泾河新城市政道路海绵城市建设方案研究

2018-08-18司佳，孔茜，郑宁

城市道桥与防洪 2018年8期

关键词：泾河控制率大道

司佳，孔茜，郑宁

（西安市政设计研究院有限公司，陕西西安 710068）

0 引言

随着城市化进程的加快，城市道路不断修建，城市硬化路面不断扩大，将对城市发展带来如下问题：

（1）雨水无法渗入土壤，雨水资源无法回收利用。

（2）初期雨水进入雨水管道后将直接排入河流，造成河流污染。

（3）极端天气时，城市下垫面无法有效抵御洪涝灾害，可能引起城市内涝。

为解决市政道路排水出现的问题和漏洞，本文以“海绵城市”建设理念为指导，完善市政道路排水的合理性，使市政道路能够有效地对雨水进行入渗和吸收。

海绵城市是使城市能够像海绵一样，在应对外界环境变化和适应自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时可将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市的宗旨是让城市“弹性适应”周围环境的变化与洪涝灾害，使城市实现可持续发展。

因此，海绵城市理念给城市市政道路建设提供了重要的思路。本文以泾河新城为例，进行市政道路海绵城市设计方案的研究。

1 泾河新城现状及海绵城市适用性分析

1.1 泾河新城现状

泾河新城位居西安大都市主城区北缘，南临秦汉新城及经开区，东接泾渭新城，北枕三原县，西靠空港物流区，地处未来大西安北部拓展区的核心。泾河新城围绕“创新城市发展方式，建设现代田园都市”的目标，已经将园区内部五条主干路（城市骨架）修建完成。五条主干路分别是茶马大道、正阳大道、沣泾大道、高泾大道、泾河大道。部分次干路及支路也已经修通。目前，对接主城的道路及桥梁建设正在火热地进行中，如图1所示。

图1 项目区域位置图

但是这五条主干路的道路断面都是采用传统的道路断面。道路多为四幅路，中央分隔带宽8 m，两侧分隔带各宽2～5 m，红线宽度60～80 m，红线外侧均有10～20 m的绿带。

排水系统也是沿用传统的雨水收集排放系统，即路面雨水→雨水口→雨水口连接管→检查井→市政管网“快排”系统。

基于以上现状情况，陕西省西咸新区泾河新城积极响应国家号召，紧跟海绵城市建设的步伐，对现有道路进行海绵城市提升的愿望也非常强烈。

1.2 海绵城市适应性分析

1.2.1 地下水

泾河新城地下水主要为潜水，潜水的补给源主要由河流侧渗、大气降水补给，水量较丰富，地下水的排泄方式主要为蒸发和人工开采，属泾河Ⅰ级阶地。潜水埋深一般在5.0～9.5 m。雨水入渗能够一定程度补充地下水。

1.2.2 土质

泾河新城地处非自重湿陷性黄土区域，地基湿陷等级为Ⅰ级（轻微）和Ⅱ级（中等）湿陷，场地勘探深度范围内的地基土主要由第四系填土、黄土状土（粉质黏土）组成。湿陷性黄土属于特殊土质，浸水后土的结构破坏而发生显著的附加变形，因此整个区域的海绵城市建设必须考虑地基湿陷对工程可能造成的危害，可以采用小型、浅层入渗设施，并应考虑采用土工布等防渗设施。

1.2.3 降雨雨型

西安地区多年平均降水量520 mm，降雨主要集中在6—9月，大部分降雨量都集中在降雨前期，为短历时高强度前锋雨型。

泾河新城地区降雨产流速度快，易造成雨水径流峰值流量高，对排水系统产生较高压力，加之泾河新城建设区地势整体比较平坦，泾河北岸北高南低。整个建设区的坡度较缓，容易造成路面积水，有利于采用海绵城市的技术措施。

1.2.4 蓄用空间

泾河新城道路两侧绿地数量较多，绿地宽度多为10～15 m，提供较多调蓄空间，也为雨水回用于灌溉浇洒提供前提，有利于雨水资源的调蓄和利用。因此泾河新城道路提升改造建设中适宜应用“蓄”，缓解水资源短缺问题，同时对进入蓄水设施前初期雨水采取相应的初雨水污染控制措施。

2 泾河新城市政道路海绵城市建设改造方案

本文针对泾河新城目前已经修建完成的五条主干路，改变以往传统的道路及排水模式，对这五条主干路进行海绵城市改造提升，综合运用路缘石开口、植草沟、生物滞留等工程措施，将路面的雨水通过低影响开发设施使其在雨水径流量控制、面源污染控制和排水防涝方面取得效果。

综合现场情况、实施条件及设施适用性等实际情况，对于现状高泾大道中央8 m绿化带、沣泾大道6 m路侧带、泾河大道5 m路侧带、正阳大道6 m中央分隔带及4 m路侧带采用下沉式绿地或植被浅沟，如图2和图3所示。

图2 下沉式绿地断面示意图

图3 植被浅沟断面示意图

对于现状茶马大道2.5 m路侧带、沣泾大道和高泾大道2 m机非分隔带，采用下沉式绿化分隔带，如图4所示。

图4 下沉式绿化分隔带断面示意图（单位：mm）

采取海绵城市技术改造过的道路断面如图5和图6所示。

该次设计考虑在道路两侧10～20 m绿地范围内设置小型蓄水模块，用以消减洪峰径流下雨水管道内的超负荷雨水，超量雨水将通过溢流管排至该蓄水模块。模块尺寸为B×L×H=10 m×4 m×3.6 m（有效水深2.5 m），单池有效容积100 m3。同时建议在现状道路红线外10～20 m绿化带内设置植草沟或雨水花园。

图5 茶马大道横断面示意图（单位：m）

图6 正阳大道横断面示意图（单位：m）

2.1 路沿石豁口设计

下沉式绿地入流系统是下沉式绿地的一个重要组成部分，其结构可影响到下沉式绿地或植草沟的收水效果、维护和使用寿命。目前应用较普遍的就是在路缘石上预留豁口，将径流道路滞留沟中。

泾河新城六条道路缘石豁口的开口长度确定为每间隔15 m设置0.8 m的路缘石豁口。豁口的样式考虑西安古城特色，如图7所示。

图7 路缘石豁口

2.2 湿陷性黄土的处理措施

在泾河新城市政道路制定海绵城市改造方案的同时，针对西安地区特有的湿陷性黄土，采取了特殊的处理措施。首先，在植草沟或下沉式绿地换填土的下方，采用PE防水土工布进行包封，防止水入渗至土壤中造成土壤湿载变形、结构破坏；其次，在分隔带两侧砌筑混凝土隔离墙，保证机动车道路基不受隔离带土壤变形的干扰，同时也防止入渗水横向流动，侵入机动车道，防止车行道路基沉陷，如图8所示。

图8 采用PE防水土工布包封路基

3 效果分析

3.1 雨水年径流总量控制率校核

年径流量控制主要靠下凹式生物滞留带，单位面积调蓄体积为0.16 m3。

综合改造五条道路，取最不利道路（茶马大道），经计算，综合雨量径流系数为 ψ=（S1ψ1+S2ψ2+S3ψ3）/S=0.68，进一步计算得到，控制降雨量H=V/10 ψF=19.6 mm，查“年径流总量控制率-设计降雨量对应关系表”得对应的年径流总量控制率为86%，见表1。其中，S为面积，hm2；ψ为径流系数；H 为降雨量，mm；V 为调蓄体积，m3；F 为汇水面积，hm2。