海绵城市理念在市政道路工程中的应用

张志强

(永升建设集团有限公司 克拉玛依市 834000)

0 引言

随着社会经济的高速发展，城市化进程不断加快，面临的诸多问题也逐步呈现出来。现代城市被赋予了新的名词：硬化，矗立的高楼大厦、宽阔的道路等一片繁荣景象都是我们曾经不断追求并为之骄傲的。但繁荣景象的发展背后所带来的问题不断，如城市内涝问题不断加重，超过一半的城市一直被内涝问题所困扰。造成的主要原因如下：

(1)填河还耕严重破坏了天然蓄水设施。

(2)城市老城区以往的排水系统无法满足城市快速扩张发展的需要。

(3)城市地表不透水率的不断增加，扩大了地表径流量，无形地增加了排水管道的压力，同时城市内涝现象也在不断升级[1]。

随着城市的不断发展壮大，雨污水的排放压力也在不断加大，而且城市的缺水现象频发，于是国家积极实施南水北调工程以解决目前的严峻形势，以求缓解城市的用水压力。

目前只通过管道排水已无法完全满足城市排水的正常需求，海绵城市作为一种新型的调水蓄水和雨洪管理模式，正在逐步被推广应用。所谓海绵城市即城市可以像海绵一样通过吸水、蓄水、渗透、净化等过程被收集起来，待用时再释放出来加以利用[2]。国内的海绵城市理念是在2012年4月的“低碳城市与区域发展科技论坛”中被提到。自2013年底海绵城市理念由习总书记首次公开提出后，试点工程项目开始在全国范围内逐步开展起来。

1 海绵城市设计思路

基于城市道路设计的海绵城市开发措施主要具有以下几个原则：

(1)在城市开发建设过程中应最大程度地降低地表不透水率。

(2)严禁围湖造田，并应最大程度地保护自然生态水系。

(3)利用雨水的渗透作用，适当增加雨水径流时间，尽量降低由于地块开发建设对周边生态水系造成的影响。

(4)结合景观绿化，在解决雨水问题的同时，又可以改善和美化城市生态景观工程[3]。

结合海绵城市设计理念，可在路中绿化带内设置卵石渠或强渗透管，或者通过设置植草浅沟或者雨水花园及时汇集并排除车行道路表积水；人行道铺设材料可采用透水材料，表面层用透水砖，基层采用透水混凝土，此外人行道树池可采用生态型树池；道路红线两侧可预留一定宽度的绿化带通过设置雨水花园或者植草浅沟处理措施。汇集的雨水需经过末端净化处理后方可排至附近河道内。

2 海绵城市在道路工程中的应用措施

2.1 合理设置绿化带

一旦城市发生强降雨，原有排水管道的排水压力急剧增加，使得大量雨水滞留路面，无法及时排出，造成城市洪涝灾害频发。将海绵城市理念融入到市政道路建设中，可通过加强对路内绿化带的优化设计，最大限度地提高道路的绿化率，将绿化带建设为一个天然的蓄水池，同时改善土壤的结构成分，使其充分具有良好的滤水效果，快速地将雨水进行收集、净化并在需要时加以利用，防止了水资源的大量流失并确保了水资源的高效利用[4]。另外，绿化带内可合理配置绿化植物，使其具有良好的景观效果，充分发挥绿化带的作用。

2.2 合理运用道路路面材料

城市市政道路施工在海绵城市的理念下对于路面材料的应用有一定要求，必须要选择符合海绵城市理念应用的材料，使雨水的渗透效果有显著提升。大体上说，城市市政道路对于路面材料的选择，不单单是选取雨水的渗透效果，还要与道路的实际交通功能结合采取相应的选择，以便在道路施工修建完成后能够确保路面承受日常交通压力强度[5]。比如，有些市政道路的人行道，日常交通中重载车辆不会在其上行驶，那么就可以将它路面上所需材料换成透水性较强的透水砖，然后选些碎石铺在下层，就形成了多孔的道路结构，从而提高雨水的下渗效果，而且还能让行人安全通过；然而对于那些交通压力较大的路面，就要选取相应的如透水沥青作为路面材料，所以我们应该依据不同的道路状况选择与之相符的路面材料进行应用。

2.3 合理运用下沉式绿地

为了将海绵城市理念在市政道路建设过程中完美体现，那就要我们在道路设计时合理地采用下沉式绿地的功能，这样不仅能对雨水的收集能力有显著提升，还能有效地减少雨水过多的在低洼路面积蓄[6]。然而我们在对下沉式绿地结构的实际应用过程中，一定要采取严谨合理的科学计算，方能确保显著的雨水汇聚效果，当然绿地下沉位置的合理选择不仅能够满足其内植物的生存生长环境，还能帮助我们提升道路的审美效果。

2.4 合理运用植草沟

现如今在市政道路建设中采用海绵城市理念，还要提高植草沟的合理化应用，不仅能确保植草沟能有效地调度水源，而且能够提高市政道路工程的绿化审美效果。此外在采用海绵城市理念进行市政道路工程施工建设时，道路红线两侧的湿地公园或者雨水花园通过种植抗涝性良好的植物不仅实现了海绵城市理念建设，还增强了城市的绿化效果。

2.5 生物滞留设施

在海绵城市理念的广泛应用中，我们在那些地势低洼的地方种植相应的植物、微生物设施来将雨水渗透与净化，称之为生物滞留设施，生物滞留设施也是海绵城市理念中一个相当重要的应用。把生物滞留区安置在小区道路两旁，通常是用在雨水流向污染比较严重的地方，合理地利用植草沟和沉淀池将雨水进行处理，把一部分较大的污染物颗粒滤出，用来减少甚至避免道路两边植物的污染[7]。伴随海绵城市的推广应用，生物滞留设施在城市道路中的采用频率也在不断提升，大部分应用形式是结合与之相符的景观植物来降低生产建设成本等。

3 应用案例分析

3.1 工程概况

某城市次干路，道路全长2.6km，道路红线宽30m，横断面为三块板形式，路拱横坡为1.5%，机动车道和非机动车道路面用沥青混凝土铺筑，人行道采用透水砖铺砌。雨水重现期为3A，综合径流系数为0.6。用海绵城市-低影响开发雨水系统对该道路进行设计，标准横断面设计图如图1所示。

图1 道路标准横断面设计图

3.2 设计措施

3.2.1透水性沥青路面

我们通常说的透水沥青混凝土，是一种含较大孔隙率的断级配沥青混凝土，其结构特点是粗颗粒集料彼此紧密相连，细集料较少，混凝土的空隙率较大(一般大于20%)。其结构示意图如图2所示。

图2 透水性沥青路面结构示意图

图2是一个简易的透水性路面结构示意图，选择路床渗透+管道排水型作为透水性沥青路面雨水处理形式，如果雨水滴落到透水性路面上会直接从路面上的孔隙中下渗，雨水通过基层与垫层后就下渗到土中，与地下水汇集到一起。如遇强降水时，雨水可透过基层底的沟槽与管网系统流入贮水池或者旁边河道沟渠，用来灌溉农田草木。透水性路面与常见的不透水沥青路面、排水路面存在很大不同，排水路面仅仅是面层可以浸透雨水，然后通过不透水基层断面的横坡汇入到排水管网中，然而透水性路面不仅可以直接快速地排出路表的积水，还能够在需要时合理利用这些雨水，节约了水资源，所以在国家的极力倡导下海绵城市的建设有着广阔的应用发展空间。

由于水进入路面结构内会引起透水性路面的路面整体结构的承压功能下降，所以，对于路面承压功能要求较小的轻交通量场合主要采用的是透水性沥青路面，比如小区内的道路设施、城市支路、学校操场、风景游览区等。考虑到本项目的交通量比较大，并且地质状况一般，普通不透水沥青路面应用到机动车道中，非机动车道则采用透水性沥青路面，其他项目路面铺设可以结合当地的地质状况、交通等级、气象气温条件等情况来决定机动车道中是否采用透水性沥青路面。

透水性沥青混凝土与密实结构相比较，其结构大孔隙的开放，这样对道路的使用性能极为不利，因此，耐久性是透水性混凝土是否成功的关键所在，耐久性有两方面：一是结构的耐久性，这是因为路面结构强度在它较大的孔隙率下受到一定程度的影响；二是功能的耐久性，这主要因为路表污染物堵塞路面造成孔隙率下降，丧失了它原本的功能。可以通过合理级配和应用高粘改性沥青等措施有效解决结构耐久性问题，做好以下工作可以对孔隙堵塞问题及早预防和养护：

(1)采用空隙率至少20%和最大公称粒径较大的沥青混凝土，这样做可长时间保持较高水平水传导性。

(2)避开使用特殊形状的集料，如果用聚合物改性沥青及纤维时，应避免纤维用量超过沥青用量的0.3%。

(3)不透水的路面封层铺设在路肩及无交通的车道上，用来解决它堵塞严重的问题。

(4)清洗路面时采用专门开发的高压冲洗车。

3.2.2人行道透水铺装

本项目人行道结构采用透水砖和透水水泥混凝土进行透水铺装(如图3所示)，透水面层、透水找平层、透水基层、透水底基层和土基是本项目的典型结构特点，透水铺装结构要遵循《透水砖路面技术规程》(CJJ/T188)的规定。

图3 透水人行道铺装

3.2.3植草沟

种有绿植的地面沟渠，可以收集、输送和排放径流的雨水，并且有一定净化雨水的功能，可用来连接其他城市雨水管渠系统、各个单项设备设施和超标雨水径流排放系统，称之为植草沟[8]，如图4所示。除了转输型植草沟，还有常有水的湿式和渗透型的干式之分，它们可分别提升径流污染控制效果和高径流总量。本项目人行道两侧分别设置一道植草沟，其边坡坡度一般不超过1∶3，纵坡不宜超过4%。若道路纵坡较大，可以将植草沟布置为阶梯式，也可以设置效能台阶。

图4 植草沟示意图

3.2.4下沉式绿地

狭义的下沉式绿地(如图5所示)应符合如下条件：

图5 狭义的下沉式绿地典型构造示意图

(1)下凹深度一般应在10～20cm之间，可按照植物的耐淹程度及渗透能力确定具体深度。

(2)绿地内应设置一定规模的溢流口，以汇集并排放从路面流向下沉式绿地的径流水，并最终汇入市政管网中，结合本项目道路断面，分别将侧分带设置为下沉式绿化带。

4 结束语

合理利用海绵城市技术能实现经济、社会及环境效益的整体优化。实际应用中我们应结合具体工程的地质条件，在下沉式绿地、渗透塘、地蓄水池、生物滞留设施、渗管/渠、透水铺装、植被缓冲带等技术中综合选择并合理利用，以便达到城市道路海绵城市建设的期望目标，形成可借鉴、可复制的海绵城市建设经验总结，推动海绵城市在南方地区乃至全国范围内推广运用。