海绵城市理念在城市排水设计中的应用

张爱琳

（广东省建筑设计研究院有限公司，广州510000）

1 引言

城市化进程中，透水路面面积正不断减小，这会导致暴雨季节地表雨水径流量逐步增多， 地表径流难以快速穿越地面达到下方的排水设施，且降雨量难以得到二次利用，引发严重的城市内涝灾害。 海绵城市理念的应用对于现阶段城市排水系统设计具有不可忽视的意义。 作为先进的可呼吸式排水设计系统， 海绵城市排水系统能够充分改善城市地下蓄水能力及地表渗透水平，促使城市水系统快速高效运转。

2 工程概况

广州市某次干路是城市主要交通运输道路， 起终点分别连接于左右两侧日交通量较多的主干路， 该次干路设计地势较低，设计全长430 m，双向四车道，设计车速40 km/h，路面结构设计主要为沥青混凝土路面，双板块断面设计。 区域降雨量丰富，且该道路项目下游位置存在排水设施，两侧存在数量较多、密度较大的居民住宅。 通过防涝系统分析可知，该道路为易涝点低风险路段，设计单位为充分实现雨水管控，避免城市内涝，拟采取低影响设计开发思路，主要采取下凹式绿地、透水铺装两种低影响开发（LID）措施进行排水设计。项目排水设计需要满足以下要求： 项目建设完成后的可控年径流量控制率大于75%；除此之外，道路雨水控制主要实现综合调蓄排放、快速下渗的目的，且地表径流要能够充分汇聚至附近绿化带，通过生态绿化介质进行净化、排放；雨水入渗设施则可以为敷设盲管、生态介质层等，超标雨水则能够通过溢流雨水口进行收集； 人流数量较多且交通集中路段则需要对地表径流污染物进行预先处理， 可以在LID 设施前部位置设置相关雨水预处理结构，如鹅卵石净化设施、雨水弃流装置等[1]。

3 海绵城市理念排水设计分析

3.1 标准横断面

该次干路项目红线规划范围宽度40 m， 排水设计则需要构建生态滞留设施、透水铺装，经设计比选主要为下凹式绿化带，道路标准横断面：透水人行道（3 m×2）+ 下凹式绿化带（3 m×2）+ 车行道（12 m×2）+ 中央绿化分隔带（4 m），车行道设计为双面破，双板块断面构造，标准横断面如图1 所示。 车行道排水设计主要实现调蓄排放目标， 人行道则考虑地表径流入渗，其中，车行道雨水径流分别通过沥青混凝土坡排放至车行道外侧绿化带及中间绿化分隔带， 人行道地表径流则能够汇集至内侧绿化带[2]。

图1 道路标准横断面示意图（单位：m）

3.2 透水铺装设计

通过对项目使用功能及路面耐久性、 材料造价等多方面考虑，人行道设计需要充分结合海绵城市理念，优化地表径流下渗速率，拟采取透水面层+ 透水结构铺装进行施工[3]。 人行道结构：C40 透水步道砖 （6 cm）+ 干硬性水泥砂浆找平层（2 cm）+ 孔隙率15%砂垫层（15 cm）+ 粗砂垫层（5 cm）+ 素土夯实，步道砖整体结构渗透系数需要不小于10-4cm/s，有效孔隙率大于8%。

3.3 下凹式绿化设计

道路项目采取下凹式绿化带进行路表径流采集及后续预处理，下凹式绿化带设计示意图如图2 所示。 为充分提升绿化带内部的需水量及净化效率， 绿化带内绿化植被种植高程需要小于车行道路面表层结构20 cm，同时也要低于单侧溢流雨水口高程15 cm。下凹式绿化带能够利用路缘石开口进行地表雨水收集，绿化带内的蓄水水位一旦高于溢流式雨水口，溢流雨水口则会收集过量雨水至下部排水管道[4]。

图2 下凹式绿化带设计示意图

3.3.1 下凹式绿地结构

下凹式绿化带是生态滞留设施主要类型， 下凹式绿化带能够通过内置的生态土壤介质实现雨水渗滤作用， 主要由积水层、滞留层及排水层3 个层次构成。 其最上层为积水层，主要发挥地表雨水径流的临时控制。 通过对土壤情况、汇水面积及溢流高度进行分析，设计选取积水层厚度18 cm。 滞留层则是下凹式绿化带的主要组成部分， 能够实现暴雨季节雨水过滤及不下雨阶段支持植物生长的作用。 滞留层上部则需要构建5～8 cm 厚度的覆盖层，这有助于减少水分蒸发，设计采取90 cm 厚度的生态介质滞留层[5]。 下部排水层则采取粗砂砾构成，地表径流通过滞留层过滤汇集至排水层，快速高效实现雨水排放。 此外，为确保路面结构稳定性，需要在下凹式绿化带及车行道结构层之间构建防渗设施， 以此避免造成路面结构水毁失稳， 项目主要采取两布一膜防水土工布作为结构防水设计。

3.3.2 路缘石、雨水口设计

城市道路排水设计采取LID 措施， 主要是将道路路面两侧的地表径流通过路缘石汇集到下凹式绿化带， 雨水能够通过绿化带储蓄、净化、排放，且多余的雨水也能够通过溢流式雨水口直接排放至管道内。 该模式能够充分缓解地表雨水径流总量，是海绵城市设计的重要措施。 路缘石作为雨水通过及排放的主要载体结构，主要设置在车行道、人行道和绿化带之间，路缘石可分为平路缘石、外露路缘石，外露路缘石则可以设计成格栅、开孔形式，如图3 所示，开孔路缘石可以将路面横坡所引导的地表径流快速排入下凹式绿化带。

图3 开孔路缘石布置示意图

道路雨水口则需要设计在下凹式绿化带内部， 这明显区别于传统的排水设施，溢流式雨水口可布置在路中心线、邻近车行道侧， 雨水口高程需要低于路表5 cm， 高于种植土高程15 cm，为避免污染物进入雨水口，雨水口上部需要布置截污挂篮。 溢流式雨水口设计如图4 所示[6]。

图4 溢流式雨水口设计示意图

3.3.3 初期雨水弃流

初期雨水弃流处理是典型的地表径流水质控制方式，雨水弃流装置的设计能够对地表径流中的颗粒物质、 污染物进行及时筛除，从初期避免城市水环境污染。 项目主要在低影响开发设施雨水口前端设置技术处理措施， 如常见的采取小管弃流、容积法弃流等设施进行处理。

4 工程效果评价

依据相关技术规范可知，LID 设施进行城市道路排水设计时，项目具备可控制调蓄容积计算如下：项目设计全长430 m，红线宽度范围40 m， 则项目整体汇流面积达到了17 200 m2；其中包括人行道透水铺装面积2 580 m2，车行道沥青混凝土路面结构不透水铺装面积为10 320 m2； 项目范围不同类型面积下雨水径流系数φ 经加权计算为0.64； 项目设计调蓄容积V 经容积法计算为251 m3；项目设计下凹式绿化带平均深度1.3 m，积水层0.18 m，碎石层及混合土层分别为0.3 m、0.8 m，考虑到蓄水层折减系数、混合土层折减系数、碎石层折减系数、下凹式绿化带折减系数分贝为0.5、0.2、0.5、0.6，则经计算可控制雨量Vk小于调蓄容积的75%，满足初始排水设计要求[7]。

5 结语

总而言之， 城市排水系统设计对于整个城市长期运行具有至关重要作用。 海绵城市理念作为城市排水设计重要指导，通过多类型低影响开发设施的排水设计， 能够有效避免城市内涝灾害。 海绵城市理念应用过程中，设计单位需要从多个角度进行道路项目的统筹分析，确保排水设计的可执行性。 本文依托广州市某次干路项目进行海绵城市排水设计， 主要从下凹式绿地结构及透水铺装两个角度对排水效果进行分析，应用效果良好，能够为相关工程建设提供理论参考。