基于LID理论的海绵市政道路设计应用研究

2021-09-09周铖

昆明冶金高等专科学校学报 2021年3期

周铖

(国家林业局昆明勘察设计院，云南昆明 650216)

0 引言

为了推广和应用低影响开发建设模式，使城市开发建设后的水文特征接近开发前，缓解城市内涝，我国于2014年颁布了《海绵城市建设技术指南(试行)》，明确指出市政道路低影响开发设施应结合道路绿化带和道路红线外绿地优先设计下沉式绿地、生物滞留带、雨水湿地等。结合道路工程中的绿化带、人行道、树池设置下沉式绿化带、透水铺装、生态树池是市政道路海绵城市设计中应用最为广泛且行之有效的低影响开发方法。因此准确认识城市道路中的径流控制机理并合理应用于设计中，对于有效建设海绵城市并解决城市排水防涝问题具有现实意义[1]。

1 LID理论基础

下沉式绿化带是指低于周边铺砌地面或道路在 200 mm 以内的绿化带[2]。受降雨雨型影响，在降雨初期，下沉式绿化带汇集周边硬化路面的径流，通过植被、土壤垂直下渗，利用微生物截留和净化部分雨水，并补充地下水；随着降水强度增大，渗透流量小于降水强度时，下沉式绿地进行雨水调蓄，超出部分则通过溢流装置进入雨水管网。

透水铺装是利用透水砖良好的透水、透气性能，使雨水迅速渗入地下，补充土壤水和地下水，保持土壤湿度，改善城市地面植物和土壤微生物的生存条件。

生态树池是一种小型生物滞留设施，径流雨水经树池侧壁集水口进入，流经渗透系数较大的土壤过滤介质，经土壤过滤后的雨水收集于底部穿孔管并排出，雨量大时超过蓄渗高度的雨水经溢流管汇入雨水排水系统。生态树池与透水铺装联合使用可加强人行道径流控制。

1)雨水量调蓄

Wp=V=As×Δh

(1)

式(1)中：Wp为有效调蓄容积，m3；V为储水容积，m3；Δh为有效储水深度，m，Δh=h1-h2；h1为储水水面标高，此处为下沉式绿化带内雨水口或溢流口标高，m；h2为下沉式绿化带底面标高，m；As为有效渗透面积，m2。

2)透水铺装渗透量

ws=As×b×Ψc×10-3

(2)

式(2)中：ws为设计渗透量，m3；Ψc为硬化地面雨量径流系数，取0.8；b为日设计降雨厚度，mm。

3)透水铺装存储容积

Vs=As×∑Hink1

(3)

式(3)中：Vs为储水容积，m3；Hi为透水结构层厚度，m；nk1为透水结构层孔隙率，%。

2 海绵市政道路控制指标

根据《海绵城市建设技术指南(试行)》，LID开发设施有较强的补充地下水、削减峰值流量、净化雨水功能和一定的集蓄利用雨水、转输功能[2]。昆明地区提出了道路海绵设施的设计计算方法，并满足相应的控制要求。城市道路工程径流总量控制规模为 12 mm，人行道透水铺装率达到100%，径流污染控制厚度为 5 mm。海绵市政道路控制目标以径流总量控制为主，径流污染控制为辅。

1)径流总量控制规模。市政道路低影响开发设施径流总量控制规模应当根据日设计降雨厚度，并结合工程项目内所有汇水面积，按式(4)进行计算：

W=10-3×b×∑(Fi×Ψci)

(4)

式(4)中：W为低影响开发设施径流总量控制规模，m3；Fi为项目内的各个下垫面的汇水面积，m2；b为日设计降雨厚度，mm，昆明市取值 12 mm；Ψci为各下垫面对应Fi的雨量径流系数，硬化屋面和路面取0.8，绿地取0.15，水面取0，且不考虑裸露的土地。

2)径流污染控制。市政道路径流污染控制主要在于初期径流控制，初期径流控制量按式(5)计算：

Wi=10-3×δ×F

(5)

式(5)中：Wi为设计初期径流控制量，m3；δ为初期径流控制厚度，mm；F为汇水面积，m2。

3 应用实例

下沉式绿化带设计指标包括：设施面积比，下沉深度，溢流口标高、数量，绿带植被耐涝耐污能力等。现以昆明市某新建道路工程为例进行分析。

3.1 项目概况

昆明市某新建市政道路位于滇池北侧平坝海绵控制区，规划为城市主干道，道路全长 10.2 km，前段 6.9 km 红线宽度 50 m、后段 3.3 km 红线宽度 60 m，2种断面型式均为不对称断面，道路标准横断面如图1、2所示。50 m 断面道路，机动车道、非机动车道、人行道、绿化带道路宽度分别为 28.5 m、7 m、6 m、8.5 m，有树池2处；60 m 断面道路，机动车道、非机动车道、人行道、绿化带道路宽度分别为 28.5 m、7 m、6 m、18.5 m，无树池，道路标准横断面用地指标如表1所示。

图1 50 m红线宽度道路标准横断面Fig.1 50 m red line width road standard cross section

图2 60 m红线宽度道路标准横断面Fig.2 60 m red line width road standard cross section

表1 道路标准横断面用地指标Tab.1 Land use index of standard cross section of road

道路纵断面设计控制点主要为相交的现状道路、相交的规划河道、现状河道的洪水位标高等，以规划为依据进行竖向设计，道路最大纵坡为4%，最小为0.3%，最大竖曲线半径为 30 000 m，最小为 1 200 m。道路纵坡基本满足雨水排放要求。

3.2 场地条件确定

根据项目详勘报告，勘察期间拟建场地在道路沿线均见到稳定地下水，孔内地下水混合稳定水位在设计地面下1.00～3.70 m，可设置下沉式绿化带。区域主要土层渗透系数见表2。

表2 各土层渗透系数统计结果Tab.2 Statistical results of permeability coefficient of each soil layer

根据拟建场地工程地质条件，对路基压缩层进行变形验算，对其基底的③泥炭质土、④2泥炭质土进行换填处理后以④黏土为基础持力层进行路基施工，且由于地下水位较高，场地内雨水渗透的土层主要为绿化带填土(取渗透系数 10 mm/h)、②黏土和②1黏土层，按分布面积进行加权平均得到渗透系数指标取值 6.25 mm/h。