海绵城市低影响开发施工对雨水径流的影响

谈文晶

(上海公路桥梁(集团)有限公司， 上海 200433)

海绵城市从字面上理解指城市像海绵一样吸收水分，随着城市的大量出现，淡水资源减少、水污染、温室效应等环境问题的显现，美国在1972年就对非点源水污染控制提出最佳管理措施，到1990年在此基础上发展低影响开发(LID)[1]。美国的绿色街道巧妙地将道路绿化融入到街道雨水的管理中，街道几乎全年的径流量都可以通过生态系统控制[2]。2013年习主席提出要大力发展海绵城市，对海绵城市的建设计划到2020年，城市建成区20%以上的面积达到海绵城市的目标要求；到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。上海全市计划到2020年，基本形成生态保护和低影响开发雨水技术与设施体系，试点区域年径流总量控制率不低于80%。2019年上海第一个海绵城市公园芦潮港公园建成，其园区内水全部采用内循环，再回流至景观湖泊，不会增加城市管网负担。也预示着上海已经在海绵城市的建设方面取得了一定的成绩。本文对虹梅南路-金海路通道(虹梅南路段)路面工程、临港新城B42市政道路及配套工程两个项目在海绵城市实际施工过程中对雨水循环的影响进行了研究。

1 虹梅南路-金海路通道(虹梅南路段)路面工程案例分析

1.1 项目概况

虹梅南路-金海路通道(虹梅南路段)路面工程北起中环立交北侧，沿虹梅南路向南至闵行区永德路北侧高架接地与虹梅南路-金海路越江隧道相接，全长10.89 km。全线高架道路采用城市快速路标准，将在上海南部的交通网路中起到分流作用，成为除莘庄立交、沪闵高架之外的又一条功能强大的西南入城通道，局部缓解闵行的交通拥堵。此次施工选用新材料OFGC-13混合料，在混凝土桥面、高架入地段与高架中环接顺段使用OGFC沥青摊铺。

OGFC全称Open Graded Friction Course(大孔隙开级配排水式沥青磨耗层)，其特点是能迅速从内部排走路表雨水，具有抗滑、降噪的特性。

1.2 路面材料比较

通过选用3种混合料进行对比：AC-13混合料选用A-70基质沥青进行配合比设计、SMA-13混合料选用废橡塑改性沥青进行配合比设计、OGFC-13混合料选用同舟高粘改性沥青进行配合比设计。粗集料选用10～15 mm和5～10 mm的辉绿岩，细集料选用0～5 mm的石灰岩，填料选用细磨石灰岩矿粉。设计结果见表1。从表1设计结果看，OGFC-13与AC-13、SMA-13比较，颠覆原沥青路面的性能，孔隙率大，为其他两种材料的5倍，有较大的渗水性。OGFC-13油石比最低，材料粘度最高，所需压实温度最高。从AC-13与SMA-13数据分析，矿料间隙率与压实温度成正比，矿料间隙率越高所需压实温度越高， OGFC-13空隙大，其所需压实温度高。

表1 混合料配合比设计结果

1.3 实测压实稳定性比较

实测压实稳定性参数见表2。从表2可以看出，最佳压实温度OGFC-13>SMA-13>AC-13，所对应的剪切力AC-13>OGFC-13>SMA-13，SFI剪切力的大小是混合料抵抗压实的摩擦力大小的表征。摩擦力越小，则压实过程所需的剪切力越小，混合料试件越容易压实。由此可知，压实稳定性SMA-13>OGFC-13>AC-13，但是SMA-13与OGFC-13的最佳压实温度对应的粘度都不符合质量标准0.28 Pa·s，但是OGFC-13热拌对应的粘度与标准相差较小，热拌OGFC-13较稳定。

表2 SFI极小值对应的最佳压实温度

1.4 施工部位分析

施工部位路面材料见表3。从表3看出，OGFC-13新型材料施工的主要部位是高架桥面及高架与地面接口部位，都与地面存在一定的高度差，与地面形成一定的坡度，可以避免路面中层长期存水，有利于雨水排出。

表3 各施工部位路面材料成分

1.5 渗水系数分析

按照JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求对高架OGFC-13沥青砼路面进行实测，采用路面渗水仪(d=220 mm)测量，抽取其中8个渗水系数数据分析(见表4)。从表4可以看出，渗水实测值都高于设计值900 ml/min，取平均值988 ml/min渗水系数，换算成降雨量：

渗水量 988 ml/min=9.88×105mm3/min

底面积S=πr2=3.14×1102=3.8×104mm2

透水系数：

V(渗水体积)/S(底面积)

=9.88×105/(3.8×104)mm/min

=26 mm/min=1560 mm/h

与最大暴雨红色预警3小时内降雨量达100毫米以上比较，理论上可以满足最大暴雨降水的下渗要求，但是考虑到实验的准确性，还有考虑到使用过程中，路面的灰尘及尘土等多种因素，随着时间的递增，孔径会由于多种因素减小，需要设置排水管网结合排水。

表4 高架路面OGFC-13渗水系数汇总表

1.6 水循环路径比较

透水沥青路面水循环路径：如图1所示，雨水通过透水沥青路面下渗至防水层。由于粘层的作用，雨水不再向下入渗而是在排水层底形成蓄积，由于路面坡度的原因，雨水在排水层中横向流动，形成横向的渗流，排入集水管[3]。随着降雨的持续，普通沥青路面由于表面径流过大，导致城市洪涝灾害，新建OGFC-13路面由于孔径较大，雨水可从透水路面直接下渗，经过透水路面排出，也有利于雨水的收集利用。研究发现道路径流中20% 初期径流污染负荷占整场降雨污染负荷的80% 左右。道路初期径流直接排放进入水体，易造成严重的城市水环境污染问题，甚至破坏水生态[4]。透水沥青路面对于雨水能起到部分悬浮物过滤的效果[5]。

图1 排水路面结构图

2 南汇新城B42路(C1-C4)市政道路及配套工程案例分析

2.1 项目概况

临港新城是上海首个国家级海绵城市建设试点地区，其海绵城市建设包含生态保护、生态修复、低影响开发三大类途径。南汇新城B42路(C1-C4)市政道路及配套工程也是海绵城市建设项目其中之一。

临港新城B42道路是一条由环内向环外(向正北)的射线状道路，工程设计的范围从C1道路至C4(沪城环路)道路，全长约2.61 km。海绵城市的施工主要涉及道路工程、绿化工程和排水工程，建设低影响开发设施(透水路面、雨水花园)，对道路内的雨水进行控制。

2.2 人行道透水铺装施工

如表5所示，为了便于雨水下渗，人行道路面结构全部采用透水性材料铺设，面层铺设透水系数0.1 mm/s透水砖，中砂找平，C20透水混凝土垫层，下铺级配碎石可保持部分水分，考虑到临港地区特殊地质结构，为了防止地下水回流，级配碎石与路基层之间铺设防渗土工布。在基层素土夯实层，铺设软式透水管，地面下渗的雨水最后通过软式透水管排入雨水管网。软式透水管整体由钢丝支撑，外敷合成聚酯纤维，其内部含有过滤层，防腐蚀、弹性强(抗压)、反滤，可以在道路内部形成排水通道。

表5 人行道路面结构材料

2.3 机非分隔带雨水花园施工

雨水花园是人工挖掘的浅凹绿地，种植灌木、花草，形成小型雨水滞留入渗设施，可收集来自地面的雨水，利用土壤和植物的过滤作用净化雨水，暂时滞留雨水净化后缓排。

雨水花园结构如图2所示，填充物分别由砾石过滤层、中粗砂过滤层、种植介质层和软木组成。雨水花园下设φ100透水软管，透水管需用长丝土工布包裹后使用，防止污染物进入透水管造成堵塞。雨水花园底部加设防渗膜，防止地下水反渗入雨水花园。每层级配填料之间铺设土工布，防止各层物质混合，也可以有效地隔离污染物。

雨水花园各结构层内有空隙，空隙率见表6，可滞蓄部分雨水。种植土采用40%粗砂+40%原土+20%椰糠进行配比，土壤入渗率达到100 mm/h。最初落下的雨水混合空气中的污染物，主要成分为SS(悬浮物)，原土可以对雨水中的污染物起到过滤作用。

图2 雨水花园结构图

表6 各结构层空隙率

种植土中的植物应选择抗旱、耐湿，根系发达，净化能力强及景观效果好的[6]。

雨水花园溢水口必须要高出最上层覆盖层，不能持平。原先的施工图纸设计安装平蓖式雨水口，但是实际施工中，平蓖式雨水口占用雨水花园面积过大，并且与上层覆盖层持平，污染物会更容易进入雨水口，造成上层物质的流失，也容易造成溢流口堵塞。

2.4 雨水径流路径分析

本工程实行了雨污分流，雨水排水采用圩区排水模式，雨水自流就近排入春涟河，自流排水与内河调蓄相结合[6]。污水经转输后接入申港大道污水干管。申港大道污水干管经主城5#污水泵站统一提升后接入两港大道污水总管，最后进入临港污水处理厂，经处理达标后外排。

雨水径流过程如图3所示，路面径流通过侧石开口流经砾石缓冲带进入雨水花园，雨水花园滞留雨水下渗净化后通过下部的透水软管缓排至雨水口，当雨水花园内水位高于雨水口顶部标高时，雨水溢流至雨水口。雨水口中通过雨水连接管将流入的雨水排至雨水井进入雨水管道。

图3 雨水径流路径

此工程雨水花园规格4.0 m×2.7 m设置217座，规格4.0 m×1.2 m设置78座，设计面积共2 718 m2。本工程道路红线范围内85%降雨径流面积总量为1 600 m2，雨水花园设施径流控制总量为1 604 m2，能满足85%雨水径流控制率。

3 结论

低影响开发设施可以让雨水通过透水材料下渗，能减少85%径流量，减轻城市排水压力，将雨水在透水结构层中贮存，减少城市热岛效应。污染物随雨水进入花园过滤，并可将其转化成植物所需养分，有效利用城市雨水，减少水资源的浪费。但后期的维护及透水材料的选用，都需注意避免造成设施的失效，更不能造成第二次污染。低影响开发设施并不能完全取代城市排水系统，需要结合使用，将收集的雨水合理贮存及利用。