“海绵城市”在市政道路设计中应用的研究

杨志平、杨琳蕊

（1.抚州赣东公路设计院有限公司，江西 抚州 344000；2.中信银行研发中心，北京 100000）

0 引言

“海绵城市”从字义上来解释，就是指使城市如海绵一般，对自然降水做到可吸可排，调节城市水环境，促进水资源的净化和循环利用。基于此，就市政道路设计中对“海绵城市”的应用进行分析。

1 基于“海绵城市”的市政道路设计要素

市政道路若是采用“海绵城市”理念设计，应当考虑六项要素：一是渗，指渗透，在道路铺装方面改变以往硬化路面的形式，促使雨水渗入路面并到达地下，有效补充地下水；二是蓄，指蓄积雨水资源，避免积水成灾，确保不破坏生态，同时采用存储水的设施；三是滞，指将雨水滞留住，尽可能使其径流量降低，做到防洪防涝；四是净，指实现雨水和污水的净化，净化后的水资源应用范围更广泛，一般根据实际情况采取不同的净水措施；五是用，指科学运用收集、蓄积以及净化的雨水资源，减轻缺水地区的实际供水压力，在丰水季节蓄水，有效节约用水；六是排，指做好道路排水工作，排水也是城市建设的重要规划内容，防止部分地区降水量过大导致的内涝现象。

2 市政道路设计中“海绵城市”理念的实际应用

2.1 合理选择低影响开发技术

在传统市政道路设计中，应用“海绵城市”的相关理念，重点在于如何使用低影响开发设施，融入“海绵城市”元素，对城市道路建设进行系统性指导，可以有效预防内涝问题，需合理选择低影响开发技术，具体包括以下几项技术。

2.1.1 透水铺装技术

透水铺装技术是许多市政道路中的常用技术，能够全面改进路面的结构，赋予路面更佳的透水特性。该技术一般适用在非机动车道铺装，这些车道的路面材料包括鹅卵石、透水砖、混凝土、碎石以及其他各类砖石等，非机动车道本身对承载力的要求不高，也不会过重型车辆，因此比较适合采用该技术，主要是在道路铺装中应用透水沥青混凝土。部分承载参数标准不高的机动车道设计也可应用该技术。透水铺装技术的优点是适用范围较大，铺装操作简单便捷，有效缓解水流高峰的情况，回收地下水资源。但该技术的净水能力一般，且材料设施简单，容易发生损毁。

透水铺装技术的设计要求包括以下几点：一是建设道路的稳定性较佳，因而要探析建设项目的路面强度，若是路面强度不高，那么需调整铺装结构，如可更换为半透水铺装的施工结构。二是铺装建设时需要保证土壤渗透性达到一定的标准，若是建设区域的渗透性极差，也应适当对设施加以调整。例如，可以在铺装时增加排水板及排水管设施数量，提高排水能力。三是对建设区域有一些特殊要求。例如，采用透水铺装技术的区域下方存在地下室结构，确保铺装后的排水不渗入地下室，若有必要可以增设排水层结构，确保铺装时的覆土量大于0.6m，保证地下室的安全。四是建设时充分考虑周围的环境因素。需考虑建设区域的土质环境，如土质中具有较高的盐含量，或是容易发生滑坡、塌陷等自然灾害，都需采取措施处理，可以在周围设置防护结构；还应考虑当地的气候条件，如某人行道路采用透水铺装技术，结合当地夏季降水量较大的特点，设置了四层铺装结构，分别为15cm 级配的碎石垫层、20cm 厚的C20 级配透水混凝土基层、3cm 厚的中粗砂找平层以及6cm 厚的透水砖面层。

2.1.2 渗透塘结构技术

渗透塘是“海绵城市”理念中常见的蓄水类结构技术，是具有渗透功能和蓄水功能的水池，能够净化水资源并收集雨水，对于城市地表水来说可以达到削峰填谷的效果。设计应用渗透塘结构技术的市政道路工程需满足一定的条件。例如，应具有颇大的水收集面积，充分计算流域季节性的水位标准。还要考虑周围的水污染状态，不能距离居民区太近。从功能优势上来说，渗透塘可以将自然降水收集并充分利用，还能够防止地下水资源被污染，在城市供水低峰时缓解压力，设计建设的运用成本也不高，但应严格选址，否则后续转移地点的维护费颇高[1]。

渗透塘结构技术设计运用时，侧重前置设施建设，如渗透塘主体结构附近要设计沉砂池，辅助渗透塘的蓄水、净水功能，让许多大颗粒污染物沉降，对渗透塘中的水体加以改善，同时也能辅助降低渗透峰值的水速，做到防洪防汛。需注意的是，在较为寒冷的北方地区，应对渗透塘使用融雪剂。对于渗透塘的边坡设计，应保证坡度标准小于1∶3，渗透塘底部到达即将溢流的位置一般设计值大于0.6m。在设计底部结构时，从上至下分别布置种植土层、透水土工布层以及过滤层，其中种植土层约为20cm，过滤层约为50cm。此外，还要保证渗透塘排空的时间不超过24h，在后续建造和运营阶段都应落实防护工作。渗透塘结构示意图如图1 所示。

图1 渗透塘结构示意图

2.1.3 生物滞留技术

生物滞留技术主要是指利用生物将水资源合理保留的技术，生物类型可能为微生物、植物，甚至是土壤。对于地势较为平稳的市政道路路边、小区以及绿化带等，都适合采用该技术，科学进行雨水的渗透、回收、净化以及再利用。若是城市工业污染较严重，或周围存在化学工厂，那么就要科学采用生物滞留技术，设立复杂型生态渗透结构。生物滞留技术不仅体现出“海绵城市”的特点，还具有环保性特征。

生物滞留技术的建设设计要求：若地区水质污染较严重，那么需做好初步过滤，将杂质去除，这种预处理还能适当降低雨水的径流速度，从而防洪防汛。对于复杂型生态渗透结构，主要应考虑污染问题以及周围的稳定特性，底部和外部结构部分都要设置更复杂的防渗设施，以免出现意外情况。在生物滞留技术应用中，生物渗透性能好坏是关键，从生物性质出发，确保其渗透性达到要求。

2.2 基于低影响开发技术的市政道路设计

2.2.1 设计思路

所谓融入“海绵城市”的市政道路，是指充分利用城市有限的地表面积，提高对生态环境中水的利用与调节水平。例如，大气雨水进入道路周围的植物，经过净化处理再进入绿池。在绿池的红线外面，设置低影响开发技术设施，促使道路合理利用自然雨水。若道路本身的绿化带较充足，那么可以将红线之外的一些透水性不佳地区的水量适当吸纳过来，以免出现雨水囤积的问题。为了利用雨水，可以在道路绿化带中将雨水管与排放口对接。市政道路的具体设计思路是在确保正常、稳定交通条件下，基于道路实际分布情况，在各种道路中铺设透水性材料或设置蓄水、净水以及调节水的设施，促进水资源的利用率提高，这就是“海绵”功能。

2.2.2 设计要求

以“海绵城市”理念为基础，在市政道路设计中，充分运用低影响开发技术，根据实际情况来选择不同功能的设施，深入分析设计的合理性。对于设计要求方面，要明确具体采用的低影响开发设施的规模，确定设施初步设计的图纸、实际工程的总量和预算，还要到道路项目现场进行实地考察，检查各项数据的可靠性，资料的完整性。例如，确定道路管网走向，对场地开展渗透试验，确定渗透率，规划出几种方案进行比选。通过水文模拟，确定不同方案中的暴雨处理参数和经济成本，再进一步确定最终方案，设计相关设施施工的平面图与剖面图[2]。

2.2.3 道路生态排水系统的设计

道路生态排水系统是较为常见的、符合“海绵城市”要求的低影响开发设施，该设施的构建可以提高生态处理水平。当前的许多市政道路都设置了中央隔离带或是车道分隔带，在这些位置都适合设计生态排水系统，同时，在一些新建的工厂道路旁或两侧都可设置生态排水系统。该系统设施的具体结构通常包括表层积水洼地（约深200～300mm）、混合土层（约厚400～600mm）以及碎石层（约厚200～400mm）。在碎石层内还会根据需求设置花管，主要发挥排水作用。在对应的道路两侧草沟位置，还应设置格栅路牙或是孔口路牙，作为进水口，让道路中的雨水径流到达草沟处。在进水口的旁边可以设置保护层结构，一般采用鹅卵石或是碎石材料，作用是避免被雨水冲塌。若当地发生高降水量的暴雨天气，那么道路很容易出现积水情况。为了避免此类问题，要求生态排水系统每间隔20m 或是50m 设计一个溢流口，加快排水速度，溢流口的顶端要稍高出洼地，一般是100～500mm，选取直径约200～300mm 的排水管设施。生态排水系统设计还需考虑有效去除雨水中的污染物，在滞留设计上控制径流量参数，约为暴雨量的2/3 或1/2。此外，在生态排水系统中，还会应用多类混合土，要选择合适的混合土种类并科学设计配合比，依据区域实际渗透率以及植物生产的需求情况。例如，一般选用砂料、介质以及椰糠做混合土料，其配合比通常设计为5.5∶2∶0.5。若需要应用介质除氮、除磷，可以在混凝土内搭配一定的水厂排泥。

2.2.4 道路周围雨水花园的设计

在市政道路面积较大的隔离带或是周围绿化带位置处，设计雨水花园，其作用包括汇集雨水、净化雨水、涵养地下水以及给周围景观补水等，是具有可持续性、生态化特点的雨水设施。例如，在进行雨水花园设计时，需要考虑多种影响因素，如区域底层土壤的渗透性、与周围建筑物的距离、地下间管线情况、地下层的实际水量。若是道路的区域地势颇低，还需将环境因素放在首要考虑位置，即雨水花园应当和环境保持协调。假设在居民区设置雨水花园，或在建筑物中间设置，那么周围最近建筑物与花园间的距离不能小于3m。雨水花园的结构由上至下的分布形式为积水洼地（约深300～400mm）、有机覆盖层（可选择设置，约 厚300～500mm）、混 合 土 层（ 约 厚500～800mm）、砾石层（约厚400～600mm），在砾石层中还应布置排水管设施。雨水花园的大小应根据区域内的雨水量设计，设施建成之后也需定期开展维护工作。另外，考虑生态排水系统的设计，合理选用混凝土。

雨水花园设计的重点还包括溢流管以及排水管。假设雨水花园的实际面积大于100m2，那么单个排水管布置的间距可以设计为10m 或20m，排水管本身直径根据实际需求而定，一般设计在100～200mm 内，在溢流管的顶部位置设计格栅。假设雨水花园的实际面积不超过25m2，那么在区域内不需布置排水管或在出口周围设置排水管，就能够满足排水需要。假设雨水花园的面积在25～50m2之间，则其排水管可以布置在水流方向上。雨水花园的面积超过50m2就需设置2 根或2 根以上的排水管，管道方向应和水流方向一致。此外，在雨水花园中还可种植多种类型的植物，可以选取一些观赏性较强的植物，如乔木、灌木等，尽量避免其中存在裸露土壤。对这些植物做好灌溉维护，若是雨水充足则无须灌溉，植物选取时需考虑当地的水资源循环的时间。

2.2.5 道路集水树箱和路缘石的设计

有些城市的市政道路附近空间比较狭小，可能不太适合设计绿化带或雨水花园等设施。可以考虑设计集水树箱，就是指在道路两旁种植行道树，随后基于“海绵城市”的理念对行道树进行树箱形式设计。在道路两旁种树是许多市政道路中采用的断面形式，在横向空间十分狭窄的情况下，集水树箱充分利用了道路的竖向空间，可以有效汇集、储存雨水，提高水资源的利用率。通常种植乔木，乔木的树穴一般呈现半地下式或是下沉式，可以更好地形成树箱结构。在该结构内设置给排水的管道设施，使雨水均匀分散到四周土壤中，不会出现积水的问题。

市政道路中的路缘石也是比较常见的一种设计结构。该结构的作用是将积水阻隔或是促使其倒排，具有防洪、防涝的效果。同时，在路缘石内部还可以设计安装导流口设施，再将其与周围绿化带实现连通，道路上的积水快速通过导流口到达绿化带中，对植物进行浇灌。设计路缘石时，需依据隔离理念，即将人流、车流和雨水充分隔离，还要保证设计体现出通透原则，即相应的预留孔能有效疏通路面积水，发挥出更多的应用价值。

3 结语

综上所述，在市政道路的设计和建设中，可以应用“海绵城市”理念，提高道路的渗透性质、蓄水性质以及防洪性质。在实际开展设计时，需围绕着“海绵城市”的六项要素，即渗、蓄、净、用、滞、排。由分析可知，在市政道路设计中，“海绵城市”理念的实际应用包括道路生态排水系统的设计、道路周围雨水花园的设计、道路集水树箱和路缘石的设计。