基于“海綿城市”理念的城市道路設(shè)計探討

柯水平，張樹寧，白子建

（1.天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300051；2.天津大學(xué)建筑設(shè)計規(guī)劃研究總院，天津市 300051）

基于“海綿城市”理念的城市道路設(shè)計探討

柯水平1，張樹寧2，白子建1

（1.天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300051；2.天津大學(xué)建筑設(shè)計規(guī)劃研究總院，天津市 300051）

海綿城市是新一代的城市雨洪管理理念，相比傳統(tǒng)的快排模式具有補(bǔ)充地下水、減少徑流污染、調(diào)節(jié)城市氣候等一系列優(yōu)點(diǎn)。道路系統(tǒng)作為城市雨水相關(guān)設(shè)施的主要載體和組成部分，道路海綿化是海綿城市建設(shè)中不可或缺的一環(huán)。在梳理海綿城市基本理念基礎(chǔ)上，對比分析海綿道路與傳統(tǒng)道路的優(yōu)缺點(diǎn)，并對城市道路設(shè)計中存在的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行探討。

海綿城市；低影響開發(fā)（LID）；城市道路設(shè)計

0　引　言

城鎮(zhèn)化快速發(fā)展在帶動地方經(jīng)濟(jì)增長的同時引發(fā)了一系列城市環(huán)境問題。一方面，城市內(nèi)澇不斷，徑流污染嚴(yán)重；另一方面，城市地下水位下降嚴(yán)重，水資源嚴(yán)重匱乏。據(jù)報道，全國600多個城市中有2/3不同程度缺水。這一矛盾現(xiàn)象充分暴露了傳統(tǒng)城市雨洪管理模式的不足：調(diào)蓄能力差，徑流污染嚴(yán)重，雨水資源化利用率低?！昂＞d城市”是我國提出的新一代雨洪管理模式，是指城市能夠像海綿一樣，在雨洪管理方面具備彈性，下雨時吸水、蓄水、凈水，需要水時將蓄存的水釋放出來并加以利用。在提高城市雨水調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充地下水，提高雨水利用率。

城市道路是城市排水系統(tǒng)的重要組成部分，因此有針對性地對城市道路進(jìn)行海綿化設(shè)計，對于海綿城市建設(shè)來說至關(guān)重要。

1　海綿城市基本理念與道路的海綿化[1-5]

1.1海綿城市概述與LID

海綿城市的核心是應(yīng)對城市發(fā)展過程中出現(xiàn)的暴雨洪澇災(zāi)害、雨水資源流失、雨水徑流污染等一系列雨水問題。

實(shí)現(xiàn)海綿城市主要有三種基本途徑：

（1）保護(hù)原有生態(tài)系統(tǒng)

保護(hù)城市中原有的河流、湖泊、濕地、林地、草地等生態(tài)系統(tǒng)，在開發(fā)過程中，采用低影響開發(fā)（LID）理念，最大化保留原有生態(tài)面貌。

（2）修復(fù)被破壞的生態(tài)系統(tǒng)

對已被污染的、破壞的生態(tài)系統(tǒng)，運(yùn)用海綿城市理念進(jìn)行修復(fù)，最大程度還原破壞前的生態(tài)面貌和功能。

（3）新建海綿生態(tài)系統(tǒng)

在已開發(fā)區(qū)域或生態(tài)植被較少的區(qū)域，采用LID技術(shù)和設(shè)施，新建一批海綿生態(tài)設(shè)施，控制開發(fā)強(qiáng)度，降低不透水鋪裝面積，最大限度減少城市開發(fā)對城市原有水生態(tài)的影響。

LID全稱是Low Impact Development，即低影響開發(fā)。LID強(qiáng)調(diào)雨水是一種資源，“以水為友，馭之而非棄之”。其核心內(nèi)容是最大程度維持原有水生態(tài)系統(tǒng)，保持開發(fā)前后包括徑流總量、峰值流量和徑流污染等水文特征不變。盡量降低不透水面積，減少徑流污染，緩解洪澇災(zāi)害，提高雨水利用率，如圖1所示。

圖1　 LID水文原理示意圖

1.2城市道路的海綿化

城市道路的海綿化是相對于傳統(tǒng)城市道路而言的。傳統(tǒng)城市道路一般采用不透水結(jié)構(gòu)，雨水經(jīng)路面進(jìn)入收水井排入市政排水管網(wǎng)，而海綿道路采用透水結(jié)構(gòu)，并與路側(cè)其他LID設(shè)施銜接，雨水由路表滲透到面層或基層，直接滲入地下補(bǔ)充地下水或者匯入路側(cè)植草邊溝、濕地花園、生態(tài)滯留塘等LID設(shè)施，經(jīng)過層層過濾滲入地下補(bǔ)充地下水，充分體現(xiàn)LID中“滲、滯、凈、蓄”的生態(tài)雨洪管理理念。

2　海綿道路的發(fā)展與優(yōu)劣

2.1海綿道路的發(fā)展

海綿道路的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)50年代后期，歐洲國家開始研究多孔瀝青路面，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。歷經(jīng)半個世紀(jì)之久的發(fā)展與不斷完善，海綿道路在很多國家都得到了廣泛推廣和使用，且隨著海綿城市理論的不斷發(fā)展，透水路面逐漸應(yīng)用到城市道路中，并在路側(cè)建設(shè)配套LID設(shè)施，形成真正的海綿道路系統(tǒng)。

近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，透水鋪裝路面在我國很多地區(qū)也得到了應(yīng)用，如西安咸陽機(jī)場高速、上海浦東外環(huán)線、江蘇鹽通高速等項(xiàng)目。但是在城市道路方面的推廣應(yīng)用和配套LID設(shè)施方面尚未成熟。

2.2海綿道路的差異與優(yōu)劣

2.2.1海綿道路的優(yōu)勢

（1）有效補(bǔ)充地下水資源

在傳統(tǒng)城市道路結(jié)構(gòu)的快排理念中，要求雨水經(jīng)由路表匯入市政排水管道，盡快最終排出城市管網(wǎng)，流入城外河流、湖泊，致使超過80%的雨水快速排出，城市地下水得不到補(bǔ)充，雨水資源得不到充分利用。海綿道路中雨水經(jīng)路表滲入面層或基層，經(jīng)層層過濾，最終滲入地下，配合路側(cè)配套LID設(shè)施，使得大量雨水自然滲透到地下，有效補(bǔ)充地下水位。

（2）減小洪峰流量，減輕排水系統(tǒng)壓力

傳統(tǒng)道路的快排模式下，城市的排水完全依靠城市的排水管網(wǎng)，尤其隨著城市的開發(fā)，不透水面積越來越大，當(dāng)城市排水管網(wǎng)不堪重負(fù)時就會形成內(nèi)澇，近幾年我國多個城市的內(nèi)澇均由此原因造成。而海綿道路通過對雨水的滲、滯、蓄，形成了雨水的多途徑排放，大幅降低了進(jìn)入排水管網(wǎng)雨水的流量和流速，有效緩解了城市排水系統(tǒng)的壓力。

（3）降低雨水徑流污染

雨水對路面的沖刷會使雨水被路面的垃圾、重金屬、可溶解性污染物所污染，形成嚴(yán)重的徑流污染。海綿道路的使用可以使雨水經(jīng)路面直接滲透到地下，減少了對地面的沖刷，并經(jīng)過路面、生態(tài)設(shè)施、土壤及土壤內(nèi)微生物的截留、吸附和分解等作用，使得這些污染物得以去除，達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。

（4）改善道路行駛安全性和舒適性

經(jīng)對比測試，一方面透水鋪裝路面雨天道路無積水，可增加輪胎附著力并且減少車輛后方帶起的水霧，使得雨天行車更加安全（見圖2））；另一方面，透水鋪裝路面有效降低輪胎與路面之間空氣的抽吸和壓縮，從而降低胎噪，在提高行車舒適性的同時，降低車輛行駛的噪聲污染（見圖3）。

圖2　海綿道路與傳統(tǒng)道路雨天視野對比

圖3　海綿道路與傳統(tǒng)道路噪聲對比

（5）改善城市微氣候

配合路側(cè)配套LID設(shè)施，海綿道路的含水量大幅提升，能有效降低路表溫度，緩解城市熱島效應(yīng)，調(diào)節(jié)城市微氣候。

2.2.2海綿道路的劣勢

海綿道路雖優(yōu)點(diǎn)明顯，但也并非十全十美，主要有以下不足：

（1）抗剪能力差

由于海綿道路的透水結(jié)構(gòu)并非密實(shí)結(jié)構(gòu)，其抗剪能力要劣于傳統(tǒng)路面結(jié)構(gòu)，當(dāng)重載車輛急轉(zhuǎn)彎或急剎車時極易發(fā)生剪切破壞。

（2）養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)高

由于海綿道路的透水結(jié)構(gòu)孔隙率較大，沙土極易堵住顆粒間的空隙，為保證路面的排水性能，需要經(jīng)常對路面進(jìn)行沖洗。

3　城市道路的海綿化設(shè)計探討

3.1海綿城市與傳統(tǒng)城市的對比

在傳統(tǒng)城市道路中，硬化面積占道路面積的75%，綠帶面積占道路面積的25%。雨水口設(shè)置在非機(jī)動車道或機(jī)動車道上，排水幾乎全靠路側(cè)雨水口。容易造成積水，暴雨來襲時極易發(fā)生內(nèi)澇。

海綿道路則是對傳統(tǒng)道路在雨洪管理方面的全面升級，多角度出發(fā)，全面提升道路的“滲、滯、凈、蓄”等功能。其與傳統(tǒng)道路的不同主要體現(xiàn)在以下幾個方面（見表1）。

表1　傳統(tǒng)道路與海綿道路對比

3.2透水路面結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

3.2.1透水瀝青路面結(jié)構(gòu)

根據(jù)《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ T190—2012）要求，透水瀝青路面結(jié)構(gòu)分為三類。

Ⅰ型：路表水進(jìn)入表面層后進(jìn)入鄰近排水設(shè)施（見圖4）。表面層通常采用4 cm厚PAC-13透水瀝青，中下面層采用密級配瀝青混合料，厚度介于6～8 cm，上面層與中面層之間設(shè)置封層，封層材料的滲透系數(shù)不應(yīng)大于80 mL/min?；鶎硬捎冒雱傂曰鶎樱谆鶎硬捎梅€(wěn)定性基層。該種結(jié)構(gòu)主要適用于需要減小降雨時路表徑流量和降低道路兩側(cè)噪聲的各類新建和改建道路。

圖4　一種Ⅰ型透水瀝青路面結(jié)構(gòu)示意圖（單位：cm）

Ⅱ型：路表水由面層進(jìn)入基層（或墊層）后排入鄰近排水設(shè)施（見圖5）。該類型透水瀝青路面的表面層一般為厚度4 cm的PAC-13透水瀝青，下面層均選用6 cm的PAC-16或8 cm厚的PAC-20透水瀝青混合料，基層上層采用透水瀝青穩(wěn)定類基層，厚度依照暴雨強(qiáng)度確定，其與路基中層設(shè)置封層，中下部采用半剛性基層，墊層采用穩(wěn)定類墊層。Ⅱ型路面結(jié)構(gòu)適用于需要緩解暴雨時城市排水系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的各種新建、改建道路。

圖5　一種Ⅱ型透水瀝青路面結(jié)構(gòu)示意圖（單位：cm）

Ⅲ型：路表水進(jìn)入路面后滲入路基，其上下面層和路基均為透水材料（見圖6）。面層為厚度4～6 cm厚的PAC-13透水瀝青混合料，基層為半剛性基層，厚度依據(jù)交通量和防凍深度確定，墊層采用粒料類墊層，厚度不宜小于15 cm。但是這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，因此只適用于路基土滲透系數(shù)不小于7× 10-5cm/s的公園、小區(qū)路、停車場、廣場和中輕型荷載道路。

圖6　一種Ⅲ型透水瀝青路面結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2透水混凝土路面結(jié)構(gòu)

透水混凝土路面結(jié)構(gòu)可根據(jù)透水程度分為兩種：半透水混凝土路面結(jié)構(gòu)和全透水混凝土路面結(jié)構(gòu)。

半透水性混凝土面層采用透水混凝土材料，（見圖7）。厚度介于18～20 cm之間，基層為半剛性基層，面層與基層之間應(yīng)設(shè)置封層，路表水進(jìn)入面層后排入鄰近排水設(shè)施，防止雨水透過面層對基層造成損壞。由于半透水性混凝土面層結(jié)構(gòu)為大孔隙混凝土，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，因此適用于非機(jī)動車道等輕型荷載道路。

全透水型混凝土的面層和基層均為透水結(jié)構(gòu)（見圖8）。面層厚度介于18～20 cm之間，基層與土基之間為粒料類墊層，厚度不宜小于15 cm。路表水進(jìn)入路面后滲入路基，其面層和基層的強(qiáng)度均比普通混凝土道路小很多，因此僅適用于人行道、非機(jī)動車道、景觀硬地等輕型荷載道路。

圖8　一種全透水混凝土路面結(jié)構(gòu)（單位：cm）

海綿城市道路中透水磚鋪裝路面一般為全透水路面結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)見圖9，由下至上分別是土基、透水墊層、透水基層、壓實(shí)細(xì)砂找平層和路面透水磚。其抗壓、抗剪強(qiáng)度較低，僅適用于人行道。

圖9　一種透水鋪裝人行道路面結(jié)構(gòu)（單位：cm）

4　結(jié)　語

海綿城市作為新一代城市雨洪管理模式，能夠有效緩解城市排水系統(tǒng)壓力，提高雨水資源利用率。海綿道路作為海綿城市建設(shè)的重要組成部分，其建設(shè)和設(shè)施能夠大幅度減少城市不透水鋪裝面積，大幅增加雨水滲透比例，提高雨水資源利用率，同時還能夠降低行車噪聲，提高雨天行車安全性。因此，基于海綿城市理念對城市道路進(jìn)行專門化設(shè)計十分必要，也是推動城市海綿化的重要組成部分。

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)[Z].北京：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2014.

[2]水利部.全國近2/3城市不同程度缺水水資源承載力預(yù)警機(jī)制將建[Z].北京：水利部，2015.

[3]孫芳.基于海綿城市的城市道路系統(tǒng)化設(shè)計研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2015.

[4]CJJ/T 190-2012,透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程[S].

[5]CJJ37-2012,城市道路工程設(shè)計規(guī)范[S].

U412.37

A

1009-7716（2016）10-0001-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.001

2016-06-14

柯水平（1984-），男，湖北黃石人，高級工程師，從事道路交通系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計工作。