海绵城市在广州南沙地区市政工程设计中的应用

蒋少稀

（广东省建筑设计研究院，广东 广州 510010）

0 引言

海绵城市是新一代城市雨洪管理概念[1]，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也可称之为“水弹性城市”，国际通用术语为“低影响开发雨水系统构建”。顾名思义，在城市开发的设计、施工、管理过程中，追求对环境影响的最小化，特别是雨洪资源和分布格局影响的最小化。下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。

传统市政道路车行道、人行道和非机动车道多采用不透水路面结构，路面雨水通过雨水口汇入市政管网，雨水渗透能力差，局部节点积水严重，使市政道路的使用舒适性变差，并引起温室效应及城市热岛效应。如将市政道路进行海绵化，不仅能减小市政道路整体的径流系数，降低瞬时雨量过大造成的路面积水，还能通过道路绿化及相应的水处理措施对雨水进行净化，并将多余的雨水存储起来回收利用。这种做法充分体现了海绵城市建设的“渗、滞、净、蓄”的生态雨洪管理理念，同时也是为海绵城市建设的重要组成部分。

1 我国海绵城市的发展历程及思路

近年来，我国北京、上海、深圳、武汉、杭州和南昌等多个城市频繁出现城市内涝，且受灾城市数量、规模、经济损失程度和人员死伤均呈显著上升的态势。为有效应对城市内涝的高发态势，逐步削减城市雨洪风险，国务院办公厅、住房城乡建设部、水利部和财政部等部门自2010年开始，逐步通过顶层政策设计，要求地方加强城市雨洪管理、改善城市排水能力和构建有中国特色的海绵城市体。2014年11月，住房城乡建设部发布《关于印发海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)的通知建城函〔2014〕275 号》[2]，对于强化地方开展海绵建设的工程技术能力起到关键性作用。2016年，我国分两批优选了30个海绵试点城市。

海绵城市建设是通过低影响开发（Low Impact Development，简称LID）的技术实现的。低影响开发是在开发过程的设计、施工、管理中，追求对环境影响的最小化，即最小程度地改变原有的地面径流系数。传统的开发模式大多对原地表进行硬化，会增加地表的径流系数，而海绵城市的开发与之相反，通过设置更多的绿地及相应的设施来减缓地表径流，减少雨洪的产生（见图1）。

图1 开发模式比较图

天然雨水降落到地面时，在市政道路范围内首先接触到的是路面结构和绿化地，然后部分渗入土体，部分通过下凹式绿地存储，多余的雨水则通过市政管网排入河涌。海绵城市的具体水处理流程如图2所示。

图2 海绵城市水处理系统流程图

从雨水径流管理的角度出发，将“海绵”理念及措施应用于城市道路，需综合考虑道路结构类型与断面形式、道路坡度与坡向、道路周边场地开发强度及可利用开放空间大小等因素，以达到削峰、减排，缓解城市内涝压力，改善景观和生态环境等多重目标。同时，市政道路海绵化还具备净化初雨污染，提高雨水利用效率等优点。

2 广州南沙地区的海绵城市设计建议

广州南沙区位于广州市最南端，地处珠江出海口和大珠江三角洲地理几何中心，是珠江流域通向海洋的通道，连接珠江口岸城市群的枢纽。南沙区域属于南亚热带季风性海洋气候，年降雨量1 646.9 mm，降雨频繁，瞬时雨量较大。根据南沙地区的地质勘查报告，南沙地区处于珠江入海口，土壤中盐分较高，从上至下地质组成普遍为素填土、淤泥和粉质粘土，其中淤泥平均厚15～30 m，外部雨水渗透较弱，地下水位较高。对于海绵城市概念中的“渗、滞、蓄、净、用、排”[3]目的，南沙地区市政道路范围主要能达到渗、滞、净、排四个目的。针对南沙地区的地质情况，本文从以下几方面考虑市政道路的海绵城市设计。

2.1 横断面及侧石设计

市政道路是海绵城市的载体之一，路面雨水通过相关设施将雨水净化后引入绿化带下渗排出，多余的雨水通过溢流口排入市政管网，因此，在道路的横断面布置中，需要预留一定宽度的绿化设施带作为雨水下渗和设置溢流口的空间。现南沙区市政道路按道路等级主要有60、50、40、30、20 m宽的道路，对于30 m及以下宽度的道路，一般只在道路两侧对称布置1.5 m宽的侧绿化带，绿化带宽度较窄，无法布置雨水下凹式绿地[4]；对于40 m及以上宽度的道路，建议路侧绿化带宽度不小于2.5 m，以便于下凹式绿地和溢流式雨水口的布设。当道路两侧规划为绿地时，可以结合绿地和道路共同构建海绵系统，优化道路横断面布置。

车行道路面雨水横向通过道路横坡进行排水，以减少路面附着雨水，保证行车路面的摩擦力，利于行车安全。为配合道路横向排水，可对车行道外侧的侧石进行开口处理，以增加路面雨水横向排放速度（见图3）。

图3 路面雨水排放示意图

2.2 路面结构设计

城市道路路面结构分为车行道路面结构、非机动车道路面结构和人行道路面结构三种，为达到海绵城市的效果，均需要设置为透水性路面结构。但南沙地区软土深厚，实际工后不均匀沉降大，且货运车流量较大，路面损坏可能性高，对透水路面结构的排水层损坏程度高，进而影响其排水功能。因此对于承受较大荷载的车行道路面，不建议采用透水路面结构。

人行道路面和非机动车道路面结构采用透水性结构设计[5]，在基层下设置防水层，以防止雨水下渗至路基，影响路基稳定性。雨水通过路面结构的孔隙下渗至基层顶面，再透过道路横坡排至纵向软管，最终汇入市政管网系统。透水路面能使路表雨水及时下渗，避免路面积水。同时，透水路面结构能通过材料的孔隙，过滤部分固体污染物，降低最终汇入雨水管网雨水的污染程度，达到海绵城市倡导的“净”的作用。

2.3 绿化带设计

绿化带尽量采用下凹式布置，在其中设置溢流式雨水口，路面雨水穿过路缘石后，首先渗透至地下，补充土壤水分，过量雨水可通过雨水口溢流至排水系统。

市政道路中的绿化设计应在考虑道路周边地块定位等要素的前提下，选择符合种植区域观赏效果和社会效益的树种，满足不同时期内种植区域的观赏性，促进与周围环境的相互协调，满足城市建设的整体需求。

考虑到海绵城市的建设采用LID技术，建议绿化种植土尽量以原始土壤为主，原始土壤的PH值为6.0～8.5，含盐量应小于0.1%，有机质含量应大于2.5%。南沙地区近海，现状土壤偏碱性，渗透性低，对于灌木及地被种植区域可在保证绿化所需种植土厚度的前提下，下层换用渗透性良好的土壤，减少植物长期被雨水浸泡的情况；同时绿化树种应选用耐水性、耐碱性和耐冲刷较好的植物，以保证树木的存活率。地被应采用带有自净化功能的物种，能吸收污水中的重金属，缓解浸水所带来的臭水情况。

3 桂阁大道海绵城市设计

桂阁大道位于广州市南沙区大岗镇，规划定位为城市主干路，其功能为南沙西部组团及黄阁片区之间的重要交通性主干道，与广中江高速、东新高速、广珠东线等道路组成路网，加强南沙地区的交通联系，是南沙区的重要道路。桂阁大道规划红线宽度为60 m，双向8车道，设计行车速度60 km/h，路线总长5.881 km。其断面组成具体为：

4.5 m（人行道、含1.5 m树穴）+2.5 m（非机动车道）+3.5m（侧绿化带）+15.5 m（机动车道）+8.0 m（中央绿化分隔带）+15.5 m（机动车道）+3.5 m（路侧绿化带）+2.5 m（非机动车道）+4.5 m（人行道、含1.5 m 树穴）=60 m（见图 4）。

桂阁大道海绵城市设计主要从路面结构、侧石和绿化带等方面考虑，因中央绿化带下设有220 kV电力管沟，故不考虑中央绿化带下设置海绵城市设施。

3.1 路面结构设计

桂阁大道人行道采用透水人行道砖+透水混凝土基层结构，非机动车道则采用彩色透水沥青混凝土路面结构+透水混凝土基层结构，在结构层底面设置10 cm厚排水碎石垫层.人行道和非机动车道等厚布置，在路基顶面铺设聚乙烯复合土工膜进行防水,并于碎石垫层中设置纵向软管进行收水（见图 5）。

图5 人行道和非机动车道路面结构设计图（单位：cm）

3.2 道路侧石设计

车行道路面雨水沿道路横坡向路侧进行排放，本项目采用的路侧矮侧石标准段长1 m，在侧石中央开孔，尺寸为200 mm×70 mm，开孔朝下倾斜3.3%，便于路面雨水向侧绿化带排放。侧石后布设碎石层，以减少雨水对绿化带中土壤的冲刷（见图 6）。

图6 侧石立、侧面图（单位：mm）

图4 桂阁大道标准横断面图（单位：m）

3.3 下凹式绿地设计

桂阁大道侧绿化带宽3.5 m，为下凹式绿地的设置提供了较好的条件。下凹式绿地是雨水汇集区域，雨水通过下渗至纵向软管中排出，多余的雨水则通过溢流式雨水口排入市政管网。因本项目侧绿化带较宽，设计时将靠近非机动车道侧的1.05 m作为行道树的种植区域，靠车行道侧2 m作为下凹式绿地布置区域。下凹式绿地低于侧石顶面15 cm，考虑南沙地区土体渗透性差，从上至下依次设置为绿化种植土、粗砂、石子和砾石以增加土体的透水性，底部设置DN160 mm纵向软管将雨水引入雨水井，最终汇入市政雨水管网。溢流式雨水口设置在雨水井正上方，由双篦组成，高出周边土体10 cm，雨水口周边布置碎石层，防止杂物堵塞雨水口，影响排水功能（见图7、图8）。

图7 下凹式绿地断面图（单位：cm）

图8 下凹式绿地平面布置图（单位：cm）

4 结语

海绵城市的设计不能一概而论，应根据各地区的气候、地质等实际情况，采取适合当地的具体措施。广州南沙地区年降雨量大，多阵雨，且淤泥层厚、土壤渗透性差，地下水储存丰富，因此南沙地区市政道路范围内海绵城市设计主要能达成“渗、滞、净、排”四个目的。本文以南沙桂阁大道为实际工程依托，具体介绍了其路面结构、侧石和下凹式绿地设计内容，为广州南沙地区之后的市政道路海绵城市设计提供了参考。

参考文献：

[1]邹宇，许乙青，邱灿红.南方多雨地区海绵城市建设研究——以湖南省宁乡县为例[J].经济地理，2015,35（9）：65-71.

[2]住房城乡建设部.关于印发海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建(试行)的通知[建城函〔2014〕275号][Z].2016.

[3]钱勍，曾英.海绵城市在市政工程设计中的应用[J].工程技术研究，2017（6）：223-224.

[4]广州市水务规划勘测设计研究院，广州市市政工程研究总院.广州市海绵城市建设技术指引及标准图集[Z].2016.

[5]DG/TJ 08-2074—2010，道路排水性沥青路面技术规范[S].