基于海绵城市理念的市政道路排水设计

洪晴琳

揭阳市城乡规划设计院有限公司 广东 揭阳 522000

近年来，随着人们日常生活水平的不断提高，我国对城市基础设施建设提出了更高要求，而市政工程数量的大幅度增加，进一步推动了城市化发展进程。但目前，我国大部分市政道路排水设计仍然沿用传统设计技术，导致排水工程使用效果不理想，最终使得道路建设质量无法达到预期标准。因此，为了提高市政道路排水工程质量，应在设计中充分融入海绵城市理念，将自然道路与人工措施有机结合，有效提高雨水资源处理效率，既可以在干旱时期，缓解城市用水紧张问题，又能在多雨时期，避免城市出现内涝。

1 海绵城市概况

1.1 概念

“海绵城市”属于一种新型雨洪管理理念，也可成为“水弹性城市”，具体是指城市能像海绵一样，具有吸水、蓄水、渗水、净水、释放水的特征，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”[1]——下雨时，将雨水资源进行储存，干旱时，将储存的雨水资源进行释放并有效利用，以维持城市自然生态平衡。

1.2 海绵城市建设意义

根据我国住建部调查数据显示，截至2022年7月，全国有52个城市因强降雨出现不同程度的积水内涝达73次[2]。2023年8月，受台风“杜苏芮”影响，我国华北多地遭遇强降雨，降雨量打破历史极值。极端的强降雨引发严重洪涝灾害，给群众生命健康和财产安全造成了严重损失[3]。而造成我国城市内涝问题频繁出现的原因：一是城市普遍存在严重的“热岛效应”和“雨岛效应”，使得特大暴雨在城市区域更加容易发生 。二是随着城市化进程的加剧，一方面，城市面积快速扩张，使得城市地面大面积硬化，雨水下渗受阻，造成地面径流量不断增加，另一方面，城市规划过程中，对湖泊、河道等城市空间的侵占和填埋，加大提升了城市内涝风险。三是随着全球气候变暖加剧，造成大气含水量升高、气候系统不稳定、城市热岛效应加剧等，均会增加暴雨的频次和强度，进而引发城市内涝等次生灾害。

实践证明，海绵城市建设是缓解城市内涝的重要举措之一，主要是在雨水源头控制设施、管网（廊道）排水设施、河流湖泊蓄水设施等方面建设立体的城市海绵体，使城市在适应气候变化、抵御暴雨灾害等方面具有良好“弹性”和“韧性”[4]。海绵城市建设过程中，通过采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种措施，能发挥建筑、道路、绿地、水系等对雨水的吸纳和缓释作用，实现水的自然积存、自然渗透、自然净化，促进形成生态、安全、可持续的城市水循环系统。

2 市政道路排水设计中融入海绵城市理念的重要性

城市道路是城市空间的重要组成部分，也是径流及其污染物产生的主要场所之一。随着城市化进程不断加快，城市道路面积不断增加，道路硬化用地面积占城市建设用地面积的15%～20%。目前，在城市道路建设中，以满足城市道路功能为前提，在雨水控制和利用思路上主要体现了“排”，忽略了对生态保护的影响。而在市政道路排水设计中充分融入海绵城市理念，能够实现城市水系统和交通系统的协调和配合，从而起到改善城市生态环境的作用。而通过将海绵城市理念应用于市政道路排水设计中，可以显著提升城市蓄水和吸水能力，强化对城市径流雨水的排放控制与管理，同时，实现对雨水资源的最大化及循环利用，从而实现缓解城市内涝、削减径流污染负荷的目标。

3 市政道路排水设计过程中存在的问题

3.1 缺乏对周边环境因素的考虑

市政道路由于处于特殊的环境中，在设计排水时应充分考虑周边环境，如周边环境地势高度、地貌、水流速度、环境保护要求等，避免出现排水管道距离市中心较远的问题，既会延长雨水运输时间，又会增加运行难度和经济成本。

3.2 存在工程质量问题

市政道路排水工程质量会对城市排水系统的构建和运行及人们生活造成直接影响，但由于工程实施容易受到较多因素的影响，容易出现工程质量问题。例如，工程实施前期缺乏对地质探测和水环境的分析评估，缺乏科学且统一的施工标准和管理方案，工程质量监测不足等。

3.3 运行故障频发

造成市政道路排水系统运行故障频发的原因主要有：管道及维护设备的老化、系统安全系数较低、日常检查不到位等。

4 基于海绵城市理念的市政道路排水设计措施

4.1 路基排水设计

市政道路系统内部结构复杂，而路基是道路结构层的重要组成要素，其与道路结构的稳定性有着直接联系。随着强降雨天气的暴发，雨水浸入深度不断增加，一旦路基层完全被雨水浸泡，会大幅度降低路基的强度和稳定性，严重缩短市政道路排水工程使用寿命，甚至对人们的行车带来安全隐患。因此，在设计路基排水系统时，应在工程实施前，全面考察当地生态环境及道路地质等实际情况，同时，反复检查路基质量，检查内容包括有平整度、强度、拱度等，从而为制定科学的排水方案提供详实的数据参考。若路基稳定性较差，如路基表面起皮、平整度差、路肩松散、路基强度不足等，应在工程实施前采取采用碾压路基和路基换填的方式对路基进行改善。若道路为软土层，土壤含水率高、孔隙大、强度低、透水性差，在行车荷载的作用下，会产生大幅度沉降，且减缓固结速度，从而影响市政道路的正常使用。因此，为了使路基施工达到相关标准，可采用真空预压和堆载预压的方式改善土质[5]。2种方式的固结机理虽然不同，但都是通过有效应力和孔压的相互转换来增大有效应力，从而满足地基排水固结需求。

4.2 人行道、车行道排水设计

人行道、车行道排水设计对于提高城市道路质量具有重要作用。但由于受设计、施工、养护及车辆通行、人为破坏等因素的影响，人行道、车行道路面普遍存在沉降不匀均和平整度较差及透水性、透气性不足的问题，由此造成地下水补给困难和道路通行不畅，雨水不能渗入地下，导致地表植物由于严重缺水而难以正常生长；不透气的路面很难与空气进行热量和水分的交换，缺乏对城市地表温度、湿度的调节能力，从而引发城市“热岛效应”。将海绵城市理念融入人行道、车行道排水设计中，既能有效解决路面积水和路滑问题，又能防止路面损坏等问题，起到保护路面的作用。具体设计时，首先，科学选择施工材料，施工单位要在保证施工质量的基础上，尽可能选用高透水性材料，如透水沥青、透水混凝土、透水砖等，其中，透水砖透水率可达20cm/s，能有效提升人行道、车行道雨水渗透性能，从而减少路面径流量，避免出现积水。其次，科学设计人行道、车行道坡度。对于人行道，纵坡坡度应小于2.5%、路拱横坡（路面两侧的坡度）小于2%；对于车行道，纵坡坡度应控制在0.3%—0.6%、路拱横坡坡度控制在1%—1.5%[6]，有利于提高路面水分渗透和蒸发效果，减少径流总量。

4.3 绿化带排水设计

道路绿化带排水设计与路基强度和使用寿命息息相关，是道路设计的重要组成部分，其既能储存雨水，实现雨水资源的高效利用，又能减缓路面径流，净化空气，调节区域微气候。在绿化带排水设计中融入海绵城市理念，主要是从以下几个方面实施：

雨水收集系统设计。在绿化带中设置雨水收集口，并利用地面的透水性能和坡度设计，将雨水汇集至收集口。一般情况下，绿化带应位于道路下方，雨水收集口高度应介于路面高度和绿化带土壤高度之间，且分布均匀。

雨水过滤系统设计。利用过滤系统净化雨水水质，既能防止污染地下水，又能扩大雨水运用范围。设计雨水过滤系统时，可在底层铺设一层种植土，再铺设一层砂石和一层透水土工布，最后再设置渗透管（见图1），注意渗透管与路面距离保持在60cm左右[7]，防止土壤的流失的同时，还能增强土体的稳定性和改善土壤的排水性能。

图1 绿化带雨水过滤设计

滞蓄缓排设计。为了促使雨水能顺利快速流入地下，应在雨水口位置设置明沟，且明沟两侧分别设置沟渠，促使雨水流入明沟。遇强降雨天气时，利用雨水口将雨水成功蓄积在绿化带中，减缓道路市政排水压力。

排放系统设计。通过在绿化带中设置溢流系统，将雨水和排水管道直接进行连接，当雨水量超出承载范围时，利用溢流系统直接将雨水排入市政排水管网，能及时排出过多的雨水。

4.4 附属设施排水设计

市政道路设计除了路基，还包括其他附属设施，主要包括路肩边、路缘石2个部分[8]。

路缘石。其是道路排水设计的重要内容，可分为立缘石和平缘石2种类型。（1）平缘石：平缘石能与地面保持在统一高度，遇强降雨天气时，可促使雨水流向雨水口，避免路面积水。（2）立缘石：路面比立缘石略低，当地面积水较多时，能积极发挥引导作用，将积水引入雨水口。虽然路缘石无法用于直接收集雨水，但可利用道路工程分布的孔洞或采用间隔设置法，引导雨水流入绿化带，能有效提升路缘石的排水性能，防止路面积水。

路肩边。路肩边是指具有一定宽度的带状部分（包括硬路肩和防护路肩），位于车行道外缘至路基边缘。用于维持车行道的功能和临时停车，并作为路面的侧向支撑。施工时，应严格把控混凝土质量， 防止出现堵塞问题。同时，为了提高设计的美观性和实现雨水净化效果，可设计种植草沟，加快雨水的输送和排放速度。

4.5 道路横断面排水设计

道路横断面是指道路中线上各点垂直于路线前进方向的竖向剖面。在传统道路设计中，多采用“中间高、两侧低”的方式设计横断面，需要先将雨水汇聚到指定位置，然后对其进行集中处理，并借助斜坡，将雨水汇聚到道路一侧的雨水槽中，实现雨水的顺利排放。但此种设计方式会造成绿化带资源浪费，而应用海绵城市理念时，首先，将绿化带高度略低于车道，并在绿化带和车道中间设置路缘石，分离绿化带和车道进行的同时，还能将雨水引流至绿化带中。其次，借助渗井，将路基范围内的上层地下水引入更深的含水层中，以达到补充地下水的目的[9]。最后，通过科学设计雨水管道，发挥雨污处理功能的同时，还能减少工程体量和降低工程成本。为了提高管道治理效果，雨水管道设计应尽量采用分离式设计模式，确保海绵城市理念优势得以有效发挥。

4.6 与城市绿地连接设计

市政道路若与绿地距离较近，应将二者进行连接，能起到对地面径流进行分流的作用，这也是海绵城市建设的重点项目之一。设计时，应根据实际地形应用多种渗透技术，例如，调节塘设计、LID源头渗透技术、渗渠设计，以提高市政道路排水功能性。若区域水资源较为丰富，可采用雨水截污处理技术，将雨水净化后引入绿地，能够有效缓解径流洪峰；若区域水资源较为缺乏，可利用排水管设计将收集到的雨水做净化处理后排至绿地加以储存，能有效缓解水资源紧张问题；若区域存在径流污染的情况，可通过设置植草沟、雨水花园等设施，对雨水做净化处理后再排至绿地。

5 结语

综上所述，在城市内涝问题日益严重的今天，加快海绵城市建设至关重要。随着城市道路面积的不断扩大，对市政道路排水设计提出了更高要求，为了实现绿色环保的节能目标，并预防出现城市内涝问题，应积极融入海绵城市理念。基于此，从路基、人行道和车行道、绿化、附属设施、道路横断面、与城市绿地连接5个方面，论述了如何将海绵城市理念融入市政道路排水设计中，提高市政道路建设质量的同时，对于缓解城市内涝压力、保障人们人身安全和财产安全、促进城市可持续发展具有重要意义。