北方地区低等级“海绵公路”建设技术研究

刘文俊

(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032)

1 研究背景

1.1 “海绵公路”建设理念及要求

海绵城市理念主要是在基础设施开发建设中，引入低影响开发措施，建立完善的生态系统，对雨水进行吸纳、蓄渗和缓释，尽可能维持项目开发建设前后水文特征不变，实现生态优先、安全为重、因地制宜、统筹建设的基本要求。

公路作为一种带状交通设施，与传统城建开发对生态的影响相比体现出较大差异，“海绵公路”对传统海绵设施的适应性存在一定的水土不服。构建完善的生态公路海绵体系，顺应自然、保护生态，对建设绿色生态公路起到重大指导价值。

1.2 研究项目基本概况

山西雁北地区某县农村旅游扶贫公路项目所在地位于山西省最北端，地处黄土高原东北边缘，属温带大陆性季风气候区，受季风影响，四季鲜明，有典型的北方地区环境特征。路线全长64.15 km，其中主线道路41.52 km，采用三级公路设计标准，支线道路22.63 km，采用四级公路设计标准。道路主线起终点与邻县同批建设旅游公路顺接，支线与现有省道和县乡公路相连接，形成四通八达、层次分明、功能齐备的公路运输网。

2 北方地区低等级“海绵公路”构建措施分析

2.1 建设条件

北方地区地质土层多以黄土、砂类土等岩层为主，尤其是黄土高原地区湿陷性黄土发育较多，气候特征四季分明，降雨时空分布不均；风沙严重、土地沙化问题突出、水资源储量不足，导致北方地区生态环境旧债欠账较多。

另外大多市县公路管理部门有限的公路养护资金与大体量的低等级公路维护需求形成鲜明对比，粗放型管理运营模式需有与之相适应的建设模式匹配。

2.2 海绵设施应用分析

山西雁北地区某县农村旅游扶贫公路项目区为典型的北方气候环境，主线道路与支线道路交织形成大区域内的低等级公路网，着眼于适应性强的海绵设施研究，对北方地区建设绿色环保型“海绵公路”有较大指导示范意义。

(1)雨水入渗和滞蓄

①透水路面

受气候主导作用，北方地区冬季寒冷，积雪现象容易出现，道路沿线土体存在冻胀现象，路面径流降水渗入路面结构会导致积水融冻破坏路面结构的整体稳定。且北方地区风沙浮尘严重，透水路面清洗困难，后期维护难度大，因此不推荐铺装透水路面。

②植草边沟

采用蝶形土质植草边沟代替灰色硬化排水边沟及排水沟，边沟径流系数大大降低，路面径流雨水进入植草边沟后，土体吸水饱和后开始形成径流，以较低的流速流入下游的过程中，可起到调节降雨洪峰的作用。植草沟内的植物可截留、吸收大部分路面雨水冲刷带来的泥沙和有机污染物，可降低对下游水体的污染。为避免植草边沟内下渗雨水浸入路基导致路基强度减弱，在植草边沟靠路基一侧铺设一层防渗土工布，深度按不小于2 m控制。

③植草护坡

道路沿线路基防护工程存在大量硬化下垫面，对原地面生态破坏严重，研究项目区土质多为黄土、砂土，在填挖方高度小于8 m的路段采用土质植草护坡，坡面降雨能够下渗、存蓄在道路两侧防护范围内，形成补给地下水的水源。但是在易发生陡坡坍塌及滑坡灾害的路段，应当以安全防护为第一任务，采用传统挡墙防护。

④下沉式绿地

结合公路两侧用地界，在旅游扶贫公路路基零填挖方路段，道路两侧路沿石至用地界之间设置下沉式绿地，下沉高度不小于5 cm。由于该项目道路纵坡变坡点较多(平均3.253个/km)，最大纵坡7%，为有效溢流下沉式绿地内的超量雨水，不另行设置溢流口，仅将道路每两个变坡点之间的下沉式绿地作为一个单元，在每个单元纵坡最低点开设豁口，与植草边沟或其他排水设施连通，将超量雨水排入下游设施。为避免湿陷性黄土路段滞蓄雨水下渗导致路基失稳塌陷，在路基两侧5 m范围内不建议采用，否则应采用相应的预防措施。

(2)雨水调蓄和控制

受温带季风气候作用，北方地区降水多集中在7、8月份，夏季暴雨、春旱严重，旅游扶贫公路沿线土地沙化问题严重路段，存在暴雨时径流雨水挟裹泥沙向下游输送的问题。对降雨的有效调蓄和控制，对降低暴雨洪峰流量、水土保持有积极作用。

利用道路两侧现有的天然洼地、河道设置雨水塘，汇集植草边沟及自然明渠来水，建成雨水的弹性调控设施，实现面源污染控制、削减道路管涵洪峰过流流量。

雨水塘采用雨水渗透塘和雨水调蓄塘两种模式，自然明渠来水进入雨水塘前，应在雨水塘前设置前置塘，去除大颗粒污染物并减缓水流流速，进水处设置卵石消能，防止水流冲刷侵蚀。其中渗透塘底部设置透水土工布，边坡坡比按1∶4控制，塘底至溢流水位不下于1.0 m；调蓄塘底部采用植草砖+0.6 m种植土+防渗土工布处理，边坡根据地质情况选用植草、空心砖、干砌块石、浆砌石等形式，塘深不小于1.5 m，蓄水位以上设0.5 m超高。雨水塘周围设置护栏、警示牌等安全设施。

(3)水资源收集利用

北方地区地下水超量开采问题突出，提高水资源的利用率、合理回用中水、收集利用降水、回补地下水成为与海绵设施相结合的“海绵公路”管理措施，低等级公路运营期，道路沿线用水量最大的设施主要为绿化用水。通过将低等级公路建设为“海绵公路”，土质边坡和植草边沟下部土层能够在降雨后滞蓄部分雨水，除满足绿化植被用水外，下渗还可下渗回补地下水，利用雨水调蓄塘蓄积的雨水，可以作为日常绿化养护用水，减少地下水开采量。

(4)景观植被选择

根据当地气候特征，项目沿线乔木采用的河北杨、国槐、大叶榆；地被绿植采用野菊、金针、银叶菊；水生植物采用芦苇、荷花。

3 结束语

结合低影响开发理念，在北方地区低等级公路建设中贯彻“渗、滞、蓄、净、用、排”六字指导方针，将公路排水系统建设成“慢排缓释”、“资源利用”、“自然和谐”的海绵体系，能够更好适应北方自然气候，减小公路运营期的养护投资，实现生态友好开发目标。