浅谈城市道路“海绵”设计要点

时间：2024-08-31

熊尚雷华蓝设计（集团）有限公司

1 前言

中央城镇化工作会议中，对城镇的给排水系统提出了新的要求，规定将有限的雨水更好的保留下来，并优先考虑自然力量排水，建设自然功能的存水和积水环境，达到海绵城市的构建目标。同时，在海绵城市建设指导意见书中，也对海绵城市的构建提出了新的注解。注解说明，海绵城市的建设是希望城市能够具有海绵的性质，做好蓄水和存水工作，且充分利用自然优势，进行水资源的科学处理和优化，避免自然灾害带来的损害，确保城市内部的正常运行。而要想实现海绵城市建设目标，落实低影响开发就显得尤为重要。

城市道路作为城市的经络，承载着主要的排水系统贯穿整个城市，将城市雨水有组织地输送至江河湖海。

海绵城市理念的提出对传统的排水理念加以优化和调整，高效利用低影响开发的作用优势，增强道路及周边绿化设施的吸纳、蓄渗和缓释效果，有效收集和利用雨水，防止因雨水堆积产生意外事故，科学控制径流量及径流峰值，缓解污染，实现水资源科学利用的同时，保护和改善城市生态环境。

2 城市道路“海绵”设计要点

城市道路海绵设计的要点为：

（1）现状条件及问题评估。充分了解道路及其周边现状条件，包括地形地貌、汇水范围、道路绿线范围、下垫面情况及水系等，科学评估海绵设计中重点问题及存在的限制因素，给出专业的数据支持。

（2）确定设计目标。城市道路海绵设计的目标要求是满足城市总体规划建设、完善低影响开发的相关内容，做好年净流量及污染的科学防控和处理。

（3）技术标准。为保证交通的顺畅性和安全性，在进行规划设计中，要将低影响开发路段内的相关参数，如雨水管渠、泵站、径流等参数设计均按照现有的排水设计规范进行科学处理，道路范围内雨水径流，优先通过生态排水的方式，在LID措施中滞留、蓄渗，多余的雨水则溢流至道路雨水管网系统中。

（4）汇水范围。在低影响开发措施的规划上，应对收集、滞留、蓄渗道路予以严格划分和管控，注重车行道、人行道及绿化道路的划分，加强雨水处理。

（5）技术选择与设施平面布局。在技术选择与设施规划上应遵循以下原则，结合目前城市规划的具体要求及城市发展现状，在保护生态环境的基础上，坚持因地制宜、经济适用的基本原则和要求。以相关规划中的径流总量及径流污染控制目标为导向，同时结合规划中道路的横断面形式、绿线范围及景观要求，在满足道路基本功能的基础上，根据下垫面、竖向高程及汇水分区情况，充分利用“渗、滞、蓄”LID措施，减少路面径流及其径流污染。

城市道路横断面中包括机动车、非机动车、绿化、人行道这四部分，在对这些设施落实低影响开发措施时，需完成以下工作：

①机动车、非机动车、人行道：这几个部分均属于路面部分，可选用的LID 措施主要是透水铺装，而人行道树池，可采用生态树池。透水铺装主要以透水砖、透水水泥混凝土、透水沥青混凝土这三种形式为主，具体选用要求如表1所示。

表1 城市道路透水铺装路面结构类型选用表

②绿化带：城市道路绿化带有分隔绿化带、侧分绿化带、后排绿地这三种形式。结合这三个绿化带在道路横断面的竖向特点，中央分隔绿化带不建议设置LID 措施，侧分绿化带可选用植草沟、生物滞留设施；后排绿地的处理可通过植草沟、生物滞留带、下沉式绿地、雨水花园的构建确保其功能的发挥。

（6）城市道路LID 措施：城市道路常使用的低影响开发措施以透水铺装、植草沟和生态树池建设、生物滞留设施设计为主。

透水铺装：该结构指的是能够良好渗水、排水和滞留雨水，且满足道路铺装要求的一种结构类型。透水铺装可按照材料的不同分为透水砖、透水水泥混凝土、沥青混凝土这三种类型。而按照地基结构特征可分为半透水和全透水两种情况。前者的设计结构包括混凝土面层、粘结层、半刚性材料基层和土基层；后者的设计结构有混凝土面层、透水基层、粒料垫层和土基层。透水砖在实际作业中，是由路面砖、透水基层、透水垫层、土基这几部分构成的。

透水沥青路面自上而下结构做法：透水沥青混合料上面层、透水沥青混合料下面层、透水基层、防水粘接层、半刚性基层、稳定类垫层、土基。

植草沟：即具有植被的地表沟渠，其自身具有较好的蓄水、运输和排水的功能，对雨水净化有着显著效果。植草沟的形式多样。目前常见的有转输式、干式和湿式三种，是进行下沉式绿地、生物滞留带连接处理的有效措施。

植草沟宽度一般为900mm～2500mm，深度不宜大于600mm，边坡一般为1/4～1/3，其结构为草皮层、种植土层、砾石层、土工布和素土层。

生态树池：在雨水净化、存储及渗透上具有显著效果，且收集到的雨水可有效转化成植物生长所需水源。生态树池的结构以篦子、种植土、透水土工布、砾石层、素土层为主。

生物滞留设施:存在地势较低区域内，一般是通过植物、土壤、微生物的应用实现对雨水的科学处理。生物滞留设施会设置在生产径流区域内，厚度会结合地区植物性能及土壤功能予以科学规划。一般为200mm～300mm，并应设100mm 的超高。底部要埋设100mm～150mm孔径的穿孔排水管，以此进行多余雨水的引导。

生物滞留设施自上而下结构做法一般为：植被层、生物过滤介质、透水土工布、砂石垫层。

（7）设施规模计算。城市道路LID 设施主要以“渗、滞、蓄”设施为主，通常选择容积法进行设施规模计算。

3 城市道路“海绵”总体设计思路

在城市道路“海绵”设计时，应根据道路排水现状、海绵实施条件及下垫面渗透情况，结合区域总体规划要求、专项规划要求及控制性详细计划要求，坚持因地制宜的基本原则，做到科学设计和处理，保证透水砖、下沉式绿地、生物滞留设施等选择的科学性与合理性，满足低影响开发目标要求，完善城市道路渗透、滞留、蓄水、净化、排放等功能效果，降低污染物对径流的影响，保证城市内部排数管道质量，实现生态保护的目标。

城市道路“海绵”设计技术流程：由于城市道路雨水水质较差，且用地有限，因此，城市道路“海绵”设计应以削减地表径流及其径流污染为主。

其中道路侧分绿化带与后排绿地中雨水径流的把控可以设置凹式绿化带，或采取植草沟和生物滞留融合设置的模式，以增强其作用，对雨水进行过滤、滞留、吸纳；车行道雨水径流可通过半透水铺装层+渗排水系统、全透水铺装层对路面雨水进行渗透、收集；当车行道设计为不透水路面结构层时，可通过设置排水开孔路缘石，将车行道雨水径流汇流入侧分绿化带中的LID措施中过滤、滞留、消纳；人行道雨水径流则可通过半透水铺装+渗排水系统或汇入后排绿地中的LID措施中过滤、滞留、消纳，缓解污染问题，城市道路“海绵”设计技术路线图如图1所示。

图1 城市道路“海绵”设计技术路线图

4 城市道路“海绵”设计实例

现以南宁市某道路为例，对城市道路“海绵”设计要点进行分析。

4.1 现状条件及问题评估

现状条件：该道路实施长度1344m，红线宽度36m。为城市支路，双向四车道。道路绿化包括两侧人行道树池及中央分隔线处理。通过对现场勘察可知，区域道路的岩土结构中，含有较多的素填土、耕土、淤泥、砂砾、粉质黏土以及不同程度的岩石结构，其中的素填土、耕土和岩土的透水性为中等，渗透系数为1.0×10-4cm/s～8.0×10-4cm/s。

问题评估：红线范围内绿化带区域只有中央分隔带，不宜设置LID措施，道路可“海绵”区域较少。

4.2 确定设计目标

按照现有的规划要求来看，本工程海绵设计的目标为年径流总量控制在70%以上，年径流污染去除率：≥50%。

4.3 技术标准

在径流量计算的过程中，利用暴雨强度公式，选取5年内采集数据，将径流系数控制在0.7左右，以确保最终所得数据满足排水设计规范要求。

4.4 技术选择与设施平面布局

结合本项目的具体情况，经过仔细分析后，采取的低影响开发措施为：选择合适透水铺装，设置生态树池与生物滞留设施，建立消能卵石沟。希望通过该组合方式有效达成总设计目标。

具体设施平面布局为：本道路只有中央分隔绿带及人行道树池，且道路两侧均有规划绿地，因此，有意将人行横道设置成透水铺装结构，将人行横道树池设置成生态树池结构，这样人行横道上堆积的雨水可直接通过透水铺装及生态树池的处理实现滞留和渗透效果，增加雨水循环利用率。

在道路填方段内，可以在两侧规划生物滞留设施，道路车行道的雨水在填方段通过导流管，导流管可顺着人行横道、草皮护坡等结构将雨水快速导入到消能卵石沟内，汇聚一起后再通过生物滞留设施完成渗透处理，达到雨水排放的目的。整个设计中，道路范围内的超量溢流通过雨水排放口流入雨水管道内，生物滞留设施内的超量溢流则直接排放到周边的河道内。本工程道路LID雨水系统流程图如图2所示。

图2 本工程道路LID雨水系统流程图

4.5 设施规模计算

根据排水竖向对区域内各汇水分区进行划分，主要在道路填方段植草护坡坡底处的规划绿地设置LID措施。

生物滞留设施下凹300m，蓄水深度为200mm，湿塘蓄水深度为1000mm。以容积法进行计算，明确单项设施中的调蓄容积，之后将单项设施的调蓄容积实行加和处理，计算其相对应的设计降雨厚度，再结合目前规划导则的要求，对平均净流量控制率与降雨量对应关系曲线展开分析和处理，计算得出年径流总量控制率为70.0%，满足目标要求。同时根据导则中不同LID措施的污染物去除率，结合本项目中所涉及的LID 占比，进行加权平均计算，为61.3%，满足目标要求。