海綿城市理念下城市道路排水技術(shù)及應(yīng)用

摘 "要：傳統(tǒng)城市道路與排水系統(tǒng)具有明排的特征與缺點(diǎn)，強(qiáng)降雨易使道路排水不及時(shí)引起內(nèi)澇，給城市管理帶來巨大的壓力。在海綿城市理念下城市道路排水具有雨水下滲收集利用的特點(diǎn)及優(yōu)勢，可以減少城市綠地澆灌用水量，能達(dá)到快速排水，節(jié)約用水的目的，符合國家“雙碳”背景下的綠色施工理念。以某道路海綿城市設(shè)計(jì)和施工為背景，詳細(xì)介紹海綿城市設(shè)計(jì)及計(jì)算方法、施工技術(shù)等，經(jīng)應(yīng)用，效果良好，海綿城市工程技術(shù)可以在類似工程中推廣。

關(guān)鍵詞：海綿城市理念；排水系統(tǒng)；技術(shù)；應(yīng)用；城市道路

中圖分類號(hào)：TU992.1 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2025）10-0169-04

Abstract： The traditional urban road and drainage system has the characteristics and shortcomings of open drainage， and heavy rainfall is easy to cause the road drainage is not timely and cause waterlogging， which brings great pressure to urban management. Under the concept of sponge city， urban road drainage has the characteristics and advantages of rainwater infiltration， collection and utilization， which can reduce the water consumption of urban green space， achieve the purpose of rapid drainage and water conservation， and meet the national green construction concept under the background of \"double carbon\". Based on the design and construction of a road sponge city， the sponge city design， calculation method and construction technology are introduced in detail. After application， the sponge city engineering technology can be popularized in similar projects.

Keywords： sponge city concept; drainage system; technology; application; urban road

近年來，城市內(nèi)澇頻發(fā)，發(fā)生內(nèi)澇的原因除排水系統(tǒng)排水能力不足以外，更重要的原因是地表水無法滲透到地下，強(qiáng)降雨條件下如何快速實(shí)現(xiàn)排水，及時(shí)保障交通通暢是讓人比較頭疼的問題。自第十二屆全國人民代表大會(huì)第五次會(huì)議提出海綿城市理念后，關(guān)于海綿城市的研究一直在進(jìn)行，車生泉等[1]和王國榮等[2]對(duì)海綿城市理論以及技術(shù)發(fā)展沿革和構(gòu)建途徑進(jìn)行了探究，俞孔堅(jiān)等[3]對(duì)海綿城市理論與實(shí)踐結(jié)合方面做了研究，吳丹潔等[4]對(duì)海綿城市的發(fā)展趨勢以及實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了研究，肖揚(yáng)坤[5]和劉家欣[6]提出了采用海綿城市建設(shè)的道路質(zhì)量控制措施。綜上，人們對(duì)海綿城市理論研究、發(fā)展路徑以及質(zhì)量控制的研究比較多，關(guān)于“海綿”機(jī)理，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線和施工應(yīng)用的研究相對(duì)較少，且不是很深入，缺乏系統(tǒng)性和指導(dǎo)性。本文首先對(duì)傳統(tǒng)城市道路排水的特征與缺點(diǎn)進(jìn)行分析，提出需要解決的問題；其次討論海綿城市理念下道路的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，明確其可行性與優(yōu)勢；最后結(jié)合海綿城市道路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，論述海綿城市理念下某市道路施工技術(shù)及應(yīng)用，進(jìn)行理論技術(shù)和原理解析，技術(shù)路線與應(yīng)用相結(jié)合，為城市道路排水工程海綿城市建設(shè)提供了施工、設(shè)計(jì)、咨詢等方面的參考依據(jù)。

1 "傳統(tǒng)城市道路與排水系統(tǒng)的特征與缺點(diǎn)

傳統(tǒng)道路雨水不具備雨水下滲功能，不僅縮短道路的使用年限，還妨礙地下水補(bǔ)給，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)。這不僅使排水系統(tǒng)不堪重負(fù)，還導(dǎo)致雨水直接被排放到河流中，污染飲用水源。綜上所述，傳統(tǒng)道路和排水系統(tǒng)不僅不利于城市可持續(xù)性發(fā)展，還不符合環(huán)保要求。

2 "海綿城市理念與城市道路建設(shè)

砂拌土等滲透性較好的材料符合海綿城市建設(shè)要求，能將路面雨水收集后通過下滲至既定位置，滲、蓄、用等多種技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建具有自然循環(huán)的“綠色海綿”雨水系統(tǒng)，符合可持續(xù)發(fā)展理念，可以帶來生態(tài)環(huán)境方面的效益。

3 "海綿城市雨水控制與利用設(shè)計(jì)

3.1 "工程概況

本工程所在的北方某城市多年平均降水量500～600 mm，降水量不穩(wěn)定，季節(jié)性變化大，年內(nèi)降水量分配不均，凍層深約為170 cm；本工程滲透系數(shù)K為0.48 m/d=5.56×10-6 mm/sgt;1.0×10-6 mm/s，滿足透水性能要求。根據(jù)巖土勘查報(bào)告中工程所在地氣象條件、區(qū)域穩(wěn)定性及場地內(nèi)各巖土層的滲透系數(shù)等參數(shù)及數(shù)據(jù)描述，本工程適宜應(yīng)用海綿城市雨水控制與利用技術(shù)。不同年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量見表1。

表1 "某市不同年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量

3.2 "設(shè)計(jì)依據(jù)

計(jì)算均參照DBZ2/T 168—2017《低影響開發(fā)雨水控制與利用工程技術(shù)規(guī)程》，路面和中央分隔帶寬度合計(jì)為計(jì)算寬度，為27.5 m，計(jì)算長度593.69 m。

3.3 "參數(shù)計(jì)算

3.3.1 "設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積計(jì)算

V=10HψF=10×20.8×10-3×0.65×16 326.5

=2 207.34 m2，

F=27.5×593.69=16 326.5 m2，

式中：V為設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積（m3）；H為設(shè)計(jì)降雨量（mm）；Ψ為綜合雨量徑流系數(shù)；F為匯水面積（m2）。其中，設(shè)計(jì)降雨量H為20.8 mm；計(jì)算范圍內(nèi)按海綿城市設(shè)計(jì)后設(shè)定的路面和綠地經(jīng)測算，其綜合徑流系數(shù)Ψ經(jīng)過加權(quán)平均為0.65。

3.3.2 "下沉式綠地滲透雨量計(jì)算：

Ws=αKJAsts=0.8×5.56×10-6×1.0×16 534.3×10 800=794.3 m3，

As=593.69×27.85=16 534.3 m2 ，

式中：Ws為滲透設(shè)施滲透量（m3）；α為綜合安全系數(shù)取0.5～0.8，本工程取0.8；K為滲透系數(shù)（m/s），取5.56×10-6（取下沉式綠地底層土基滲透系數(shù)）；J為水力坡降，一般可取1.0；As為有效滲透面積（m2）；ts為滲透時(shí)間（s），一般可取3 h=3×3 600=10 800 s。

3.3.3 "LID設(shè)施調(diào)蓄容積

V′=h1As=0.1×16 534.3=1 653.4 m3，

式中：V′為LID 設(shè)施調(diào)蓄容積（m3）；h1為下沉式綠化帶有效蓄水高度（m），本工程取10 cm；As為有效滲透面積（m2）。

經(jīng)過計(jì)算，下沉式綠地調(diào)蓄容積V′=1 653.4 m3gt;（V-Ws）=1 413.04 m3，滿足年降雨總量控制率70%的要求。

3.3.4 "綠地滲透排空時(shí)間

Ws=KJAsts？圯ts=Ws/（KJA2）

=794.3/（5.56×10-6×1.0×16 534.3）

=8 640.2 s=2.4 h，

式中：Ws為滲透設(shè)施滲透量（m3）；K為土滲透系數(shù)（m/s），取5.56×10-6 m/s（取下沉式綠化地底層土基滲透系數(shù)）；J為水力坡降，一般可取1.0；As為有效滲透面積（m2）；ts為滲透時(shí)間（s）。

經(jīng)過計(jì)算，ts=2.4 h；根據(jù)《低影響開發(fā)雨水控制與利用工程技術(shù)規(guī)程》，ts=2.4 h≤12 h，滿足要求。

3.4 "溢流式雨水口和路緣石開口計(jì)算

此北方城市屬于特大城市，本工程采用重現(xiàn)期50 a，模擬50 a一遇暴雨時(shí)降雨量對(duì)應(yīng)本工程需要的雨水口及路緣石開口數(shù)量。

3.4.1 "溢流式雨水口

本工程溢流式雨水口收集路面雨水徑流，調(diào)蓄容積有硬化地面部分及下沉式綠地部分雨水總量，計(jì)算公式如下

Qy=q·F·ψ=413.39×16.33×0.65=4 387.93 L/s，

式中：Qy為溢流式雨水口雨水設(shè)計(jì)流量（L/s）；；q為暴雨強(qiáng)度（L/s·hm2）；F為收水面積（hm2）；Ψ為綜合雨量徑流系數(shù)，取0.65。

其中，暴雨強(qiáng)度q采用本市暴雨強(qiáng)度公式

=413.39 L/s·hm2 "，

式中：P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（a），本次取P=50；t為降雨歷時(shí)（min），t=t1+t2=10+11=21 min。其中，t1為地面集水至溢流井處時(shí)間（min），本工程地區(qū)排水取10 min。t2為管內(nèi)雨水流行時(shí)間（min）

式中：L為管道長度，為593.69 m；v為管道內(nèi)水的流速，為0.9 m/s。

雨水口數(shù)量計(jì)算。當(dāng)雨水總收集能力naQs≥Qy時(shí)，能滿足收水需求，故

式中：Qs為單雨水口設(shè)計(jì)流量（L/s），單箅方形溢流式雨水口取40 L/s；n為溢流式雨水口數(shù)量（個(gè)），向上取整數(shù)；a為泄水能力系數(shù)，0.5～0.7，取0.7。

結(jié)合施工和計(jì)算，采用單箅方形溢流式雨水口157個(gè)，再結(jié)實(shí)際情況配置適當(dāng)數(shù)量的平箅式雨水口等排水設(shè)施，可以滿足道路路面雨水收水需求。

3.4.2 "路緣石開口

本工程開口路緣石收集路面范圍內(nèi)雨水徑流，調(diào)蓄容積包括路面和中央分隔帶雨水總量。

路面范圍內(nèi)地表收集的雨水總量計(jì)算公式如下

Qk=q·F·Ψ=581.71×16.33×0.65=6 175.3 L/s，

式中：Qk為開口路緣石雨水設(shè)計(jì)流量（L/s）；q為暴雨強(qiáng)度（L/s·hm2）；F為收水面積（hm2）；Ψ為綜合雨量徑流系數(shù)。其中，暴雨強(qiáng)度q采用本市暴雨強(qiáng)度公式

=581.78 L/s·hm2 ，

式中：P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（a），本次取P=50；t為降雨歷時(shí)（min），t=t1+t2=13 min。其中，t1為地面集水至開口路緣石處時(shí)間（min），本工程地區(qū)排水取2 min。t2為管內(nèi)雨水流行時(shí)間（min）

式中：L為管道長度，為593.69 m；v為管道內(nèi)水的流速，為0.9 m/s。

路緣石開口數(shù)量計(jì)算。當(dāng)naQs≥Q時(shí)，可滿足雨水收水需求，故

式中：Qs為單個(gè)開口路緣石設(shè)計(jì)流量，取25 L/s（開口寬50 cm、過水高度10 cm）；n為溢流式雨水口數(shù)量；α為泄水能力系數(shù)0.5～0.7，取0.7。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)置開口路緣石大于等于353個(gè)時(shí)，能滿足收水要求。

4 "海綿城市建設(shè)道路施工技術(shù)

該工程技術(shù)指標(biāo)較高，其中包括對(duì)下沉式綠地和透水水泥混凝土技術(shù)要求，透水人行道技術(shù)要求以及雨水工程建筑物要求。

海綿城市道路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4.1 "下沉式綠化帶施工

采用1 m厚3%砂拌土作為下沉式綠地材料，蓄水層高度為10 cm，保護(hù)高度5 cm。由于下沉式綠化帶緊挨著車道，所以應(yīng)謹(jǐn)慎施工，以免破壞行車道。下沉式綠地靠近行車道一側(cè)采用厚度1.0 mm，斷裂度小于等于10 kN/m，屈服強(qiáng)度15 N/mm的糙面HDPE土工膜（一布一膜）做防滲處理。土工布貼近車行道方向布置，防滲膜貼近綠化帶方向布置，防止綠化帶中的水侵入行車道路基。

4.2 "透水混凝土路面施工

路面振動(dòng)碾壓，覆蓋養(yǎng)護(hù)。由于透水混凝土本身的特性，不僅需要嚴(yán)格的運(yùn)輸過程，還要求施工技術(shù)人員指導(dǎo)卸車，應(yīng)盡可能分多堆卸料。將混凝土卸載在要求的攤鋪范圍內(nèi)后，先利用小攤鋪機(jī)根據(jù)路緣石進(jìn)行攤鋪，機(jī)械不方便施工的位置進(jìn)行人工攤鋪。

4.3 "人行道施工

平緣石縱向安裝平直，頂面相平。基層用砂含泥率，透水混凝土質(zhì)量以及級(jí)配碎石含泥率為原材質(zhì)量控制要點(diǎn)。在鋪路面透水磚前先對(duì)基礎(chǔ)路面進(jìn)行檢測。鋪磚施工中為了確保透水磚之間縫隙密實(shí)，本工程利用石屑填充后，采用水沉法施工，灑水封縫。透水磚間隙做到一致，大面平整。

5 "結(jié)束語

通過開口路緣石把路面水排至下沉式綠地，經(jīng)砂拌土結(jié)構(gòu)層下滲達(dá)到收集雨水的目的。技術(shù)關(guān)鍵是雨水總量計(jì)算，開口路緣石數(shù)量計(jì)算，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工，經(jīng)在工程中應(yīng)用，并在強(qiáng)降雨時(shí)段檢查雨后實(shí)際調(diào)蓄和收水時(shí)間，效果達(dá)到了預(yù)期。在城市道路建設(shè)中加入海綿城市專業(yè)不僅可以有效防止城市內(nèi)澇，緩解城市排水系統(tǒng)壓力，減少路面積水與城市熱島效應(yīng)，還可以儲(chǔ)存地下水、減少水源污染、促進(jìn)生態(tài)循環(huán)。本文對(duì)海綿城市道路理念下具體城市道路施工技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的論述，進(jìn)一步充實(shí)海綿城市道路建設(shè)理論的同時(shí)，對(duì)城市道路施工實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)作用。

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