海绵城市建设理念在市政路桥设计施工中的体现

郑国栋

（大庆市城市管理事业发展中心，黑龙江 大庆163000）

随着我国城市化进程的加快，市内路桥的合理规划对于正常生产生活尤为重要，尤其是在7、8 月份雨季时，城市内涝问题凸显出来，不仅会造成安全隐患，威胁到居民群众的生命安全，同时还会损坏路桥基质，减少路桥使用寿命。为了响应“海绵城市”建设理念，市政路桥设计研究中必须要运用相关设计知识，提高市政路桥设计及施工水平。

1 海绵城市建设理念

1.1 海绵城市概念

简单来讲，海绵城市建设理念要求在城市建设设计与施工中要注重提高城市路桥基质的吸水性，打造一个“海绵”路桥体，提高城市抗洪抗涝能力。海绵城市建设基于各类的基础设施，在保障其功能性与安全性充分展现的基础之上，进一步优化城市的水循环性能，增强城市的排水、蓄水能力，重视循环利用水资源，是生态环境保护城市建设要求的新型设计理念。

1.2 海绵城市建设理念的优势

城市建设中主要矛盾就是经济发展与生态环境保护之间的矛盾，基于此政府出台了许多配套政策，其中最主要的措施就是打造海绵城市来缓解城市排水蓄水压力，改善城市生态环境，减轻城市环境污染。利用海绵城市的海绵效应从根本上缓解城市排水系统的压力，充分循环利用城市丰富的水资源，同时还可以起到防雨防洪的作用。

2 海绵城市在市政路桥设计施工中的体现

2.1 海绵城市在市政路桥设计施工中的应用方式

海绵城市在市政路桥设计施工中的应用，主要体现在以下几种方式：（1）转变路桥设计和广场建设理念，将快速排水转变为分散吸水形式，提高城市路桥广场对于雨水的渗、滞以及蓄的能力；（2）市政路桥系统海绵建设理念的应用应以控制面源污染，削减地表流量为目标，以雨水入渗、调节蓄水量排放量为主要方式；（3）市政路桥的绿化隔离带以及两侧的绿化带的设计必须要因地制宜，合理利用下沉式绿地、生物滞留地等多种形式，同时还可以采取间歇式侧石、开孔侧石等多种形式，将道路的雨水顺利引入绿化带中，进而增加道路对于雨水的吸收能力；（4）市政路桥的人行道、非机动车道、停车场以及广场等可以采用透水铺装系统，增加其透水性；（5）城市广场的设计必须因地制宜，采取下沉式的结构或者增加相应的雨水调蓄配套设施，最大程度地避免雨水滞留，现有的广场和道路，要合理根据海绵城市建设要求，逐步实施海绵化改造；（6）城市道路系统中的海绵设施建设必须要与政策中园林景观、环境保护、城市交通、内涝防治等多项规划与设计相协调，将道路功能安全、景观要求等充分考虑其中。

2.2 海绵城市在市政路桥设计施工中的应用策略

2.2.1 车行道设计

由于车行道需要长期受到行车荷载，必须选用透水性强且孔隙率比较高的透水沥青混凝土作为路桥建设结构层，待水通过结构层再继续向下渗透的时候，可以有效过滤水中的杂质以及污染物质，完成水体的净化处理。同时在路面铺设时可以选择性设置横坡，有利于雨水引流至车行道旁的绿化带中，快速排出雨水。

2.2.2 人行道设计

（1）人行道的铺设应首先选用防渗水土工布，保证人行道铺设地段平整度良好，另外将防渗水土工布的搭建长度控制在2m 之上，防止水层渗透至土层，完成防渗水土工布的铺设之后，在其上继续铺设碎石层，其铺设厚度在25.5 mm 之内、压碎值小于25%，且碎石直径要控制在0.08 mm之上。之后，继续在碎石层的基础上在人行道增设排水管或者盲管，应当选用高分子树脂等材料作为排水管的底层以及立壁，采用高分子树脂材料可以延长排水沟的使用寿命且抗压抗腐蚀能力强，排水能力更佳，防范出现杂质滞留等问题。（2）碎石层铺设完毕后选用透水性混凝土进行浇筑，在浇筑之前必须保证混凝土充分的搅拌均匀，搅拌时间为30-60s，确保碎石料与胶结料均匀混合，适量水分2-3 次加入，继续搅拌20-25min，并在搅拌均匀之后的15 分钟内将混凝土材料进入浇筑，浇筑厚度为15 厘米左右，采用平板式振捣器均匀振捣混凝土，振捣时间为10s 之内，确保混凝土的表面平整且厚度一致均匀，浇筑完成后继续养护7 天左右，养护期间要严格看管防止行人踩踏混凝土层，养护结束之后继续使用土工布铺设在混凝土层之上，并在基层之上铺设透水砖，基于此人行道的建设完成。

2.2.3 生态滞留带设计

针对生态滞留带的铺设，首先将种植土敷设在绿化带与生态树池之中，在填土之前，需要在绿化带和生态树池中铺滤土层和砾石，同时还必须在砾石下面铺渗水管，填入种植土之后，再在其上面敷设陶粒，这样可以充分发挥出渗水管的作用，保证土壤的湿润。设计绿化带时，尽可能将其设计成低于车行道的凹型，这样可以有效收集雨水，且在绿化带下方设置碎石盲沟，在盲沟下面设置碎石层。

3 应用实例设计

3.1 道路概况

本文选取金山湖大道作为海绵建设理念应用设计实例，道路长约4.7 公里，红线宽32-40 米，道路西侧规划有20 米宽的水系。该示范工程占地645 米，海绵城市也可以称为水弹性城市，其基本任务包括吸水、蓄水、渗水、净水，并在需要时利用储存的水。现有海绵城市市政道路一条，道路两侧有道路集水沟。集水沟与道路两侧的集水井相连。下雨时，雨水沿集水沟流入集水井。储水，需要时，从储水井取水使用。上述现有技术的缺点是，当雨水量较大时，由于路面透水性差，雨水可能积聚在地面上，影响行车。

图1 自然排水系统替换原有绿化带

3.2 道路排水设计

3.2.1 自然排水系统替换原有绿化带

金山湖大道的自然排水系统为两侧布置的截面是3.5米宽、0.2-0.3 米深的生态草沟。单侧自然排水系统的长度约590 米，坡度沿道路纵向坡度设置，有两处高点和两处低点，形成三处雨水花园和出水口。

生态草沟混合土由透水土、水洗砂、水洗碎石组成。草沟种植当地常绿乔木和灌木。通过道路横坡的设置和路牙的开孔，将道路雨水自然收集到生态草沟中。为减少生态草沟雨水外溢，在冲洗后的碎石层上铺设盲管，并在道路最低点将集水管接至雨水花园溢流下的集水井。为减少雨水对路基的渗透，沿生态草沟在沟边和沟底铺设土工布，并涂沥青层进行保护。

3.2.2 透水混凝土替换原有人行道铺装

为了增加降雨的渗透，在渗透性道路上使用人行道的情况正在增加。近年来，上海世博园，北京奥林匹克体育场等也采用了渗透性人行道。

金山湖大道人行道的路面设计也考虑了透水路面的技术。使用彩色的可渗透混凝土作为人行道的路面，并在表面结构下设置盲管。这样可以确保在雨天雨水能迅速渗入，使行人行走更安全，不会打滑。

3.2.3 开孔、开口路牙代替传统路牙

允许径流通过洪水、渗漏和扩散的方式流入自然排水系统更为合适。这样既可以减少自然植被和土壤的侵蚀，又可以更好地收集雨水径流。因此，在快车道段每隔30cm 设置路牙，同时为慢车道段设置洞口。区间和开口尺寸按宽顶堰公式计算，最高堰头设为5mm，径流按汇流面积采用局部短时暴雨强度公式计算。

3.3 生态滞留带工程

3.3.1 雨水花园的建设

利用金山湖大道交叉口道路的两个低点，建立3 个小型雨水花园，对种植草沟收集的雨水进行调蓄，使之外溢。每个雨场占地约10 平方米。雨园的基本施工方法与很多人描述的自然排水系统相似，但其表面没有种植任何植物，而是用粗粒的河卵石代替。目的是对草沟径流中的浑水和悬浮垃圾进行沉淀、阻隔，减少溢流雨水对下游水系的污染。雨水花园表面的河卵石需要定期清理和维护，以确保其有效性。

图2 雨水花园的建设

3.3.2 水质比较

金山湖大道采用入渗式植草沟使径流在进入的源头和传输途径中能够就地处理，代替原有直接收集降雨的雨水口，能够较好的实现对初期雨水中SS、TP、TN 以及重金属等物质的去除（参考数据来自《城市面源污染的控制原理和技术urban diffuse pollution control principles & technologies》尹澄清等著）。目标是使河道湖泊的水质可以保持在《地表水环境质量标准》（2012 年国家环保总局）在IV 级以上，满足景观用水要求。

3.3.3 径流比较

使用SWMMS 软件对自然排水系统进行数学建模，分别采用1 年一遇、2 年一遇、5 年一遇短历时（2 小时）雨型和10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇长历时（24 小时）情况下进行模拟，对比无LID 设施情况下排水管渠系统。

传统管道与LID 设施对比数据:一年一遇220.20/49.24下降77.6%; 二年一遇296.95/132.82 下降55.3%; 五年一遇427.46/292.4 下降31.6%; 十年一遇484.19/397.15 下降18.0%; 二十年一遇563.5/476.87 下降15.4%; 五十年一遇665.16/513.82 下降14.1%。

结果显示新建的自然排水系统在减少径流总量和削减径流峰值方面优于原传统设计。同时，通过一个50 年一遇的极端的事件模拟，可以看出自然排水系统消除了暴雨径流的第一个峰流也减少了径流体积总量，最大峰值减少约54%，径流体积约为46.7%。

4 结束语

众所周知，旱涝灾害在我国一些城市频繁发生，并且一些城市还存在严重缺水的现象。目前，城市中内涝现象日益加重，究其根源主要是由于中国城市地面硬化建设比较过度所造成的，当遇到大暴雨的情况下，大量雨水便会构成地表的径流，这样完全超出城市排水系统的基本承受能力，最后会导致内涝的出现，这给城市水资源造成了严重的污染。伴随着海绵城市的相继出现，就需要开展全方位的系统化治理，为此，创建海绵城市具有非常重要的意义。