基于海绵城市理念的市政道路给排水设计分析

汪诗博 中交城乡建设规划设计研究院有限公司工程师

徐 锐 中交城乡建设规划设计研究院有限公司工程师

1 海绵城市概述

海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，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”，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，实现雨水在城市中的自由迁移。海绵城市主要用于城市的建设和完善中，让城市更能应对自然环境及生态的变化，从而让城市更好地为人们服务，让人们也更好地适应城市的变化[1]。

2 海绵城市理念在市政给排水设计中的作用

2.1 提供科学规划策略

为了更好地适应给排水系统的要求，多数城市，尤其是发达城市抛弃了以往的设计理念，引入海绵城市建设理念来进行市政给排水设计。海绵城市理念可改善给排水形式，优化排水系统。除此之外，在市政给排水设计中引入海绵城市理念，给城市用水、排水设施提供了更多的功能。所以，海绵城市集排水、蓄水、用水为一体，提升了市政给排水的多样性[2]。

2.2 推进市政给排水系统可持续发展

城市给排水管道的设计和施工难度非常大，特别是市政给排水系统的规划和设计需要从城市的自然条件和规划目标综合分析。海绵城市建设理论可有效缓解因为降雨过多导致的各种问题以及城市原有给排水系统的各类故障和问题，并可以通过城市已有的绿化带和道路渗水，进一步减少洪涝灾害和城市积水造成的不利影响。与此同时，起到蓄水的作用。还可将城市基础建设设施渗透过的较为洁净的水用于城市建设中，提高了水资源的利用率。因此，应做好市政给排水工程的规划和设计，进一步优化城市给排水系统，为促进城市的可持续发展及环保事业的发展做出努力[3]。

2.3 优化城市环境

很多城市为了谋求经济的发展，忽略了城市环境的保护，特别是煤炭资源开采过度的城市，需要将海绵城市理论引入当地给排水工作中来，并结合城市的自然条件改善当地生态，提高当地居民的生活品质，为城市的可持续发展和绿色发展提供更多的支持。

2.4 收集再利用水资源，提高城市防洪防涝能力

海绵城市可以根据当地天气是干旱还是持续降雨，进行城市内部给排水的自主调节，因此具有良好的调节能力和适应能力，可以针对各种不同的自然条件发挥自身的调节作用[4]。

当城市处于干旱状态时，可以依靠海绵城市的给排水系统实现储存水的再次利用；当城市处于暴雨天气时，可以根据海绵城市的给排水系统实现雨水的分流和储存。海绵城市的建设可以有效提高城市对水的调节能力，还可以补充水资源的储存量。

3 海绵城市理念下市政道路给排水设计

3.1 总体排水设计

本次的研究项目为一条城市道路主干道，也是城乡一体化建设过程中的示范工程，因此对于道路的设计要求较为严格，需要遵循以下原则。

（1）低影响开发理念。设计人员需要在设计过程中采取对外界环境影响最小的设计方法来进行雨水的渗透设施设置。同时秉承可循环利用等生态理念来进行雨水资源的管理和再利用，以此来解决城市水资源等分配问题。

（2）根据当地实际情况，采取因地制宜的设计原则。根据当地的水文情况、气候条件及气象资料等来进行分析，以保护当地水环境为前提的条件下进行相应的设计和系统开发。另外，工作人员在进行设计的过程中，需要根据城市实际情况，特别是降雨、河流情况进行分析，掌握控制水量的具体方法，以此来为整体排水方案提供良好的保障。

3.2 生物滞留带设计

按照功能不同，可以将生物滞留带拆分为3 部分绿化带，不仅可以起到将地面积水引流到地下的作用，还可以缓解道路积水带来的各种问题。为了初步过滤不洁净的雨水，在绿化带下方设置了过滤带，过滤材料主要为鹅卵石等。雨水经过该过滤带时可以将大部分杂质留下，较为干净的雨水层层渗漏到地下。

本方案滞留带的最低高度为15 cm，根据道路布设情况，控制滞留带最高高度为20 cm。另外，控制下凹部分的深度保持在一定范围之内（20 ～25 cm），使其与车行道路形成一定高度差，保证雨水得以流入滞留带。

3.3 溢流雨水口设计

本工程地势平坦，测得纵坡不高于0.3%，所以按照溢流雨水口间距40 m以下标准进行雨水溢流排放控制。按照道路排水功能需求，分别为机动车、非机动车分隔带和人行道滞留带布设溢流水口。前者为A 型水口，外观呈现圆形，与钟罩相似；后者为B 型水口，即通过铺设溢流井盖，控制雨水溢流。其中，A型水口支持50 L/s 雨水溢流处理，具有较强的抗堵塞能力，较传统溢流设施而言流通性有所改善；B 型水口成本控制较低，省去了水连管、雨水口的布设，使得工程材料的用量得以降低。

3.4 挡水坎设计

本方案在生物滞留带内部结构中布设了挡水坎，按照施工工艺，划分为土坎和硬质挡水坎两种。其中，土坎结构为梯形断面，顶部宽度为10 cm，边坡设置为1 ∶1，高度超出绿植土面12 cm。由于此类型挡水坎易受环境影响，导致结构发生改变，因此需要定期维护。硬质挡水坎布设在溢流雨水口下游，与之距离保持在1 m 左右。此部分结构具有较强的蓄水功能，每两个挡水坎之间均布设蓄水单元，与两侧的挡水坎距离保持在16 m 左右。

3.5 路基排水设计

海绵城市市政道路给排水设计工作要和市政道路建设结合起来，以提高建设的效率。因此，市政道路建设的政府单位及设计单位要根据城市往年的天气状况及市政道路建设的资料进行综合分析，编制科学且安全的设计方案和设计图纸。若当地的道路路基渗水性及透水性达不到要求，可以在给排水系统建设前对路基进行预处理。若依旧难以达要求的标准，则需要进行换填法，确保给排水系统建立后的可用性。除了路基的要求外，要对建设地区的土质进行检测。若土质为软土，需要进行碾压或者真空处理土层，确保路基可以达到使用标准。

设计人员设计路基时应特别关注以下3 点。

第一，严格按市政给排水管道布设标准进行路基设计。可以通过BIM 软件建立相关模型，避免管道和路基承重结构相冲突，进而造成排水管道设置不当或路基承载力不达标。

第二，做好前期勘察工作，若天然路基为软弱地基或透水性不强的路基，应在路基施工前采取措施改变这一现状。常用的优化方法为将原有天然路基替换为透水性良好的土石；将原有天然路基进行翻晒等。

第三，重视路基排水设计，必要时可以和其他设计人员进行沟通，保证排水设计的合理性和标准性。

3.6 人行道与车行道设计

为了确保城市交通的便利性，应定期更换市政道路的路面，使城市道路的透水性满足给排水要求，降低地表径流量，避免路面积水过于严重的情况发生。另外，沥青材料具有良好的透水效果，所以市政道路上层常常采用透水沥青进行铺设，下层则使用渗水性和透水性差的材料进行隔离处理。通过材料的透水性搭配，确保雨水可以通过路面渗入给排水管道中，同时不会浸湿路基[5]。

3.7 绿化带设计

3.7.1 雨水收集设计

地面采用渗水性良好的沥青材料可以让雨水渗透地面进入绿化带的雨水收集口处。为了确保绿化带处的收集口可以收集到雨水，应让绿化带的标高低于路面18 cm 左右，最低不小于15 cm。另外,为了确保雨水可以快速收集并避免收集不均匀，雨水收集口的位置要分布均匀。

3.7.2 水质过滤设计

为了提高雨水的清洁度，可以在绿化带设计和施工中将渗透管的上方铺设好种植土，进行绿化植物种植，之后铺设可以过滤杂质的砂石，实现初步的雨水净化，确保地下水的洁净度。

3.7.3 滞蓄缓排设计

设计人员要充分考虑到城市干旱和洪涝灾害的情况，让绿化带的导流系统可以充分发挥抗涝抗旱的功能。因此，在设计前期要规划好明沟的位置，确保雨水汇入地下水的过程中可以沉淀部分杂质和土石。另外，为了更好地让雨水进入明沟，需要挖出水沟渠，提高引流能力。

3.7.4 排放设计

建立完善的排放和溢流设施是避免道路积水的有效方式。当溢流雨水口因为过大的雨量而无法承担雨水汇流作用时，可以利用部分能够蓄水的位置进行暂时的雨水滞蓄。另外，还可以根据建立的溢流装置将过多的雨水排放到雨水管道中。

3.8 附属设施设计

为了市政道路的美观和排水的便利，市政道路的附属设施也要具备一定的给排水功能。附属设施包括路缘石（立缘石、平缘石）和路肩石两种。路缘石是给排水系统的组成部分，其中，立缘石要高于路面，以此方便雨水快速进入排水系统中；而平缘石要与地面平齐，减少积水情况发生。当雨水汇集出现问题，可以采取适当措施让雨水尽快进入溢流雨水口。采取的方法一般有两种，一是可以在附属设施上打孔，让雨水快速进入；二是间隔铺设路缘石。路肩石明沟的设置要在重视功能性的基础上做到美观和质量良好，边沟材质一般为混凝土，为了保证质量需要重视混凝土的强度。另外，边沟处可以种植绿化植物，进一步过滤雨水，丰富绿化带的功能性。

3.9 与城市绿地衔接设计

若是市政道路的附近区域包含了城市绿地，需要做好城市绿地和绿化带的有效衔接，进而达到分流的目的。衔接方式和当地降水量、水资源储存量有关，具体如下。首先，若城市降水量和地下水储量不够丰富，可以利用城市排水管道将降雨引入地下水或附近的湿地处，丰富城市的水资源储量。其次，若水资源丰沛，则可以在雨水做过基本的净化处理后，将其用于城市建筑的日常使用，如厕所用水等。这样能够在一定程度上缓解径流洪峰，还可以减少水资源的浪费的状况。

3.10 给排水管道设计

3.10.1 给排水管道区分处理

分析地区现有的排水系统，在充分了解现有排水条件的基础上，完成给排水施工方案的制订。要在利用现有排水管道的基础上增加新管道，在节约成本的基础上优化城市给排水系统。同时，施工单位应在充分了解现有排水系统的基础上利用好积水管道余压，进而提高管道排水效率。

3.10.2 给排水管道参数设计

海绵城市理念对于城市给排水管理设计具有重要意义。为了更好地结合海绵城市理念，需要在设计中重视以下两点。第一、避免在管道设计中采用拐角设计，拐角等弯曲设计需要利用连接件将直线管道进行连接，若这一过程处理不当就可能引发渗漏问题。第二、若必须设置拐角，设计原则为方便处理，最好在这些易于处理的位置设置检修井。

为了更好地设计新建管线和原有管线的间距，优化原有的市政给排水系统，可以采用综合物探技术及BIM 技术，在充分了解原有给排水管道的基础上发挥新设计管道的作用。与此同时，确保材料的质量非常关键，一般常用于给排水管道施工的管道材料有混凝土类和金属类。在设计选材时，应在计算管道参数的基础上选择符合标准的管道材料。在确定材料的同时，对管道材料进行复核，避免管道材料不合格导致的一系列质量问题。

3.11 绿色植物设计

绿色植物设计应满足以下3 点要求。第一，选择最为适宜的绿植品种。要在充分考虑城市环境、气候等自然条件的基础上选择适应性强的绿色植物，提高植物的成活率。第二，为了提高城市的美观性，可以在保证植物存活率的基础上重视设计美，如按植物的高低和颜色分配植物的种植地点。第三，为了提高绿色植物成活率，要重视栽种工作，特别是要做好植物的养护工作，减少植物死亡率。同时关注植物的成活率，并在部分植物死亡时，尽快种植新绿色植物进行补充。

4 结语

想要更好地在市政道路给排水系统设计中应用海绵城市的理念，需要相关部门的大力支持，同时设计方要做好相关的规划和设计，实现对城市市政道路给排水系统的更新和改善，为缓解城市的洪涝灾害和积水问题提供帮助，还可结合海绵城市建设理论，达到弹性建设的最优结果。