基于海绵城市理论城市道路设计研究

□文/于 淼

海绵城市是指在城市降雨时能把雨水留住，就近吸收、存储、渗透、净化雨水，补充地下水，调节水循环并在干旱缺水时能将蓄存的水释放出来加以利用，丰富城市景观，增强城市生态功能，让城市更适宜居住。海绵城市突破了传统“以排为主”的城市雨水管理理念，依托建筑与小区、绿地与广场、城市道路等城市基础设施，城市规划、设计、施工及工程管理等统筹配合，最后达到低影响开发[1]。近年来，国家逐渐推行海绵城市理念，许多城市道路需要进行改造，从而使道路具有调节、吸收、缓解雨水的能力，让城市道路与城市建筑成为一个生态系统[2]。

1 城市道路建设现状

随着城市建设大规模发展，大量硬化路面减弱了雨水的渗透能力，在雨季容易形成洪峰导致城区大面积积水，城市热岛效应、温室效应、极端气象和极端水文现象增多。可以确定的是，道路路基范围内收集到的雨水量非常大，但却没有被有效利用，如果可以将雨水有效收集并用于绿化，对推动海绵城市建设意义重大，所以要有针对性的研究新型路面材料、雨水就地渗蓄、道路设计等用来改造城市道路[3]。

目前城市道路建设多以满足城市交通需要为主，对雨水控制和利用则体现在“排”上，很少能考虑到生态保护和环境影响评价，故这种以“路面横坡收集—雨水口—市政管网”的道路排水方式存在明显的问题：一是道路雨水直接经过市政管网排入河道，造成了雨水损失，不利于灌溉绿化和地下水的补充；二是管网承载能力不够，雨季地表水不能及时排出，容易造成内涝；三是路面积水严重的情况下，会造成路面湿滑，引发交通事故；最后在无法有效利用雨水灌溉的情况下，需要使用自来水进行灌溉绿化，加重了自来水的消耗，加剧了水资源严重短缺的状况。

2 海绵城市的城市道路设计原则和思路

2.1 设计思路

在海绵城市建设理念下，对城市道路规划、设计、建设、运行等各个环节进行标准化设计。结合城市不同的地质、地理、气候和环境，将海绵城市道路建设与人工措施相结合，做到尊重自然规律和优先发展生态。对于海绵城市道路设计，要考虑当前道路在蓄流、内涝方面存在的问题，在充分发挥城市传统排水系统作用的同时利用透水性路面使雨水被道路下面的土地吸收，对道路建设中存在的缺陷进行修正和提升，实现给水、排水等水资源利用环节协调统一，切勿盲目追求道路建设现代化，一味摒弃传统城市道路建设[4～5]。

2.2 设计原则

通过对海绵城市理念分析，加大管理力度，创建多元化管理机制，合理补充城市水资源，具体设计原则如下。

2.2.1 已有道路

对已有道路应重视红线外用地的开发：

1）改变已有的雨水收集排放系统，事先在绿地中布置LID设施，将雨水引入道路绿化带中的LID设施中进行调节、存储、渗透、截污、转输、净化等，减少地表径流对土地的侵蚀；

2）在确保车辆畅通的同时，根据道路实际特征，对车道、人行道等区域采用透水铺装、路缘石开口、植草沟、生物滞留等工程措施，确保城市道路雨水年径流总量控制率、径流污染控制、渗透设施设计、排水防涝能力达到标准，实现海绵城市控制目标；

3）为最大限度保证道路雨水排放，可以将溢流口与雨水管网连接。

2.2.2 新建或者改扩建道路

应该在设计时就贯彻海绵城市建设理念：

1）有利于地下水补充，摒弃以往将雨水在地下系统快速排出的思想，确保水资源充分利用，使雨水可以更好地渗入地面，通过层层过滤进入地下水系统，补充地下水资源；

2）完善机制，分散洪峰时段，城市排水高峰时间比较统一，容易造成污水积留，因此需要完善渗水、滞水、蓄水等管理机制，确保雨水排放渠道，减轻排水管网压力，降低洪峰问题，提高工作效率，增强海绵城市道路使用效果；

3）与城市其他系统协调统一，在道路设计之前，制定完善的规划方案，充分利用GIS和GPS技术，提高城市道路现场勘查精确度，提升设计水平，使城市道路设计与海绵城市功能协调统一。

3 海绵城市道路设计措施

3.1 总体设计

通过合理的道路规划保护并利用现有资源环境，同时提高道路的排水效果，总体设计应包括对路面材料选择，绿化带、车行道、人行道的合理布置，确保路面径流、人行道径流、车行道径流汇集后大部分进入蓄水池通过市政管网流入河流，其余分别由绿化带、雨洪系统和市政绿化二次利用，无法利用的直接进入河流，河流通过日晒蒸发保证城市降雨，形成城市雨水生态循环系统[6]。见图1。

图1 海绵城市雨水生态循环系统

3.2 路面设计

传统道路设计中硬化面积占道路面积的75%、绿化带占25%，排水主要依靠道路两侧排雨口；路面材料使用密实混凝土或沥青，为不透水结构，使用混凝土边沟加大雨水流速，路缘石使用立缘石或平石，绿化带高于路面，不利于雨水的渗透储蓄。

海绵道路则是采用大孔隙透水混凝土、沥青路面等多种透水结构，边沟进行生态植草，减缓雨水流速，起到净化雨水的作用并在路缘石上留出豁口、打孔或者使用间隔路缘石，绿化带一般低于路面，渗透、净化作用强。在海绵道路建设时，要求透水人行道土基的渗透系数≮1.0×10-3mm/s且渗透面距离地下水位要＞1 m。人行道和绿化带满足海绵道路的“渗、滞、蓄、净”相对容易；但是人行道和绿化带仅占道路总面积的25%～40%，所以要解决“渗、滞、蓄、净”的问题主要还是依赖于道路路基建设。

按照GJJ/T 190—2012《透水沥青混凝土技术规程》和GJJ/T 188—2012《透水砖路面技术规程》的规定，透水沥青路面分为三种形式：

1）路面水进入表面层后排入邻近排水设施；

2）路面水由面层进入基层（或垫层）后排入邻近排水设施；

3）路面水进入路面后渗入路基。

前两种类型可以快速排出雨水、降低路面径流、减少噪音，适用于新建或改建道路。在规定路基土渗透系数≥7×10-5cm/s的公园、小区道路、广场和中轻型荷载要求的道路可以采用后一种类型，让路面水渗入路基。

3.3 非机动车道和人行道

结合透水性和环保要求，采用透水性硬化地面可以便于雨水渗入补充地下水。考虑到非机动车道属于轻型荷载道路，可以采用结构强度较低、面层结构为大孔混凝土的半透水性混凝土路面，面层为透水混凝土材料，基层为半刚性基层，在面层和基层之间设置封层，确保路表水进入面层后就近排入排水设施，防止破坏基层[7]。见图2。

图2 一种半透水混凝土非机动车道路面结构

人行道路面可铺设透水砖，采用全透水路面结构，其抗压、抗剪强度较低，但是由于采用透水铺装，可以抵御雨水对路基的侵袭，将雨水快速排出。见图3。

图3 一种透水铺装人行道路面结构

3.4 绿化带及排水沟设计

一般采用下凹式绿化带，中间高、两边低，绿地地平标高低于周边行车道，间隔设置溢流式雨水口，在绿化带底部砾石层设置PE 透水管，连接溢流式雨水口。绿化带主体结构从下至上为：素土夯实、过滤土工布、砾石层、过滤土工布、砂层、过滤土工布、种植土。这种设计方便收集雨水，可以在雨水出现饱和后通过雨水口排出，降低城市内涝发生机率，保证绿化带自身生长，防止灌溉过量，节约水资源。

在排水沟设计上，采用植被层、土层、过滤层、渗排水管、砾石层的新型排水通道，增强雨水渗入和对路面污水过滤。排水沟应将高度控制在路面高度的0.4 m左右。

绿化带、排水沟、排水管与路面之间的距离分别为0.5、0.4、0.3 m。

3.5 生物滞留设施设计

下凹式绿化带收集、滞留机动车道的汇水，通过生物滞留设施经过化学过程、物理过程、生物过程能有效去除径流初期的污染物。一般生物滞留设施从下到上为：持水区/沉砂池/档水堰/雨水溢流井、种植土壤层、砂滤层、卵石层。通过卵石层内穿孔收集的雨水，超出下渗能力的雨水蓄积在持水区，超量的雨水将通过溢流井进入雨水管道系统。考虑植物生长，需要种植耐淹绿植并且在确定渗透设施容积后，与绿地淹水时间进行校核，确保生物滞留设施空池标准蓄水量排空时间小于设计的最大雨水排空时间。

4 其他附属设施设计

4.1 路缘石

作为生态滞留设施流入系统的重要组成部分，一般可以采用打孔立缘石、豁口立缘石、间隔式立缘石和平缘石，采用豁口立缘石可以按式（1）计算豁口长度[8]

式中：L——豁口长度，m；

Q——设计径流量，m3/s；

K0——经验常数，一般取0.817；

S——纵向坡度；

N——曼宁系数，一般取0.016；

I——路面横向坡度，（°）。

4.2 雨水口

传统的点式雨水口容易因日常清扫、雨水径流冲刷或者人为丢入而堆积垃圾造成堵塞。在传统雨水口的基础上加设截污装置，该装置由截污铁箅、截污挂篮和托架构成。雨水口高程应介于下沉式绿地的最低高程和路面高程之间。

5 结语

随着海绵城市建设受重视程度日益提高，海绵道路设计在贯彻和落实方面还有很大发展空间，海绵道路雨水系统建设涉及整个城市排水系统，本文通过介绍海绵城市道路设计理念、设计原则，海绵道路路面、绿化、排水等设计，建立海绵城市道路设计机制，加大设计管理力度，在遇到雨水时，可以吸收、储蓄，需要时能够释放利用雨水，实现资源优化利用。要将海绵城市道路设计落实应用，还需要协调好各个部门，将规划、排水、交通、施工等单位协调起来，明确建设目标、落实政策和具体措施。