市化程度不斷提高的同時，由于前期排水等規(guī)劃設計不盡合理，自然災害尤其是洪澇災害對高度現(xiàn)代化的城市影響也越來越大。許多城市一經(jīng)暴雨便會形成“街中河”“城中湖”等現(xiàn)象。為了解決城市內(nèi)澇嚴重的問題，相關設計專家提出了“海綿城市”這一設計理念。海綿城市是指將城市變得如同像海綿，能極好地適應氣候變化，尤其是應對雨水帶來的災害，降雨時能吸水蓄水;而當城市干旱嚴重時就能將所儲存的水及時釋放[1]，在一定程度上減少了自然災害造成的損失，并提升了城市整體的生態(tài)調(diào)節(jié)能力。有專家、學者結合國內(nèi)外海綿城市發(fā)展技術，在低影響開發(fā)本土化、大小排水與規(guī)劃設計、內(nèi)澇綜合防治等方面做出了貢獻[2]，并指出城市雨洪管理技術體系是經(jīng)過長期的探索、研究和實踐積累起來的一整套相關的理念與方法、理論與技術、法規(guī)政策、管理機制等，它們的形成和發(fā)展對解決各國雨洪問題、改善環(huán)境起到至關重要的作用[3]。

1“海綿城市”的內(nèi)在含義、理念、特質(zhì)

海綿城市在其建設過程中應當遵循因地制宜、生態(tài)優(yōu)先等原則，以削減城市徑流污染負荷、內(nèi)澇防治為目標，將人工措施與自然途徑合理地結合起來，統(tǒng)籌各方面的知識與力量，在保證城市建設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[4-5]。同時，建設海綿城市并不意味著對傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的否定和取代，而是在傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的基礎上進行適當?shù)馗倪M和優(yōu)化，用生態(tài)城市理念指導現(xiàn)代城市建設，使其具有自然積存、自然滲透、自然凈化的特質(zhì)。這是城市建設理念之間的競爭。

相較于傳統(tǒng)城市建設粗略的排水系統(tǒng)構建，在海綿城市建設的理念下，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)的建設中，往往會因為過于追求排水效率，而或多或少會造成對生態(tài)恢復或生態(tài)保護工作的忽視，引起路面徑流增多，增加城市內(nèi)澇危機，導致城市的發(fā)展受到了一定的限制;相反，“海綿城市”的建設側重于生態(tài)保護基礎設施建設，營造“海綿體”，減少城市內(nèi)澇危機。

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

2.2科學管理水資源

在全球厄爾尼諾現(xiàn)象日益嚴重的今天，洪澇災害和旱災層出不窮，而且城市水源的污染狀況也不容樂觀。海綿城市理念在市政道路工程中的科學應用，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能更好地供水。海綿城市的應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，也改善了城市的抗旱能力，能夠科學管理水資源。

2.3提高排水設計質(zhì)量

在進行城市市政道路項目時，排水設計是勘察設計環(huán)節(jié)里不容忽視的一點。而在進行市政道路設計與規(guī)劃時，合理運用海綿城市相關理念，不僅能改善城市的自然環(huán)境，降低工程建設過程對城市環(huán)境造成的污染和破壞，提升建設單位的經(jīng)濟效益，還能以點到面，借助整個海綿城市系統(tǒng)性的建設，為其他城市提供相關經(jīng)驗，各城市片區(qū)能連為一體，緩解目前城市內(nèi)澇嚴重卻又水資源短缺的問題。

3項目概述

某城市市政道路項目按照城市主干道標準進行設計，設計行車速度為40 km/h，地理位置如圖1所示。項目所在地土質(zhì)主要有雜填土、耕表土、粉質(zhì)黏土、圓礫土和礫砂等。經(jīng)勘察可知設計路段的瀝青路面匯水面積為26 200 m、設計綠化帶面積為3 000 m、透水人行道面積為5 780 m。根據(jù)《海綿城市建設技術指南》[7]，計算得出本項目路段總體調(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設計要點

4.1設計思路

現(xiàn)階段的海綿城市設計思路，主要以因地制宜為設計理念，在已有的城市相關建造基礎和設施上施以改造，從而達到減輕污染、改善生態(tài)、防治內(nèi)澇災害的目標[8-9]。

在整個設計過程中，一般按照“點-線-面”3個維度分別對項目進行控制。其中，“點”意味著控制源頭，即以各單獨建筑物為基點，采取屋頂綠化和雨水收集等方式將雨水通過管道送入儲水池;“線”意味著減少流量，一般采用軟化排水溝、路面設置可透水鋪裝層及設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，一般通過建設城市雨水花園等生態(tài)景觀，日?？梢宰鳛槭忻裼^光休閑公園，遇暴雨時則能起到儲水、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模式已經(jīng)初步形成建設體系，但近年來國內(nèi)幾個試點城市仍出現(xiàn)了不同程度的內(nèi)澇災害，這是由于各設施間缺少連通性，某一環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問題，極容易導致城市的雨水收集器成了臟水溝。所以在市政道路工程設計中應用海綿城市設計理念時，還應利用數(shù)據(jù)可視化來完善城市水循環(huán)的數(shù)據(jù)監(jiān)控，實時監(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)問題要及時調(diào)整、及時處理。

4.2道路設計

市政工程道路設計分為車行道和人行道設計。其中人行道為人們在出行時主要經(jīng)過的路段，科學應用海綿城市理念可以進一步改善人行道的氣候微環(huán)境，提升居民經(jīng)過時的舒適度，還能提高雨水資源、積水資源的利用率。因此，在進行人行道的設計時，應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選用透水率較低的材料以提高路面的儲水效率。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，此外還能對道路的溫濕度等氣候環(huán)境進行微調(diào)，進一步提升城市建設質(zhì)量和舒適度[10]。

傳統(tǒng)市政工程道路中的車行道一般選用非透水性瀝青或混凝土進行鋪裝，這類施工工藝容易導致城市在遭遇暴雨時，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)生嚴重的內(nèi)澇現(xiàn)象。因此，結合海綿城市設計理念，在進行車行道設計時，應選用透水瀝青混凝土進行上層鋪設，中下層采用非透水性材料，以便水流匯聚至儲存處。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行施工，避免流水對道路路基的沖刷作用，從而影響路基穩(wěn)定性。為合理地對降水、積水進行引流，設計人員在進行道路整體勘察設計時，應將道路橫坡控制在1%～1.5%內(nèi)。

4.3道路綠化帶設計

道路的綠化帶設計是采用海綿城市設計理念的道路工程設計中十分重要的一步，同時也是改善城市生態(tài)環(huán)境的重要措施之一。因此，在進行道路綠化帶設計時，應注意雨水的收集、凈化過濾以及存儲、排出3個方面的問題。

4.3.1雨水的收集

在道路綠化帶設計中，首先應考慮的便是如何進行雨水的收集。一般應采取在綠化帶周圍構建雨水渠和下凹綠地等方式，使雨水能在此類地勢相對低洼處匯集。此外，由于人行道和車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面的排水口，因此在進行綠化帶設計布局時，還需要考慮所種植植被的習性及土壤滲透能力，合理布置;一般情況下綠化帶的標高采用比路面標高低20 cm的方案進行設計布局。

4.3.2雨水的凈化和過濾

在道路綠化帶設計中，其次，應當注意雨水的凈化和過濾。對自然降下的雨水進行凈化和過濾是實現(xiàn)水資源循環(huán)利用的基礎，因此對雨水的凈化過濾過程應越早越好。一般雨水的過濾從雨水的滲入過程就已開始，綠化帶地面最底層需鋪設滲透管，并自下而上分別鋪設礫石、透水土工布、種植土和鵝卵石。此類型的鋪設順序和鋪設材料能實現(xiàn)對雨水的多重凈化過濾，極大地改善雨水的清潔程度。

4.3.3雨水的滯蓄緩排

在道路綠化帶設計中，最后，需注意雨水的滯蓄緩排。傳統(tǒng)市政工程道路設計一般采取將人行道和車行道的雨水全部通過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)率先達到額定容納量，從而導致內(nèi)澇災害。然而，應用海綿城市理念的道路設計，則采取在機動車道兩側開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。當綠地內(nèi)土層的含水率飽和后水位才會開始升高，水位高于雨水口后才會匯流至排水系統(tǒng)中。此類型設計既能調(diào)蓄雨水，也能對雨水進行錯峰排放。

4.4附屬設施設計

道路的附屬設施主要有路緣石和雨水口。對路緣石來說，平緣石一般設置為與路面平齊即可，能有效減小路面積水的面積，立緣石則應比平緣石高出少許，從而提升雨水流入綠化帶的效率。對于雨水口來說，本項目采用環(huán)保型雨水口，雨水口沿道路縱向每隔30 m設置一處，且在入口處增設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)設計

應用海綿城市理念對市政工程道路進行設計的主要目的為防止內(nèi)澇災害的產(chǎn)生，因此，良好的排水系統(tǒng)是整個設計環(huán)節(jié)里極為重要的一環(huán)。為使城市排水系統(tǒng)運轉更為高效，具備更高的排水量，在進行排水系統(tǒng)設計時，需要將海綿城市排水系統(tǒng)與常規(guī)雨水排出系統(tǒng)進行聯(lián)系，通過各子系統(tǒng)的有效連接實現(xiàn)排水系統(tǒng)的一體化。此外，還應建立健全監(jiān)測系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)的儲水量要實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，動態(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，當某一子系統(tǒng)的儲水設施達到額定量后，應將改設施內(nèi)的水源分流至其他儲水設施，對水資源合理進行調(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給方案。

5結語

海綿城市設計理念對防治城市內(nèi)澇災害有著十分重要的作用，因此這一設計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)澇災害，在應用海綿城市理念時，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)境來對道路進行設計。

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