基于“海绵城市”理念的城市道路设计探讨

柯水平，张树宁，白子建

（1.天津市市政工程设计研究院，天津市 300051；2.天津大学建筑设计规划研究总院，天津市 300051）

基于“海绵城市”理念的城市道路设计探讨

柯水平1，张树宁2，白子建1

（1.天津市市政工程设计研究院，天津市 300051；2.天津大学建筑设计规划研究总院，天津市 300051）

海绵城市是新一代的城市雨洪管理理念，相比传统的快排模式具有补充地下水、减少径流污染、调节城市气候等一系列优点。道路系统作为城市雨水相关设施的主要载体和组成部分，道路海绵化是海绵城市建设中不可或缺的一环。在梳理海绵城市基本理念基础上，对比分析海绵道路与传统道路的优缺点，并对城市道路设计中存在的一些关键问题进行探讨。

海绵城市；低影响开发（LID）；城市道路设计

0　引　言

城镇化快速发展在带动地方经济增长的同时引发了一系列城市环境问题。一方面，城市内涝不断，径流污染严重；另一方面，城市地下水位下降严重，水资源严重匮乏。据报道，全国600多个城市中有2/3不同程度缺水。这一矛盾现象充分暴露了传统城市雨洪管理模式的不足：调蓄能力差，径流污染严重，雨水资源化利用率低。“海绵城市”是我国提出的新一代雨洪管理模式，是指城市能够像海绵一样，在雨洪管理方面具备弹性，下雨时吸水、蓄水、净水，需要水时将蓄存的水释放出来并加以利用。在提高城市雨水调节的基础上，补充地下水，提高雨水利用率。

城市道路是城市排水系统的重要组成部分，因此有针对性地对城市道路进行海绵化设计，对于海绵城市建设来说至关重要。

1　海绵城市基本理念与道路的海绵化[1-5]

1.1海绵城市概述与LID

海绵城市的核心是应对城市发展过程中出现的暴雨洪涝灾害、雨水资源流失、雨水径流污染等一系列雨水问题。

实现海绵城市主要有三种基本途径：

（1）保护原有生态系统

保护城市中原有的河流、湖泊、湿地、林地、草地等生态系统，在开发过程中，采用低影响开发（LID）理念，最大化保留原有生态面貌。

（2）修复被破坏的生态系统

对已被污染的、破坏的生态系统，运用海绵城市理念进行修复，最大程度还原破坏前的生态面貌和功能。

（3）新建海绵生态系统

在已开发区域或生态植被较少的区域，采用LID技术和设施，新建一批海绵生态设施，控制开发强度，降低不透水铺装面积，最大限度减少城市开发对城市原有水生态的影响。

LID全称是Low Impact Development，即低影响开发。LID强调雨水是一种资源，“以水为友，驭之而非弃之”。其核心内容是最大程度维持原有水生态系统，保持开发前后包括径流总量、峰值流量和径流污染等水文特征不变。尽量降低不透水面积，减少径流污染，缓解洪涝灾害，提高雨水利用率，如图1所示。

图1　 LID水文原理示意图

1.2城市道路的海绵化

城市道路的海绵化是相对于传统城市道路而言的。传统城市道路一般采用不透水结构，雨水经路面进入收水井排入市政排水管网，而海绵道路采用透水结构，并与路侧其他LID设施衔接，雨水由路表渗透到面层或基层，直接渗入地下补充地下水或者汇入路侧植草边沟、湿地花园、生态滞留塘等LID设施，经过层层过滤渗入地下补充地下水，充分体现LID中“渗、滞、净、蓄”的生态雨洪管理理念。

2　海绵道路的发展与优劣

2.1海绵道路的发展

海绵道路的发展可以追溯到20世纪50年代后期，欧洲国家开始研究多孔沥青路面，积累了丰富的经验。历经半个世纪之久的发展与不断完善，海绵道路在很多国家都得到了广泛推广和使用，且随着海绵城市理论的不断发展，透水路面逐渐应用到城市道路中，并在路侧建设配套LID设施，形成真正的海绵道路系统。

近几年，随着我国经济的发展和基础设施的不断完善，透水铺装路面在我国很多地区也得到了应用，如西安咸阳机场高速、上海浦东外环线、江苏盐通高速等项目。但是在城市道路方面的推广应用和配套LID设施方面尚未成熟。

2.2海绵道路的差异与优劣

2.2.1海绵道路的优势

（1）有效补充地下水资源

在传统城市道路结构的快排理念中，要求雨水经由路表汇入市政排水管道，尽快最终排出城市管网，流入城外河流、湖泊，致使超过80%的雨水快速排出，城市地下水得不到补充，雨水资源得不到充分利用。海绵道路中雨水经路表渗入面层或基层，经层层过滤，最终渗入地下，配合路侧配套LID设施，使得大量雨水自然渗透到地下，有效补充地下水位。

（2）减小洪峰流量，减轻排水系统压力

传统道路的快排模式下，城市的排水完全依靠城市的排水管网，尤其随着城市的开发，不透水面积越来越大，当城市排水管网不堪重负时就会形成内涝，近几年我国多个城市的内涝均由此原因造成。而海绵道路通过对雨水的渗、滞、蓄，形成了雨水的多途径排放，大幅降低了进入排水管网雨水的流量和流速，有效缓解了城市排水系统的压力。

（3）降低雨水径流污染

雨水对路面的冲刷会使雨水被路面的垃圾、重金属、可溶解性污染物所污染，形成严重的径流污染。海绵道路的使用可以使雨水经路面直接渗透到地下，减少了对地面的冲刷，并经过路面、生态设施、土壤及土壤内微生物的截留、吸附和分解等作用，使得这些污染物得以去除，达到净化水质的作用。

（4）改善道路行驶安全性和舒适性

经对比测试，一方面透水铺装路面雨天道路无积水，可增加轮胎附着力并且减少车辆后方带起的水雾，使得雨天行车更加安全（见图2））；另一方面，透水铺装路面有效降低轮胎与路面之间空气的抽吸和压缩，从而降低胎噪，在提高行车舒适性的同时，降低车辆行驶的噪声污染（见图3）。

图2　海绵道路与传统道路雨天视野对比

图3　海绵道路与传统道路噪声对比

（5）改善城市微气候

配合路侧配套LID设施，海绵道路的含水量大幅提升，能有效降低路表温度，缓解城市热岛效应，调节城市微气候。

2.2.2海绵道路的劣势

海绵道路虽优点明显，但也并非十全十美，主要有以下不足：

（1）抗剪能力差

由于海绵道路的透水结构并非密实结构，其抗剪能力要劣于传统路面结构，当重载车辆急转弯或急刹车时极易发生剪切破坏。

（2）养护标准高

由于海绵道路的透水结构孔隙率较大，沙土极易堵住颗粒间的空隙，为保证路面的排水性能，需要经常对路面进行冲洗。

3　城市道路的海绵化设计探讨

3.1海绵城市与传统城市的对比

在传统城市道路中，硬化面积占道路面积的75%，绿带面积占道路面积的25%。雨水口设置在非机动车道或机动车道上，排水几乎全靠路侧雨水口。容易造成积水，暴雨来袭时极易发生内涝。

海绵道路则是对传统道路在雨洪管理方面的全面升级，多角度出发，全面提升道路的“渗、滞、净、蓄”等功能。其与传统道路的不同主要体现在以下几个方面（见表1）。

表1　传统道路与海绵道路对比

3.2透水路面结构设计探讨

3.2.1透水沥青路面结构

根据《透水沥青路面技术规程》（CJJ T190—2012）要求，透水沥青路面结构分为三类。

Ⅰ型：路表水进入表面层后进入邻近排水设施（见图4）。表面层通常采用4 cm厚PAC-13透水沥青，中下面层采用密级配沥青混合料，厚度介于6～8 cm，上面层与中面层之间设置封层，封层材料的渗透系数不应大于80 mL/min。基层采用半刚性基层，底基层采用稳定性基层。该种结构主要适用于需要减小降雨时路表径流量和降低道路两侧噪声的各类新建和改建道路。

图4　一种Ⅰ型透水沥青路面结构示意图（单位：cm）

Ⅱ型：路表水由面层进入基层（或垫层）后排入邻近排水设施（见图5）。该类型透水沥青路面的表面层一般为厚度4 cm的PAC-13透水沥青，下面层均选用6 cm的PAC-16或8 cm厚的PAC-20透水沥青混合料，基层上层采用透水沥青稳定类基层，厚度依照暴雨强度确定，其与路基中层设置封层，中下部采用半刚性基层，垫层采用稳定类垫层。Ⅱ型路面结构适用于需要缓解暴雨时城市排水系统负担的各种新建、改建道路。

图5　一种Ⅱ型透水沥青路面结构示意图（单位：cm）

Ⅲ型：路表水进入路面后渗入路基，其上下面层和路基均为透水材料（见图6）。面层为厚度4～6 cm厚的PAC-13透水沥青混合料，基层为半刚性基层，厚度依据交通量和防冻深度确定，垫层采用粒料类垫层，厚度不宜小于15 cm。但是这种结构强度较低，因此只适用于路基土渗透系数不小于7× 10-5cm/s的公园、小区路、停车场、广场和中轻型荷载道路。

图6　一种Ⅲ型透水沥青路面结构示意图

3.2.2透水混凝土路面结构

透水混凝土路面结构可根据透水程度分为两种：半透水混凝土路面结构和全透水混凝土路面结构。

半透水性混凝土面层采用透水混凝土材料，（见图7）。厚度介于18～20 cm之间，基层为半刚性基层，面层与基层之间应设置封层，路表水进入面层后排入邻近排水设施，防止雨水透过面层对基层造成损坏。由于半透水性混凝土面层结构为大孔隙混凝土，结构强度较低，因此适用于非机动车道等轻型荷载道路。

全透水型混凝土的面层和基层均为透水结构（见图8）。面层厚度介于18～20 cm之间，基层与土基之间为粒料类垫层，厚度不宜小于15 cm。路表水进入路面后渗入路基，其面层和基层的强度均比普通混凝土道路小很多，因此仅适用于人行道、非机动车道、景观硬地等轻型荷载道路。

图8　一种全透水混凝土路面结构（单位：cm）

海绵城市道路中透水砖铺装路面一般为全透水路面结构，其结构见图9，由下至上分别是土基、透水垫层、透水基层、压实细砂找平层和路面透水砖。其抗压、抗剪强度较低，仅适用于人行道。

图9　一种透水铺装人行道路面结构（单位：cm）

4　结　语

海绵城市作为新一代城市雨洪管理模式，能够有效缓解城市排水系统压力，提高雨水资源利用率。海绵道路作为海绵城市建设的重要组成部分，其建设和设施能够大幅度减少城市不透水铺装面积，大幅增加雨水渗透比例，提高雨水资源利用率，同时还能够降低行车噪声，提高雨天行车安全性。因此，基于海绵城市理念对城市道路进行专门化设计十分必要，也是推动城市海绵化的重要组成部分。

[1]住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)[Z].北京：住房和城乡建设部，2014.

[2]水利部.全国近2/3城市不同程度缺水水资源承载力预警机制将建[Z].北京：水利部，2015.

[3]孙芳.基于海绵城市的城市道路系统化设计研究[D].西安:西安建筑科技大学,2015.

[4]CJJ/T 190-2012,透水沥青路面技术规程[S].

[5]CJJ37-2012,城市道路工程设计规范[S].

U412.37

A

1009-7716（2016）10-0001-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.001

2016-06-14

柯水平（1984-），男，湖北黄石人，高级工程师，从事道路交通系统规划与设计工作。