“海绵城市”理念在市政道路设计中的应用

田福婵

（中交城乡建设规划设计研究院有限公司，湖北 武汉 430050）

0 引言

在城市道路结构设计中融合海绵城市建设理念，应分别从高效率渗水、有效蓄水、高性能净水、顺畅性排水等方面，逐一完成城市道路设计，最大化挖掘道路应用内在潜能，不仅提高交通设施的性能，还能提高整合自然资源的效率，提升水资源利用的合理性。在城市道路设计中，可添加的海绵城市元素具体有：高性能透水路面、生态化绿植、蓄水型花园等，以此提升交通道路水处理能力[1]。海绵城市的建设为改善人民居住环境提供了巨大的帮助，所以多数发达国家均展开了海绵城市的建设和研究。美国进行了以景观控制为基础的LID低影响开发建设和绿色基础设施建设；英国进行了可持续排水系统建设。这些先进的国外建设经验给我们提供了一定的建设思路和技术参考。在现代化城市建设的今天，绿色发展和节能减排工作对于促进我国海绵城市建设的意义是重大的，特别是城市污染日益严重的大环境下，生态文明建设和可持续发展成为指导我国新农村和现代化城市发展的重要理念。如今，我国的水资源分布呈现南多北少的局面，南方经常会因为降雨过多而存在发生洪涝灾害的风险，而北方多省份因为干旱少雨出现人均占有水资源不足的情况。在这种分布严重不均衡的前提下，生态建设的困难非常大。但是海绵城市理念的提出为改善水资源分布不均以及生态文明建设受阻的情况提供了理论支持，为国家和城市的绿色发展奠定了良好的基础[2]。本文就海绵城市理念与城市道路设计融合展开论述。

1 早期市政道路建设存在的问题

我国早期建设的市政道路存在的问题主要有：人行道没有定期铺装导致部分位置不清楚；绿化面积较小或者种植品种单一；主车道和副车道规划不合理，而且部分位置车撞击的痕迹依然没有修补；雨水、污水管道规划存在问题，排水管中有部分大型垃圾影响排水，雨水管和污水管部分合并，导致净水不易等。除此之外，关于道路性能方面也存在很多问题，如部分地面不平整导致大量雨水和污水存积，车辆和步行人员出行不便；车道性能差，车道路面不平整会影响车辆行驶等。主车道发生性能损坏问题，大多数原因在于车道透水能力欠佳，引起大量积水长时间浸泡，交通区域排水工作未能及时完成，引起主车道工程长期在水的作用下，发生形变现象，降低了主车道工程结构稳定性、承载能力等性能，难以保障人们出行的安全性。

2 海绵城市理念下市政道路低影响开发雨水系统构建

海绵城市——低影响开发雨水系统构建需统筹协调城市开发建设各个环节。在城市各层级、各相关规划中均应遵循低影响开发理念，明确低影响开发控制目标，结合城市开发区域或项目特点确定相应的规划控制指标，落实低影响开发设施建设的主要内容。设计阶段应对不同低影响开发设施及其组合进行科学合理的平面与竖向设计，在建筑与小区、城市道路、绿地与广场、水系等规划建设中，应统筹考虑景观水体、滨水带等开放空间，建设低影响开发设施，构建低影响开发雨水系统[3]。低影响开发雨水系统的构建与所在区域的规划控制目标、水文、气象、土地利用条件等关系密切，因此，选择低影响开发雨水系统的流程、单项设施或其组合系统时，需要进行技术经济分析和比较，优化设计方案。低影响开发设施建成后应明确维护管理责任单位，落实设施管理人员，细化日常维护管理内容，确保低影响开发设施运行正常。

3 海绵城市理念在市政道路设计中的重要性

3.1 有利于促进生态环境的改善

随着我国经济的高速发展，人们生活水平的不断提高，城市居民对于日常生活中所需要的产品品质要求日益提高。随着产品的多元化，城市中的垃圾产生速度越来越快，直接导致城市污染的加剧，对城市的宜居性打了折扣，人们对居住环境的高要求和城市污染之间的矛盾越演越烈，越来越多的居民要求更优越的居住环境。通过海绵城市中的相应理念进行城市道路的基础设施建设，能够改善环境，解决生态环境继续恶化等问题，最终促进人和自然的和谐共处。

3.2 有利于水资源的合理利用

海绵城市理念中关于道路设计的主要思路是解决城市的排水问题。要在城市道路的设计施工中充分发挥水资源综合作用，提高排水系统的效率，防止城市内涝的出现。同时对现有或新增的排水、蓄水系统进行改造升级，降低城市蓄水的压力，提升水资源的二次利用，这样既能防止内涝，又能通过海绵城市的理念解决水资源日益匮乏的现状，综合提升城市水资源的调节能力[4]。

3.3 有利于提升市政道路建设水平

市政道路作为城市发展过程中非常重要的组成部分，随着当前城市化进程的不断加快，市政道路硬化面积也随之增加，这也使市政道路路基范围内能够收集到更多的雨水量。一旦雨季到来，许多城市则会进入到“看海模式”，内涝已发展成为当前城市治理中的顽疾。在当前我国城市快速发展的新时期，建设海绵城市已成为解决当前城市发展过程中水问题的必要举措。将海绵城市建设理念引入到市政道路设计中，采用生态的设计实现对道路径流的收集，使其作为地下水及路边绿化带的补充水源，这不仅有利于提高市政道路的使用寿命，而且有利于修复城市的生态环境，具有较好的生态效益和经济效益。

4 海绵城市建设理念的应用案例分析

案例工程道路路幅宽度26m，人行道5.5m，生物滞留设施净宽1.5m；生物滞留带中的绿化种植应满足景观及生长需要；其他具体要求如下：

（1）生物滞留带在斑马线处断开，滞留带断开处通过溢流井与市政雨水系统连接；公交停车港处布置环保式雨水口；

（2）道路雨水通过路缘石侧壁的孔洞排入生物滞留带。

4.1 道路两侧下沉式绿化带设计

海绵城市设计理念与城市建设融合的过程中需要积极考虑下沉式绿化带的运用设计，绿化带不仅能够净化空气中的杂质还能够美化环境，下沉式绿化带设计还可以实现水分的有效渗透，其透水性良好且所需投资少，降水直接流入就能实现蓄水。在城市道路设计工作中需要积极做好下沉式绿化带设计，实现道路积水分流及净化，对道路安全运行起到关键作用。道路附属下沉式绿化带设计的重要参数有绿地占地面积、绿地建设时的下沉高度以及绿地土壤雨水渗入速度等，由于下沉式绿化带的设计目的就是降低城市内涝对道路的影响，减少降水洪峰时的道路积水问题，因此设计时应做好前期城市降水规律分析及细节化设计计算。下沉式绿化带设计的主要作用是对降水进行渗透及蓄存从而帮助道路排水，也能够实现降水的净化及绿化植物的水分供给，因此要根据当地情况进行科学设计。下沉式绿化带内采用50cm种植土，40cm碎石进行换填，以保障下沉式绿化带的渗透能力。下沉式绿化带与机动车道相邻一侧采用复合土工膜防渗，复合土工膜采用抗拉强度和抗穿刺能力较好的两布一膜形式。

4.2 道路排水溢流式雨水口设计

生物滞留带以渗透为主要功能，渗透量按照达西定律计算：

式中：

Ws——渗透量，m3；

K——平均渗透系数，5×10-6m/s；

J——水力坡降，J=1.0；

As——有效渗透面积，m2；

ts——渗透时间，s。

在城市道路建设中进行下沉式绿化带设计时应做好雨水倾泻口设计，以保证降水过多时可以有效排水，防止大量降水浸透土壤而导致植物腐烂。绿地溢流式雨水口设计中井口应比种植土高出5cm，这样如果绿化带中水分饱和就可以将多余降水导入溢流式雨水口排出，而溢流井能够将过多降水排放到雨水排放系统中，实现城市降水汇集。案例工程市政道路雨水口设计中使用了方形井盖，而井体则运用预制装配式技术建设，为保证大量降水时雨水的收集效果，溢流式雨水口应尽量设计在绿化带最低位置[5]。

4.3 路缘石进水豁口设计

设计车行道的路缘石采用等间距开设豁口的形式，使雨水沿道路纵坡均匀进入滞留带中，在豁口处铺卵石进行消能。车行道汇流时间计算公式（JTGTD33-2012,《公路排水设计规范》）如下，设计重现期P=5a。

式中：

m——地表种类参数，沥青路面取0.013；

L——汇流长度，本工程中，其中，L1为道路长度，m；L2为单侧路幅宽度，m；

i——道路坡度，本工程中，其中，i1为道路横坡，0.015；i2为道路纵坡。

路缘石拦水带过水断面构成了浅三角形形式，如图1所示。

图1 拦水带处浅三角形过水断面

对于浅三角形沟的水力计算采用修正的曼宁公式计算泄水能力：

路缘石豁口为立孔式侧向进水，按宽顶堰堰流公式计算。由于侧孔前的水深是沿纵向变化的，其误差用系数K修正：

本次设计路缘石豁口：B×H=0.5×0.15m，经计算雨水豁口过流能力为25.8L/s，本次设计每隔10m布置一处雨水豁口，本次设计道路中每10m生物滞留带单侧汇水面积在内涝重现期50年下的设计流量最大为12L/s，故雨水豁口的布置满足过流要求。

另外，案例工程属于北方城市，该市冬季较为寒冷，地面会发生冰冻，透水材质孔隙较小，冬季会发生堵塞，而采用结构缝隙透水砖能够更好地保证透水效果，因此采用结构缝隙透水方砖铺设材料。结构缝隙透水砖具有强度高、抗冻性好、造价低廉、下渗速率快等优点，透水人行步道基层采用5cm碎石作为上基层，采用20cm级配碎石作为底基层，采用7cm天然沙砾作为垫层。这种结构缝隙透水砖铺设形成的人行步道道路表面水分张力发生了变化，雨水通过方砖材料的缝隙就可以进入透水基层而后再渗透到垫层中，而透水人行步道垫层结构具有较好的渗透特性，雨水透过这一结构就可以进入雨水排放系统中。透水人行步道建设能够防止水分积存在路基结构中，这样会形成土基冻胀问题，导致路面坑洼，影响道路基础结构的稳定性。

4.4 透水沥青混凝土的使用

透水沥青混凝土是一种性能优良，常用于市政道路建设的材料，因为其渗水性能强的特点，深受设计人员和施工人员的青睐。施工人员调控级配而对其透水性能进行调节。在市政道路建设中，透水沥青混凝土具有降噪、储水、透水特点，其还具有色彩配方，可以根据不同的环境和创造性设计，铺设出符合要求的装饰风格，这是一种普通透水砖无法比拟的特殊铺装材料。若按其性能本身计算，则单位时间的降水量同渗水量是基本相同的。

5 结束语

综上所述，海绵城市理念的实践，通过解决城市的降水、排水问题，不仅提高了城市的雨水收集能力，城市内部洪涝灾害的预防能力，还提高了对积存雨水进行二次利用的能力，能有效解决枯水期的缺水问题。在我国城市道路系统建设过程中，积极运用科学的排水与蓄水技术，践行海绵城市理念，能够有效降低降水对城市交通系统的影响。市政道路设计工作中运用海绵城市技术设施必须与城市降水特点、城市的道路安全运行需求相符，同时还要综合考虑经济性问题，尽量降低城市道路海绵城市辅助设施的建设成本，提升单位成本下的城市道路运行安全性与环保价值，为城市道路提供健康成长的条件。