“海绵城市”理念在市政道路设计中的应用

文／翟雪、谢得璞 沈阳市市政工程设计研究院有限公司 辽宁沈阳 110000

引言：

在城市化不断发展背景下，我国对于水资源的管理提出的要求也越来越高，但就目前现状看来在受到气候变化、洪涝灾害、水质污染等影响，就会在一定的程度上给城市的发展造成阻碍。在这种背景下加强市政道路设计，充分的“海绵城市”理念应用到实际当中，能够给优化这些问题提出更好的设计策略。因此对“海绵城市”理念在市政道路设计的方式进行探讨，明确相关的设计策略有助于提高城市发展水平。

1.“海绵城市”理念

在市政道路设计过程中，“海绵城市”理念它属于一种城市规划以及设计理念，目的在于对城市的水资源进行有效管理，从而避免洪涝灾害等问题的出现，同时还能够改善水质条件，提高城市的生态可持续性。“海绵城市”理念主要核心思想是把城市打造成一个类似于海绵体的整体结构，从而具备吸水储水净化水释放水的功能，应变气候变化以及城市变化产生水资源的影响。“海绵城市”理念的主要特征包括集雨和储水设施，通过城市规划师和设计师将城市中的建筑、道路和其他基础设施纳入水资源管理体系中，包括雨水收集系统、蓄水池和地下储水设施，以便在降雨时储存和管理水资源。同样重要的是水质净化，通过人工湿地、植物过滤和生物滤池等方式，改善城市水体的质量，减少污染物排放，提高水资源的可持续性。这一理念也将可持续发展与城市的增长和发展相结合，以确保不对环境造成负面影响，同时提高城市居民的生活质量。最后，“海绵城市”还注重气候变化适应性，使城市更能应对气候变化带来的极端降雨和干旱事件，减轻洪涝风险，保护城市的基础设施和居民的安全[1]。

2.“海绵城市”在市政道路设计中的应用

2.1 绿化带设计应用

市政道路工程项目中绿化带是非常重要的组成部分，在整个项目中占比比较大，同时也是道路通行中的重要结构，对于储存雨水有着重要的意义，所以要科学合理的进行绿化带设计，其高度应该超过道路本身的高度，总高度执行国家标准要求。在具体绿化设计的环节，对绿化带的功能展开深入的分析，掌握市政道路工程运行的实际情况，执行规范技术要求，并进行资源优化分配。在具体设计环节全面贯彻落实责任管理制度，加强整个设计阶段的监督管理，确保设计方案达到工程的标准，不会对整个市政道路工程运行造成负面的影响。在绿化带设计阶段，考虑到建成绿色城区，并且实现水资源的过滤和渗透，促进水资源利用率的全面提升，也要解决当前管道运行环节存在的问题和偏差，实现城市环境的改善，给人们提供良好的生存环境。在具体设计阶段，考虑到实际情况，选择最佳的设计方法，使得自然水排放速度逐步减慢，促进水体储存能力的全面提升。绿化带设计阶段可以在雨水口进行明沟设计，然后再进行引流，这种方式即使在降雨量比较大的城市，依然能够快速进行排水处理，防止雨水在道路淤积而造成城市内涝的现象，也能够保证水资源充分的利用。绿化带设计过程中，可以加入一些渗透水的装置，使得雨水进行渗透过滤处理，然后再进入到城市内部的重要渠道，促进运行效果的提升。在设计环节通过使用立体三维模型的方式，分析绿化带设计要点以及周边区域的特点，使得设计方案具备科学性、合理性的要求，进而保证绿化带设计达到工程运行的标准。绿化带设计应保证绿化带具备一定的环保性功能，也能够调节雨水，保证城市内部正常的通行，不会造成严重的交通事故问题，保障人民生命安全。城市绿化带设计中，道路树木主要采取灌木和地面植被组合的方式，对行道树设计环节要考虑到城市建设的需求，并且要设置相应的生态树池，在区域内进行透水铺装使用，快速排出雨水，改善城市的土壤环境，不仅能够达到雨水净化的效果，还能为我国海绵城市建设提供支持[2]。

2.2 生态树池应用

城市道路环境的雨水系统，生态树池的原理主要是通过透水材料或者是植被覆盖，对土壤环境进行全面的改造，把生态树池中的土壤高设定，在铺装地面标高的下层能够实现雨水的渗透以及过滤，达到雨水的处理功能效果。在市政道路设计的阶段中，针对城市内部的道路小区以及等各种场所生态树脂的应用范围已经广泛，能够实现雨水管理环境改善等目标。因此在市政道路设计的阶段中，需要结合实际情况，将生态树脂的方位确定，同时要按照市政道路设计的标准，做好相关结构规格的确定，避免结构过大引起的城市道路交通通行。需要注意的是，在进行生态树池设计的阶段中还要考虑植物种类的搭配，例如采用绿植花卉将相应的色彩元素应用到实际当中，在提高功能的基础上能够实现城市道路景观美观度的优化，构建出一个宜人的休闲空间，从而提升整体形象。

2.3 车行道设计应用

对市政道路项目进行车行道设计的环节，如果路面采取不透水的设计方式，城市内热岛效应会更加的明显，所以设计阶段应充分发挥出海绵城市的设计原则，具体设计环节不仅要考虑到相关道路的通行功能，还要分析道路结构的本身，掌握其特点，选择合适的建设材料，从而使得雨水快速完成渗透，避免出现路面严重积水的问题。根据市政道路通行的实际情况，选择符合要求的透水材料，还要加强施工技术的应用分析，进而实现道路通行质量的全面提升，预防出现严重的交通事故。在具体设计阶段，对整个市政道路进行合理的单元划分，根据不同区域的要求展开个性化的设计，全面落实海绵城市的设计理念，促进设计效果的全面提升。此外，在市政道路设计阶段，要注重排水道路的高度以及深度控制方面，根据现场的具体情况合理设置排水通道，使得周边的雨水能够快速进入到排水通道中，避免出现严重的城市内涝现象，促进道路通行稳定性的全面提升。

2.4 人行道设计应用

在开展人行道设计环节，需要考虑实际情况，采用透水砖或者是透水混凝土材料作为基础设施材料，这种材料能够将雨水快速的渗透到地底下，减少积水的累积。另外，在人行道下部设计的过程中，可以使用雨水收集以及净化装置，通过这些装置能够捕获储存雨水，之后通过系统性的处理，能够将这些水用于灌溉或者是冲洗道路等用途，这种资源再利用的方式能够减少自来水的使用降低了水资源浪费的情况。在人行道设计的阶段中，针对人行道底部的砾石层结构要做好相应的设计，确保雨水能够更快的渗透到地底下。一般而言，砾石层制作可以用于雨水的缓冲区减少积水问题的出现，同时还可以结合雨水收集系统把雨水储入储存设备当中，能够减少排水系统的负荷，降低洪水风险，需要注意的是在进行人行道周边设计时，将明沟区设计在高中可以设置雨水收集装置，确保雨水出现倒流或者是积水的情况[3]。

2.5 溢流式雨水口应用

溢流式雨水口主要是应用在下沉式绿化带结构中，该结构的设计高度通常要高于绿化带种植土5cm 左右。在下沉式绿化带本身水资源不足的情况之下，需要使用比较多的地表径流，经过溢流式雨水口进行收集处理，确保雨水口和雨水管道能够稳定的连接，达到水资源充分利用的效果。溢流式雨水口应用水井盖的设计方式，使用铸铁材质结构，预制混凝土装配形成。为能够满足极端条件之下雨水收集的标准，预留式雨水口应设置在绿化带高程最低的位置上，井盖周边需要设置卵石层结构，厚度为10cm左右，加强覆盖处理。溢流式雨水口是城市排水系统中极为重要的组成部分，关系到地表径流的处理效果，所以在雨水口的位置上设置拦污篮，能够有效的隔绝污染物，防止出现拥堵的现象。在进行设计的环节，结构尺寸要根据现场通行的实际情况进行确定，防止污染物进入到管道之内给整个通行的效果造成不利影响，也能够优化环保性能，促进整个系统通行效果的提升[4]。

3.“海绵城市”在城市道路设计中的实例分析

3.1 工程概况

3.1.1 建设标准

某城市市政主干道项目的采用“海绵城市”设计理念代表一项创新而可持续的城市规划和基础设施设计。这个项目的全长达5.6km，呈双向四车道的形式，路基断面宽度达到46m，包括中间分隔带、机动车道、非机动车道、人行道、绿化带等多个结构组成。值得注意的是，项目中的一部分沥青路面采用相当厚度的69cm，以确保路面的坚固和耐用。尽管所在区域地势变化并不明显，但城市的气候特点在项目设计中必须得到充分考虑。这个城市位于亚热带季风性气候带，夏季炎热多雨，冬季寒冷少雨，年降雨量在988 到1082mm 之间，主要分布在6 月到9 月。这种极端气温和季节性的降雨模式增加城市洪涝风险。因此，项目的设计必须考虑到这些气候因素，以确保城市在极端气象条件下的水资源管理能力。为满足国家节能要求，该项目采用一系列“海绵城市”设计特点，包括透水铺装、植草沟、生态树池等结构。这些设计元素的整合旨在实现雨水的收集、储存、净化和分流，以减少洪水风险和改善水质。透水铺装使雨水渗透到地下，减少表面径流，同时为城市增加绿化面积。植草沟和生态树池有助于吸收和净化雨水，从而提高城市生活环境和降低水资源管理的成本。

3.1.2 设计目标

本文对项目所处地区近20 年的降水量数据进行详细统计和分析，这些数据为项目的海绵城市设计提供坚实的依据。在这个过程中，首先对这一区域的降雨数据进行排序，从大到小，以便更好地理解降雨分布的特点。这个排序数据呈现在表1 中，它反映不同年份的日降雨量情况。

表1 道路参数控制

3.2 汇水分区面积划分

本次城市道路项目选择应用＂雨污分流制＂的设计理念，这是一项创新的水资源管理方法，旨在通过排水系统及时排出雨水，确保道路的可持续性和水质保护。同时，与低影响开发（LID）设施的应用相结合，该系统能够有效地收集道路表面和两侧的雨水径流，为城市环境和水资源管理做出贡献。为确保设计的精确性，首先需要确定汇水面积，这要考虑到道路的平纵线位和地表形式。通过对本项目的分析，发现道路上存在4 个相对高点和2 个相对低点。根据标准原则，将道路划分为8 个汇水区，每个区域具有不同的面积。这些汇水区的面积分别为8856m2、7656 m2、9328 m2、8155 m2、7863 m2、7782 m2、9016 m2和8522 m2。这个精确的汇水面积的确定对于道路排水系统的设计至关重要，以确保雨水得以及时有效地排出，不会导致洪水问题或水质污染。此外，暴雨强度的计算也是项目设计中的重要环节。通常，暴雨强度的计算需要基于最近10 年的降雨记录进行分析。不同城市的设计暴雨强度可能存在很大差异，这些差异可能受到降雨历时和降雨重现期等因素的影响。需要注意的是，在进行方案设计的阶段中，需要结合实际情况对这些数据进行全面性的分级审核，保证雨水料的数据具有精确性，一般而言只有将强雨量的量计算出来，才能够对道路排水系统的范围以及功能进行划分，从而确保在极端天气之下系统能够有效运行，减少洪水风险以及积水问题的出现，提高道路的功能性[5]。

3.3 海绵城市道路

LID（低影响开发）设施的设计方案在本次城市道路项目中发挥着至关重要的作用，这些方案旨在提高水资源管理效率、改善城市生态系统，同时确保城市的可持续性。（1）透水铺装设计：在人行道的结构设计中，采用缝隙透水铺装的方法，透水砖制作采用普通硅酸盐水泥材料，通过预制形成，间隙设置在10mm 左右。透水砖的厚度为10mm，底基层采用20cm 厚度的级配碎石制作，而垫层则采用厚度为5cm 的天然砂砾制作。对于行车道，采用透水沥青混凝土制作，而不采用传统的沥青混凝土，同时，绿色色彩的材料配置增强景观效果。透水铺装的设计有助于雨水的渗透，减少表面径流，从而有效地减轻洪水风险，同时美化城市环境。（2）开口路缘石设计：根据道路设计要求，设定间隔100m 的开口路缘石，这些开口的标高不超过机动车道的标高3cm，以确保雨水迅速排放到绿化带内，从而提高排水效果。路缘石的安装高度要适中，采用干硬砂浆铺砌施工，并在路缘石背部进行填充和夯实处理，以防止稳定性不足的问题出现。（3）植草沟设计：与以往不同，本项目中的植草沟采用侧向倾斜的设计，将植草沟放置在绿化带临近车行道一侧1/5 的位置，从而避免连续降雨引起植物浸泡和死亡的问题。这一设计有助于提高植物的存活率，同时提供有效的雨水管理。（4）生态树池设计：在生态树池的内部，铺设一层厚度为50cm 的种植土，底部设置大约10cm 的碎石过滤层，同时添加一层陶粒。这种设计有助于提高树木的生长环境，确保树木健康生长，并充分发挥树池的生态功能，包括雨水收集和净化。

3.4 海绵城市道路径流削减效果评价

雨洪管理模型是一款源自美国并广泛应用的动态降雨—径流模拟软件，其功能非常强大，主要用于模拟分析城市降雨径流条件。本文旨在通过使用雨洪管理模型，深入分析并评估在城市道路中引入低影响开发（LID）后的径流控制效果。下面是具体的分析步骤：针对不同的道路类型进行模型计算分析。在详细计算的基础上，确定各个排水管道的尺寸和位置，并明确与LID 设置组合方案，以便准确捕捉各个构件的属性信息。将降雨量数据输入到系统中，进行计算以确定径流数据信息。在此过程中，还需要分析各个子汇水分区的地表径流控制效果，这些效果将在图1 中得以展示。

图1 海绵城市道路径流控制率计算结果

通过图1 的数据分析情况，可以发现在设定8 个会区系统中，每一个分区系统的径流控制速度都超过了目标设计的标准，他们的分区流进控制率分别为3.6%、4.3%、3.7%、7.6%、8.7%、1.7%、4.8%和7.5%。从观察这些数据可以明确的发现，在道路设计的阶段中，LED设施的布设已经符合城市道路设计的要求，在一定的程度上达到径流控制的需要，这对海绵城市里面的渗透目标而言，符合设计要求。

结语：

综合以上分析，在市政道路设计阶段中采用“海绵城市”理念，能够在一定的程度上改善城市水资源管理系统，并且还能够全面提高城市生态可持续发展水平。“海绵城市”理念它主要是通过给予以及储水设施绿色基础设施水净化等方式实现系统功能的提升，在本文分析中对海绵城市理念在市政道路设计的要点进行了探讨，同时结合某工程项目案例论述“海绵城市”理念应用方式。往后还要加“海绵城市”理念的研究，不断的优化市政道路设计方案，积极的渗透“海绵城市”理念，从而确保市政道路设计的质量，满足实际需求，推动我国城市的发展。