基于低影响开发技术的市政道路设计研究——以珠海市某道路工程为例

赵孟哲

（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东 广州 510070）

0 引言

在海绵城市快速建设与发展的背景下，人们越来越关注市政道路的建设。过去使用的不透水铺装道路设计会导致自然生态水文环境被严重破坏，而且大规模的降雨天气也会引发城市内涝问题，影响人们的出行。因此应积极研究低影响开发的城市道路，本文结合珠海市的具体条件进行可行性分析，以进一步提高市政道路建设水平，减轻城市内涝发生的几率，为海绵城市建设提供重要的参考依据。

1 工程案例

珠海某市政道路工程新建市政道路工程红线宽度约为60 m，城市主干路道路设计车速为主路50 km/h，项目含涉铁段。该项目地理位置及项目工程范围见图1~图2。

图1 项目地理位置示意图

图2 项目工程范围示意图

1.1 自然气象条件

该工程区域降水量高达1 700 mm～2 200 mm，但降水的分布并不均匀，以4月—9月的雨季为主，占全年的84%。降水集中于雨季；10月至次年3月为旱季，降水量只有308.1 mm，占全年降水量的16%。

1.2 海绵城市建设分区管控指引

海绵城市的分区采取顺应城市水系特征、便于城市管理、科学合理划分的原则。具体海绵城市的管控分区依据水系、河道、流域边界范围，同时以行政分区作为基础。

以珠海市为例，结合城市排水分区将珠海市划分为51个海绵城市管控分区，以方便专项规划，以及与下层次的控制性详细规划衔接，旨在更好地指导城市的下层次规划，将海绵城市的专项规划成果充分地落实到城市建设中。

2 低影响开发的功能和作用

在我国城市化高速发展的背景下，城市经济蓬勃发展，生活水平显著提高。与此同时，人们对水环境的破坏却日益严重，导致日常生活中面临洪涝灾害、水资源短缺等各种问题。低影响开发刚性约束，使自然排水系统更加流畅，充分提高城市道路对水的吸纳效率，为城市开发建设提供重要的保障[1]。利用低影响开发的雨水处理系统，可以有效提升城市道路的雨水渗透和调节能力，使城市的水资源得到有效利用；对城市的排水系统也有一定的缓解作用。同时，通过利用雨水资源，充分补充地下水，有效地提高了水资源的利用率，降低了水资源的污染。在低影响开发道路进行设计时，首先要针对当地的实际条件进行分析，建设可持续、低成本且与建筑景观相结合的道路，同时在道路周边设计雨水公园、绿色屋顶、透水铺装等多种技术方案，在设计时要针对原有的自然水文环境进行深入分析，增强水资源的整体利用率。此外，要在增加海绵设施调蓄能力的同时增加径流时间，提高渗透效率，避免出现资源浪费等问题。

3 道路工程低影响开发的主要措施

3.1 道路雨水低影响开发系统

在传统的道路开发设计中，根据不同等级、不同断面进行划分，低影响开发理论将道路红线范围进行划分，包括机动车道、非机动车道、机动车隔离带、人行道等，因此在设计不同系统时要对雨水道路系统进行深入分析。本案例将低影响开发设施专项规划和概念设计的结果进一步细化，提供不同低影响开发设施布置方案，并通过水文模拟计算各个方案的暴雨处理效率和成本分析。初步设计文件应满足编制施工图设计文件的需要，根据选定的设计方案，确定每个低影响开发设施的尺寸，绘制平面图、剖面图、截面图，并给出工程量清单。施工图设计文件，应满足设备材料采购、非标准设备制作和施工的需要。低影响开发设施设计暴雨重现期，应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定，一般采用低影响开发专项规划推荐值，低影响开发设施设计暴雨重现期一般不超过25年。

3.2 道路排水与雨水衔接系统运用低影响开发理论

在道路排水和雨水衔接系统中要充分利用低影响开发的理念，对坡面坡向分隔带的位置及横断面形式进行空间分析。为了能够保证道路排水和雨水系统的有效衔接，要主动引入雨水排水设施和引流设施，在排水设施研究中需要采用溢流雨水管和导流管，溢流雨水管应和生物滞留时综合利用，如果洪峰径流量过多，可实现溢流排水的效果。排水设施顶部略低于地面35 mm～45 mm，超出地面55 mm～95 mm。溢流水的雨水口，排水能力会直接影响着汇水效果。所以如果内涝严重，需要在雨水口设计时预留缝高度2倍以上，导流管能够对雨水进行增渗和回收，通过透水铺装植草沟生物滞留相互配合，能够进一步加强对雨水的分析与处理，导流管的坡度需要做到因地制宜，加强导流效果。在雨水引流设计中，要包括机非分隔带雨水设施，而为了能够增强径流效果，需要根据每个进水口的进水量和路面汇水量进行综合考虑，当道路经过低洼处时，要适当增加管道密集度，确保单个进水口也能够具备足够的宽度，同时要做好遮蔽效果，避免杂物造成管口堵塞而影响进水能力。机非分隔带因为宽度较窄，无法在中间设置。将机动车管径流雨水线引至红线外相关低影响的开发设施内部[2]。

4 市政道路设计中低影响开发的具体运用

随着道路桥梁建设进度加快、规模不断扩大，现有的设计理念和形式很难满足道路桥梁建设的发展要求，及时进行低影响开发技术十分必要。常规道路桥梁施工设计过程主要依据传统施工经验，先设计初步施工方案，再进行道路桥梁结构尺寸、制造工艺、总布置及施工材料的选择，最后进行验收。

在实际应用中需要提前构建设计计划模型，对模型进行结构分析和力学分析，并研究在实际应用中可能产生的风险。本项目的绿化带均采用下凹式绿地，下凹式绿地设施调蓄体积计算采用以下公式：

式中：A为下凹式绿地面积，m2；0.15为下凹绿地和生态树池蓄水层厚度，m；0.6为种植土厚度，m；0.1为种植土层孔隙率，0.2为级配碎石层厚度，m；0.3为级配碎石层孔隙率；0.70为下凹绿地和生态树池蓄水折减系数。

未来设计者要尽可能地构建更加合理的模型，运用低影响开发技术思想详尽地描述道路桥梁的设计方案，将设计的每一步清晰呈现，简化复杂度，消除风险隐患。将大型道路桥梁分割为若干个小型独立设计方案进行规划，方便设计师对每一个模块进行方案设计，通过整体设计思想把每一个独立的模块进行组合，最终完成道路桥梁设计。这样不但可以节约设计者的设计规划时间，还可以有效地提高设计规划的科学性，降低工程施工或实际使用中出现事故的可能性。在透水性地面铺装的过程中，建设团队必须将渗透性建筑材料的用量最大化，减少不渗透性材料的使用。引入透水性铺装，可以有效减少路面积水，提高雨季雨水渗透率，使雨水快速渗透地面，补充地下水，减轻城市水压力[3]。关于市政道路，透水性铺装是开发中影响较小的重要手段之一，应用于人行道和非电动车线的设计，可以有效提高设计水平和道路性能。混凝土材料是道路和桥梁结构的填充物，直接影响工程项目的质量。混凝土建筑技术在低影响开发技术中主要包括两方面，即选材和使用。有关选材方面，混凝土是经过制作而得的较为特殊的材料，在低影响开发技术时对准备工作有着严格要求。首先，根据比例来确定原料的数量和车辆的重量，固定水泥、砂、石的磅秤标准，设计中规定不能忽视对骨料中含水率的测定，其对确定精确耗水量至关重要。其次，把货物按装运的顺序装上卡车，在设计上一般采用石块先装，然后是水泥，最后装砂的顺序。在低影响开发技术中，提出混合剂要加水泥，混合剂一般按用量分开，同时加入粗集料和细集料。最后，按要求进行搅拌。搅拌机应符合低影响开发技术要求。当要求加入添加剂时，要注意调节时间。为保证混凝土的质量，低影响开发技术建议在混合工艺开始前应先进行坡度及工作性质鉴定，并作详细说明。就使用材料而言，混凝土的使用应满足道路桥梁工程中对承载力、安全性及使用寿命的要求。研究表明，钢筋混凝土的配合比不合理会影响工程质量，使承载能力、安全性能急剧下降，道路桥梁的使用寿命也将较短，在施工现场施工可采取增加保护层的方案[4]。

在低影响开发技术下市政道路的建设与规划，必须要针对城市的具体环境进行分析。在本案例中城市的主干道红线宽度约为60 m，道路长度为5.3 km，道路两边的路幅要保证6车道车辆同时双向行驶。在道路建设的过程中要尽可能地增加路基持力层的黏性土和砾质黏性土，提高道路的适应性。下凹式的绿地设计能够对绿化带进行良好的控制，确保道路渗透性蓄水能力更强，下凹式的绿地不仅建设费用低，还能够快速汇集雨水，从开孔处有效流入对应的下凹式绿地，确保绿地标高低于机动车道10 cm～20 cm。在遇到径流雨量比较大的情况下会有更多的溢流渗透能力，使溢流井流入到雨水系统之中，在道路设计时要严格控制雨水口的标高。

本案例人行道设计因为受到周围用地的影响，在建设之前没有对工业园区内的土地开发进行准确规划，所以要采用厚度为6 cm面砖，具有良好的吸水环保性能，调平层的厚度需要铺垫2 cm的细砂，基层应采用10 cm厚度C25的原色透水性混凝土，主要以碎石为填充材料。在透水结构中能够促进雨水的快速下渗，增强对城市地下水的快速补充，有效减少城市道路中的地表径流量。在机动车道设计时，因为在本案例中会遇到频繁的暴雨天气，造成降雨量过大。为了减少城市排水系统的压力，可以通过配排水式的磨耗层及透水的沥青混合料共同结合，减少雨水对车道造成的危害和冲击，机动车道也可以采用豁口式的原石对地面径流进行引流，确保水流快速进入到绿化带，有效过滤并净化雨水。在非机动车道设计中，本案例采用透水式结构，整个表层设计呈现彩色路面，用PAC材料保证了良好的透水性能。

针对不同设计方案应用项目的实际需求，选择最优设计方案，以保证工程桥头搭板段施工质量。在施工过程中，会使用大量的水资源，若是不合理的应用可能会造成大量的水资源浪费。因此，应合理应用水资源，把水资源使用量控制到一定范围内，增强水资源二次利用，减少不必要的水资源消耗。在施工过程中，做好排水工作也是必不可少的，应安装排水设施，避免废水给周围自然生态环境带来破坏。此外，施工设备的选择非常关键。雨水花园由溢流、洼地、过滤带等设施组成，主要负责净化和滞留初期雨水，借助土壤渗透、植物截留等方式，对小流量的径流雨水进行处理，达到削减污染物、调节雨水流量的作用。在确定雨水花园最终容积时，需要确保其可以满足在非隔离带内部设置的根本性原则[5]。

在低影响开发中，植草沟具有隔离污染、净化水源、运输等作用。植草沟按径流可划分为三大类：标准传动式植草沟、湿植草沟、干植草沟。其中，标准传动式植草沟是开阔的植物性沟渠，将集水区的径流引导和传输到其他地表水处理设施。湿植草沟替代排水系统是指采用沟型湿地处理系统。这种草沟因长期处于相对湿润的条件下，因此蚊虫、苍蝇易滋生。干植草沟采用适用于居住区域或密集的区域，早期弃雨是利用适当的设备或特殊的方式，将初始降雨中的高浓度污染物排出，从而减少后期雨水的处置难度。对于市政污水管网中存在的弃流雨水，需要先汇集到污水处理厂进行集中处理。当前较为常见的雨水弃流处理法包括小管、容积法等，弃流方式包括自动控制、渗透、雨落管、弃流池等[6]。

5 结语

将低影响开发技术方法用于道路桥梁设计，能有效改善道路设计效果。低影响开发在市政道路中的设计和应用具有重大意义，不仅避免了城市道路受到雨水的侵袭，而且大幅提升雨水的二次利用效率，以及利用自然的去污方式，降低了城市的污染。在低影响开发技术应用时，要结合工程项目的具体情况进行综合分析，采取有效的设计方案，保证路上雨水快速排除，从而增强雨水的渗透和净化能力。随着技术手段的不断改进及相关部门重视程度的加深，低影响开发将成为未来市政道路发展的趋势。