基于海绵理念的道路设计

2022-07-19孙元琪

粘接 2022年7期

孙元琪

摘要：海绵城市的理念发展为城市管理者增强城市雨洪管理能力、解决城市内涝问题提供了方向指引。为更好地推动海绵城市理念在市政道路设计中的应用落地，以海绵城市理念为研究对象，阐述其定义及特质，并分析其对于城市项目建设的重要性，最后结合工程实例，对该理念下市政道路工程的设计展开探讨，涉及道路、绿化带、附属设施及排水系统等方面内容。希望通过设计要点分析，提升设计人员对海绵城市理念的重视，从而更好地改善城市的自然环境、生态环境和水资源状况。

关键词：海绵城市;市政道路;道路设计;排水设计

中图分类号：TU753;TU99 文献标识码：B 文章编号：1001-5922（2022）07-0184-04

Road design based on sponge concept

SUN Yuanqi

（China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710000， China）

Abstract：The concept development of sponge city provides direction guidance for urban managers to enhance urban stormwater management ability and solve urban waterlogging problems. In order to better promote the application of the concept of sponge city in municipal road design， this paper takes the concept of sponge city as the research object， expounds its definition and characteristics， and analyzes its importance for urban project construction. Finally， combined with engineering examples， this paper discusses the design of municipal road engineering under the concept， involving roads， green belts， auxiliary facilities and drainage system. It is hoped that through the analysis of design points， designers will pay more attention to the concept of sponge city， so as to better improve the natural environment， ecological environment and water resources of the city.

Key words：sponge city; municipal roads; road design; drainage design

我國目前城市化程度较高，北上广深已经初具超级城市的规模，其余各大城市也仍在迅猛扩张阶段。然而，在城市化程度不断提高的同时，由于前期排水等规划设计不尽合理，自然灾害尤其是洪涝灾害对高度现代化的城市影响也越来越大。许多城市一经暴雨便会形成“街中河”“城中湖”等现象。为了解决城市内涝严重的问题，相关设计专家提出了“海绵城市”这一设计理念。海绵城市是指将城市变得如同像海绵，能极好地适应气候变化，尤其是应对雨水带来的灾害，降雨时能吸水蓄水;而当城市干旱严重时就能将所储存的水及时释放[1]，在一定程度上减少了自然灾害造成的损失，并提升了城市整体的生态调节能力。有专家、学者结合国内外海绵城市发展技术，在低影响开发本土化、大小排水与规划设计、内涝综合防治等方面做出了贡献[2]，并指出城市雨洪管理技术体系是经过长期的探索、研究和实践积累起来的一整套相关的理念与方法、理论与技术、法规政策、管理机制等，它们的形成和发展对解决各国雨洪问题、改善环境起到至关重要的作用[3]。

1“海绵城市”的内在含义、理念、特质

海绵城市在其建设过程中应当遵循因地制宜、生态优先等原则，以削减城市径流污染负荷、内涝防治为目标，将人工措施与自然途径合理地结合起来，统筹各方面的知识与力量，在保证城市建设安全和保留城市原有自然资源的前提下，最大程度地发挥海绵城市系统的优势[4-5]。同时，建设海绵城市并不意味着对传统排水系统的否定和取代，而是在传统排水系统的基础上进行适当地改进和优化，用生态城市理念指导现代城市建设，使其具有自然积存、自然渗透、自然净化的特质。这是城市建设理念之间的竞争。

相较于传统城市建设粗略的排水系统构建，在海绵城市建设的理念下，城市排水系统更加规范化、合理化;居民与自然环境之间的相处更加和谐;路面径流减少，实现城市水循环的良性发展。城市环境也将因此得到一定程度的改善。

2“海绵城市”项目的意义

2.1改善城市生态环境

在传统的城市排水系统的建设中，往往会因为过于追求排水效率，而或多或少会造成对生态恢复或生态保护工作的忽视，引起路面径流增多，增加城市内涝危机，导致城市的发展受到了一定的限制;相反，“海绵城市”的建设侧重于生态保护基础设施建设，营造“海绵体”，减少城市内涝危机。

明显可见的是，传统城市建设带来的后果一般是路面硬化严重、生态环境脆弱、洪涝灾害频发等;而海绵城市带来的是可渗透路面，有净化和渗透作用的雨水花园、绿色屋顶以及海绵停车场，在保护城市生态环境的同时，也有效缓解了城市的“热岛效应”。毋庸置疑，传统城市的建设也为我们带来了繁荣，并且让我们享受着城市化所带来的便利。但是，在城市环境问题日益严峻的今天，粗略的传统城市建设已不符合可持续发展的要求，因此建设新型城市——海绵城市，已经成为大势所趋。目前，已有130多个城市在城市设计理念中加入了“海绵城市”的设计方式[6]，海绵城市设计理念能修复城市水生态，为居民提供一个良好的城市居住环境。

2.2科学管理水资源

在全球厄尔尼诺现象日益严重的今天，洪涝灾害和旱灾层出不穷，而且城市水源的污染状况也不容乐观。海绵城市理念在市政道路工程中的科学应用，能极大地改善现有市政工程的排水系统，使城市整体蓄水、净水能力得到提升，也可以在城市出现干旱情况用水短缺时能更好地供水。海绵城市的应用能合理地控制水资源的使用，在提升城市排涝能力的同时，也改善了城市的抗旱能力，能够科学管理水资源。

2.3提高排水设计质量

在进行城市市政道路项目时，排水设计是勘察设计环节里不容忽视的一点。而在进行市政道路设计与规划时，合理运用海绵城市相关理念，不仅能改善城市的自然环境，降低工程建设过程对城市环境造成的污染和破壞，提升建设单位的经济效益，还能以点到面，借助整个海绵城市系统性的建设，为其他城市提供相关经验，各城市片区能连为一体，缓解目前城市内涝严重却又水资源短缺的问题。

3项目概述

某城市市政道路项目按照城市主干道标准进行设计，设计行车速度为40 km/h，地理位置如图1所示。项目所在地土质主要有杂填土、耕表土、粉质黏土、圆砾土和砾砂等。经勘察可知设计路段的沥青路面汇水面积为26 200 m、设计绿化带面积为3 000 m、透水人行道面积为5 780 m。根据《海绵城市建设技术指南》[7]，计算得出本项目路段总体调蓄量为449.8 m，下沉绿地所需平均下沉深度为0.15 m;控制年径流总量75%以上。

4设计要点

4.1设计思路

现阶段的海绵城市设计思路，主要以因地制宜为设计理念，在已有的城市相关建造基础和设施上施以改造，从而达到减轻污染、改善生态、防治内涝灾害的目标[8-9]。

在整个设计过程中，一般按照“点-线-面”3个维度分别对项目进行控制。其中，“点”意味着控制源头，即以各单独建筑物为基点，采取屋顶绿化和雨水收集等方式将雨水通过管道送入储水池;“线”意味着减少流量，一般采用软化排水沟、路面设置可透水铺装层及设置生物隔离带等方式，加大市政道路路面的渗透效率，控制路面净流量，从而缓解城市的泄洪压力;“面”则意味着流域管理，一般通过建设城市雨水花园等生态景观，日常可以作为市民观光休闲公园，遇暴雨时则能起到储水、吸水、净水的工作，既能改善城市生态环境，也能提升城市的排洪能力。

尽管海绵城市的建设模式已经初步形成建设体系，但近年来国内几个试点城市仍出现了不同程度的内涝灾害，这是由于各设施间缺少连通性，某一环节一旦出现问题，极容易导致城市的雨水收集器成了脏水沟。所以在市政道路工程设计中应用海绵城市设计理念时，还应利用数据可视化来完善城市水循环的数据监控，实时监控接收雨水处、排洪处和水资源循环利用处等环节，发现问题要及时调整、及时处理。

4.2道路设计

市政工程道路设计分为车行道和人行道设计。其中人行道为人们在出行时主要经过的路段，科学应用海绵城市理念可以进一步改善人行道的气候微环境，提升居民经过时的舒适度，还能提高雨水资源、积水资源的利用率。因此，在进行人行道的设计时，应尽可能选用可透水材料作为人行道的上层材料，而在路面的中间层和下层则应选用透水率较低的材料以提高路面的储水效率。采用海绵城市理念能极大改善人行道上的污水、积水现象，此外还能对道路的温湿度等气候环境进行微调，进一步提升城市建设质量和舒适度[10]。

传统市政工程道路中的车行道一般选用非透水性沥青或混凝土进行铺装，这类施工工艺容易导致城市在遭遇暴雨时，水流渗透率差，多数水流沿路面汇聚至城市低洼路段，从而产生严重的内涝现象。因此，结合海绵城市设计理念，在进行车行道设计时，应选用透水沥青混凝土进行上层铺设，中下层采用非透水性材料，以便水流汇聚至储存处。需要注意的是，在道路路基处，必须选用透水性较差的材料进行施工，避免流水对道路路基的冲刷作用，从而影响路基稳定性。为合理地对降水、积水进行引流，设计人员在进行道路整体勘察设计时，应将道路横坡控制在1%～1.5%内。

4.3道路绿化带设计

道路的绿化带设计是采用海绵城市设计理念的道路工程设计中十分重要的一步，同时也是改善城市生态环境的重要措施之一。因此，在进行道路绿化带设计时，应注意雨水的收集、净化过滤以及存储、排出3个方面的问题。

4.3.1雨水的收集

在道路绿化带设计中，首先应考虑的便是如何进行雨水的收集。一般应采取在绿化带周围构建雨水渠和下凹绿地等方式，使雨水能在此类地势相对低洼处汇集。此外，由于人行道和车行道上层均采用透水材料，透水路面上的雨水可径流聚集在绿化带侧面的排水口，因此在进行绿化带设计布局时，还需要考虑所种植植被的习性及土壤渗透能力，合理布置;一般情况下绿化带的标高采用比路面标高低20 cm的方案进行设计布局。

4.3.2雨水的净化和过滤

在道路绿化带设计中，其次，应当注意雨水的净化和过滤。对自然降下的雨水进行净化和过滤是实现水资源循环利用的基础，因此对雨水的净化过滤过程应越早越好。一般雨水的过滤从雨水的渗入过程就已开始，绿化带地面最底层需铺设渗透管，并自下而上分别铺设砾石、透水土工布、种植土和鹅卵石。此类型的铺设顺序和铺设材料能实现对雨水的多重净化过滤，极大地改善雨水的清洁程度。

4.3.3雨水的滞蓄缓排

在道路绿化带设计中，最后，需注意雨水的滞蓄缓排。传统市政工程道路设计一般采取将人行道和车行道的雨水全部通过雨水口排入道路排水系统的排水方式，这种排水方式很容易造成城市部分道路内排水系统率先达到额定容纳量，从而导致内涝灾害。然而，应用海绵城市理念的道路设计，则采取在机动车道两侧开口路缘石附近将雨水汇流至下沉式绿地，绿地内的溢流式雨水口能起到缓解雨水流量大小的作用。当绿地内土层的含水率饱和后水位才会开始升高，水位高于雨水口后才会汇流至排水系统中。此类型设计既能调蓄雨水，也能对雨水进行错峰排放。

4.4附属设施设计

道路的附属设施主要有路缘石和雨水口。对路缘石来说，平缘石一般设置为与路面平齐即可，能有效减小路面积水的面积，立缘石则应比平缘石高出少许，从而提升雨水流入绿化带的效率。对于雨水口来说，本项目采用环保型雨水口，雨水口沿道路纵向每隔30 m设置一处，且在入口处增设透水溢流堰和截污框，顯著改善了下渗水流的污染程度。

4.5排水系统设计

应用海绵城市理念对市政工程道路进行设计的主要目的为防止内涝灾害的产生，因此，良好的排水系统是整个设计环节里极为重要的一环。为使城市排水系统运转更为高效，具备更高的排水量，在进行排水系统设计时，需要将海绵城市排水系统与常规雨水排出系统进行联系，通过各子系统的有效连接实现排水系统的一体化。此外，还应建立健全监测系统，对整个系统的储水量要实时监测，发现问题及时处理，动态调整各子系统的蓄水量，避免因某一子系统出现故障而影响排水系统整体功能。例如，当某一子系统的储水设施达到额定量后，应将改设施内的水源分流至其他储水设施，对水资源合理进行调配和涵养，为城市的生态环境提供良好的水资源补给方案。

5结语

海绵城市设计理念对防治城市内涝灾害有着十分重要的作用，因此这一设计理念在目前的市政道路工程中也已被广泛采用。若要更好地改善城市生态环境、改善水资源条件和防治内涝灾害，在应用海绵城市理念时，需要因地制宜，把握好理念特性，选用合适材料、植被与布局方案，综合城市的自然环境来对道路进行设计。

【参考文献】

[1]侯剑.海绵城市在市政道路设计中的应用[J].工程建设与设计，2020（17）：101-103.

[2]于永霞.透水混凝土在海绵城市建设中的应用研究[D].淮南：安徽理工大学，2016.

[3]车伍，闫攀，赵杨，等.国际现代雨洪管理体系的发展及剖析[J].中国给水排水，2014，30（18）：45-51.

[4]丁锡峰.“海绵城市”在市政道路给排水设计中的应用[J].工程技术研究，2019，4（24）：231-232.

[5]吴亚男.基于SWMM的海绵城市径流总量控制指标分解及验证[D].西安：西安建筑科技大学，2016.

[6]王超逸.“海绵城市”在市政道路设计中的应用探讨[J].交通节能与环保，2020，16（3）：66-68.

[7]中华人民共和国住房城乡建设部.海绵城市建设技术指南：低影响开发雨水系统构建（试行）[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[8]邓耀春.海绵城市理念在某市政道路设计中的应用[J].西部交通科技，2019（7）：190-193.

[9]张亮，俞露，任心欣，等.基于历史内涝调查的深圳市海绵城市建设策略[J].中国给水排水，2015，31（23）：120-124.