基于“海綿城市”理念的城市道路設計探討

柯水平，張樹寧，白子建

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

基于“海綿城市”理念的城市道路設計探討

柯水平1，張樹寧2，白子建1

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

海綿城市是新一代的城市雨洪管理理念，相比傳統的快排模式具有補充地下水、減少徑流污染、調節城市氣候等一系列優點。道路系統作為城市雨水相關設施的主要載體和組成部分，道路海綿化是海綿城市建設中不可或缺的一環。在梳理海綿城市基本理念基礎上，對比分析海綿道路與傳統道路的優缺點，并對城市道路設計中存在的一些關鍵問題進行探討。

海綿城市；低影響開發（LID）；城市道路設計

0　引　言

城鎮化快速發展在帶動地方經濟增長的同時引發了一系列城市環境問題。一方面，城市內澇不斷，徑流污染嚴重；另一方面，城市地下水位下降嚴重，水資源嚴重匱乏。據報道，全國600多個城市中有2/3不同程度缺水。這一矛盾現象充分暴露了傳統城市雨洪管理模式的不足：調蓄能力差，徑流污染嚴重，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。在提高城市雨水調節的基礎上，補充地下水，提高雨水利用率。

城市道路是城市排水系統的重要組成部分，因此有針對性地對城市道路進行海綿化設計，對于海綿城市建設來說至關重要。

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對城市發展過程中出現的暴雨洪澇災害、雨水資源流失、雨水徑流污染等一系列雨水問題。

實現海綿城市主要有三種基本途徑：

（1）保護原有生態系統

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

（2）修復被破壞的生態系統

對已被污染的、破壞的生態系統，運用海綿城市理念進行修復，最大程度還原破壞前的生態面貌和功能。

（3）新建海綿生態系統

在已開發區域或生態植被較少的區域，采用LID技術和設施，新建一批海綿生態設施，控制開發強度，降低不透水鋪裝面積，最大限度減少城市開發對城市原有水生態的影響。

LID全稱是Low Impact Development，即低影響開發。LID強調雨水是一種資源，“以水為友，馭之而非棄之”。其核心內容是最大程度維持原有水生態系統，保持開發前后包括徑流總量、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城市道路而言的。傳統城市道路一般采用不透水結構，雨水經路面進入收水井排入市政排水管網，而海綿道路采用透水結構，并與路側其他LID設施銜接，雨水由路表滲透到面層或基層，直接滲入地下補充地下水或者匯入路側植草邊溝、濕地花園、生態滯留塘等LID設施，經過層層過濾滲入地下補充地下水，充分體現LID中“滲、滯、凈、蓄”的生態雨洪管理理念。

2　海綿道路的發展與優劣

2.1海綿道路的發展

海綿道路的發展可以追溯到20世紀50年代后期，歐洲國家開始研究多孔瀝青路面，積累了豐富的經驗。歷經半個世紀之久的發展與不斷完善，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展，透水路面逐漸應用到城市道路中，并在路側建設配套LID設施，形成真正的海綿道路系統。

近幾年，隨著我國經濟的發展和基礎設施的不斷完善，透水鋪裝路面在我國很多地區也得到了應用，如西安咸陽機場高速、上海浦東外環線、江蘇鹽通高速等項目。但是在城市道路方面的推廣應用和配套LID設施方面尚未成熟。

2.2海綿道路的差異與優劣

2.2.1海綿道路的優勢

（1）有效補充地下水資源

在傳統城市道路結構的快排理念中，要求雨水經由路表匯入市政排水管道，盡快最終排出城市管網，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充，雨水資源得不到充分利用。海綿道路中雨水經路表滲入面層或基層，經層層過濾，最終滲入地下，配合路側配套LID設施，使得大量雨水自然滲透到地下，有效補充地下水位。

（2）減小洪峰流量，減輕排水系統壓力

傳統道路的快排模式下，城市的排水完全依靠城市的排水管網，尤其隨著城市的開發，不透水面積越來越大，當城市排水管網不堪重負時就會形成內澇，近幾年我國多個城市的內澇均由此原因造成。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，大幅降低了進入排水管網雨水的流量和流速，有效緩解了城市排水系統的壓力。

（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，形成嚴重的徑流污染。海綿道路的使用可以使雨水經路面直接滲透到地下，減少了對地面的沖刷，并經過路面、生態設施、土壤及土壤內微生物的截留、吸附和分解等作用，使得這些污染物得以去除，達到凈化水質的作用。

（4）改善道路行駛安全性和舒適性

經對比測試，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　海綿道路與傳統道路雨天視野對比

圖3　海綿道路與傳統道路噪聲對比

（5）改善城市微氣候

配合路側配套LID設施，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，調節城市微氣候。

2.2.2海綿道路的劣勢

海綿道路雖優點明顯，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構并非密實結構，其抗剪能力要劣于傳統路面結構，當重載車輛急轉彎或急剎車時極易發生剪切破壞。

（2）養護標準高

由于海綿道路的透水結構孔隙率較大，沙土極易堵住顆粒間的空隙，為保證路面的排水性能，需要經常對路面進行沖洗。

3　城市道路的海綿化設計探討

3.1海綿城市與傳統城市的對比

在傳統城市道路中，硬化面積占道路面積的75%，綠帶面積占道路面積的25%。雨水口設置在非機動車道或機動車道上，排水幾乎全靠路側雨水口。容易造成積水，暴雨來襲時極易發生內澇。

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

表1　傳統道路與海綿道路對比

3.2透水路面結構設計探討

3.2.1透水瀝青路面結構

根據《透水瀝青路面技術規程》（CJJ T190—2012）要求，透水瀝青路面結構分為三類。

Ⅰ型：路表水進入表面層后進入鄰近排水設施（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置封層，封層材料的滲透系數不應大于80 mL/min。基層采用半剛性基層，底基層采用穩定性基層。該種結構主要適用于需要減小降雨時路表徑流量和降低道路兩側噪聲的各類新建和改建道路。

圖4　一種Ⅰ型透水瀝青路面結構示意圖（單位：cm）

Ⅱ型：路表水由面層進入基層（或墊層）后排入鄰近排水設施（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定類基層，厚度依照暴雨強度確定，其與路基中層設置封層，中下部采用半剛性基層，墊層采用穩定類墊層。Ⅱ型路面結構適用于需要緩解暴雨時城市排水系統負擔的各種新建、改建道路。

圖5　一種Ⅱ型透水瀝青路面結構示意圖（單位：cm）

Ⅲ型：路表水進入路面后滲入路基，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。但是這種結構強度較低，因此只適用于路基土滲透系數不小于7× 10-5cm/s的公園、小區路、停車場、廣場和中輕型荷載道路。

圖6　一種Ⅲ型透水瀝青路面結構示意圖

3.2.2透水混凝土路面結構

透水混凝土路面結構可根據透水程度分為兩種：半透水混凝土路面結構和全透水混凝土路面結構。

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，面層與基層之間應設置封層，路表水進入面層后排入鄰近排水設施，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構為大孔隙混凝土，結構強度較低，因此適用于非機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構（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。路表水進入路面后滲入路基，其面層和基層的強度均比普通混凝土道路小很多，因此僅適用于人行道、非機動車道、景觀硬地等輕型荷載道路。

圖8　一種全透水混凝土路面結構（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構，其結構見圖9，由下至上分別是土基、透水墊層、透水基層、壓實細砂找平層和路面透水磚。其抗壓、抗剪強度較低，僅適用于人行道。

圖9　一種透水鋪裝人行道路面結構（單位：cm）

4　結　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壓力，提高雨水資源利用率。海綿道路作為海綿城市建設的重要組成部分，其建設和設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行專門化設計十分必要，也是推動城市海綿化的重要組成部分。

[1]住房和城鄉建設部.海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)[Z].北京：住房和城鄉建設部，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警機制將建[Z].北京：水利部，2015.

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

[4]CJJ/T 190-2012,透水瀝青路面技術規程[S].

[5]CJJ37-2012,城市道路工程設計規范[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，從事道路交通系統規劃與設計工作。