北方寒冷地区海绵型城市道路建设适用技术

田其申

（中天设计集团有限公司）

1 车行道结构设计

目前，车行道可实现重载的透水基层经验资料缺乏，能承受多次冻融的透水基层就更是少之又少。由于长春市属于北方寒地，车行道土基饱水后的回弹模量，经过几次冻融后，很难满足相关规范的要求。车行道很难实施透水铺装[1]。目前国内寒地型的重载透水车行道经验缺乏，所以车行道还需要维持传统车行道的道路结构，只能优先在人行道和非机动车道实现透水铺装。

2 透水铺装设计

我国相关规范要求新建地区硬化地面中可渗透地面不低于40%。因为道路的功能、宽度、等级各不相同，人行道、非机动车道的宽度也都各不相同，车行道还不适宜进行透水铺装，仅靠道路很难满足透水铺装率40%的要求。海绵城市建设的评价通常以城市建成区为评价对象，评价的结果通常以按排水分区为单元进行统计，结合周边的地块如小区、公园、绿地、道路等一同来进行评价，达到评价标准要求的城市建成区面积占城市建成区总面积的比例即可[2]。

2.1 透水铺装结构厚度计算

结合长春市30a降雨情况，按下列公式进行透水结构厚度计算。

按透水、储水要求验算结构层厚度：

式中：H为透水铺装结构厚度（不包括垫层的厚度），cm；i为地区设计降雨强度，mm/h；q为土基的平均渗透系数，cm/s；t为降雨持续时间，min；v为透水铺装结构层的平均有效孔隙率，%。

长春地区2004年～2013年，十年一遇60min暴雨强度为42.7mm/h，土基渗透系数取0.35m/d≈4×10-4cm/s，结构缝隙透水人行道的平均有效孔隙率按照8%计。按上述数据考虑后，

H=（0.1i-3600q）t/（60v）

H=（0.1×42.7-3600×4×10-4）×60/（60×8）=35.5cm。

根据以上计算结果，透水人行道无停车荷载的结构层厚度应不小于355mm。

2.2 人行道

人行道推荐采用结构缝隙透水砖。国内常用的透水砖有陶瓷砖体透水砖、陶砂砖体透水砖、复合砂基砖体透水砖、结构缝隙型透水砖[3]。根据国内外相关单位的检测资料，各类透水砖的强度、抗冻性等指标的试验及对比显示：结构缝隙透水砖的强度、耐磨性、抗滑性及抗冻性指标均符合要求，且相比较其他透水砖强度大、可控制指标范围广、适应性强、可应用性广泛，相较其他类型透水砖更适用于北方寒地海绵城市建设。

2.3 非机动车道

非机动车道推荐采用透水混凝土结构。相对于透水沥青混凝土，透水混凝土具有造价低、透水效果好、寿命长、病害少、易施工、易维护、色彩样式丰富等优点，对提升城市景观，推广和海绵城市建设具有现实意义。

3 海绵城市雨水控制与利用构筑物设计

3.1 下沉式绿化带

下沉式绿化带是一种生态的城市道路排水技术，主要通过强化雨水渗蓄作用优化城市道路排水。本次下沉式绿化带蓄水层高度为50mm，保护高度为50mm，总下沉高度100mm。下沉式绿地最低点设置卵石带。

种植土壤要求:30%砂，40%种植肥土，30%有机腐化种植肥土。

下沉式绿化带与道路相邻一侧设置防渗膜，防渗膜参见《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》CCJ/T234-2006,沿线布置，垂直方向铺设到道路结构层底。技术指标：糙面HDPE土工膜，厚度1.0mm。断裂度≥10kN/m,屈服强度15N/mm。

3.2 排水路缘石

为引导雨水进入下沉式绿化带，在路侧设置排水路缘石，预留开口，机动车道开口后设置复合砂基拦污过滤槽，拦截进入绿化带的颗粒污染物。排水路缘石具体结构及布置、复合砂基拦污过滤槽尺寸详见图纸部分。

3.3 溢流式雨水口

溢流式雨水口布置在道路绿化带内，溢流井高于绿化地面5cm。绿化带内降雨强度及其所收集的水量超过绿化带饱和时，多余部分水量溢流进入溢流雨水口，通过连接管排入市政管网。

3.4 环保型拦污篮

雨水进入拦污篮后通过滤水孔进入雨水口内部，水中大于过滤孔宽度的固体污染物将被拦截在拦污篮内，同时，水中一些较重的固体污染物沉积到过滤桶的底部。等污染物积到临界线时，可以通过提柄将滤水桶从雨水口中拿走，从而清除污染物，降低污染物像自然水体的排放。

特点:

1）能够对雨水口进行无动力在线过滤；

2）能够有效拦截进入雨水口的漂浮物和较大粒径悬浮物，降低污染物向自然水体的排放，并能够保障雨水口的顺利收集和排放；

3）可以方便从雨水口中取出滤水桶，及时清除污染物；

4）设有溢流口，暴雨时能防止发生洪涝；

5）能有效沉淀雨水中的泥沙；

6）能防止合流雨水管道中的异味逸散到地表。

为了保证雨水口内雨水通畅及干净，需在雨水口内设置拦污篮，拦污篮采用复合型材质，拦污篮尺寸根据雨水口尺寸制定，施工时需提前确定新建雨水口数量，提前定制不同尺寸拦污篮。

4 海绵城市设施LID调蓄容积的计算

4.1 设计调蓄容积计算

式中：V为设计调蓄容积，m³；H为设计降雨量，mm；Ψ为综合雨量径流系数（加权平均）；

F为汇水面积，hm2（计算范围为道路红线范围）。

4.2 LID设施调蓄容积

式中：V’为LID设施调蓄容积m3；h1为下沉式绿化带有效蓄水高度m，取0.05m；k为考虑道路纵坡后的折减系数，取0.9；h2为绿化带下碎石层厚度，m，一般取0.3m～0.5m；i为绿化带下碎石层孔隙率，一般取40%；As为有效渗透面积，m2,本工程为下沉式绿地面积；

当V’＜V-Ws时，需要通过增加h2碎石层的厚度来增加调蓄容积，当计算结果V’＞V-Ws时，满足径流总量控制率的要求。

4.3 溢流式雨水口、立缘石开口计算

红线范围雨水径流总量计算：

式中：Q为雨水设计流量，l/s；q为暴雨强度,l/(s·hm2)；F为收水面积,hm2；Ψ为综合雨量径流系数；

其中暴雨强度q采用长春市暴雨强度公式：

q=1954×(1+0.7LgP)/（t+10）0.756（5）

式中：P为内涝防治设计重现期（年），根据《室外排水规范》取值P=50；t为降雨历时 ,min：t=t1+t2。

其中：t1为地面集水时间，一般取10min。t2为管内雨水流行时间,min，只算地面集水,t2取0min。

5 北方寒冷地区海绵城市施工要点及注意事项

1）种植土低于地面，雨水口低于路面，防止因雨水冲刷导致泥水溢出影响美观，绿化种植应贴近路缘石。

2）建议环卫部门在冬季清雪过程中采用机械或人工清雪。应避免使用融雪剂等化学制剂，对两侧绿化带内植物及土壤造成不良影响。

3）绿化植物应选用耐污、耐涝植物，种植土要求透水性好并满足《城市绿化工程施工及验收规范》(CJJ/T82-99)。

4）缝隙透水砖铺装过程中，不得直接站在找平层上作业，不得在新铺设的砖面上拌合砂浆或堆放材料。

5）缝隙透水砖铺装中，应随时检查牢固性与平整度，应及时进行修正，不得采用向转底部填塞砂浆或支垫等方法进行找平，应采用切割机械切割透水砖。

6 结语

海绵城市建设应因地制宜，采用适用于当地气候特点的海绵城市设施。本文就北方寒地海绵型城市道路的设计提出以下几点结论：

①车行道因须满足重载车辆行驶，故不建议成透水结构。

②结构缝隙透水砖相较其他类型透水砖更适用于北方寒地人行道的铺设。

③透水混凝土具有造价低、透水效果好、寿命长、病害少、易施工、易维护、色彩样式丰富等优点，更适合非机动车道的铺装，对提升城市景观，推广海绵城市建设具有现实意义。

④海绵城市设施的布置，应根据调蓄容积和雨量的计算结果来布置海绵设施，以免造成浪费或不满足年净流总量和雨量的要求。