海綿城市理念在姚江新城道路設(shè)計(jì)中的實(shí)踐

陶俊

（寧波市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 寧波 315012）

海綿城市理念在姚江新城道路設(shè)計(jì)中的實(shí)踐

陶俊

（寧波市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 寧波 315012）

針對(duì)寧波市姚江新城云飛路中海綿城市的營(yíng)造,基于工程特點(diǎn),開展技術(shù)選擇和比選,提出適應(yīng)性強(qiáng)的透水路面方案和生物滯留方案,并對(duì)技術(shù)路線以及設(shè)計(jì)復(fù)核進(jìn)行了闡述。借此對(duì)城市道路的海綿城市設(shè)計(jì)提供參考。

海綿城市；城市道路；透水路面；生物滯留

0 引言

海綿城市建設(shè)的總體要求為:通過海綿城市建設(shè),綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施,最大限度地減少城市開發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

城市道路是城市排水系統(tǒng)的重要組成部分,因此有針對(duì)性地對(duì)城市道路進(jìn)行海綿化設(shè)計(jì),對(duì)于海綿城市建設(shè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要[1]。

而城鎮(zhèn)化開發(fā)初期的新建區(qū)城市道路設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)時(shí)需進(jìn)行必要的前瞻性、示范性、適用性的實(shí)踐和總結(jié)。

1 工程概況

姚江新城是“十三五”期間寧波重點(diǎn)打造一中心二副中心之一（東部新城、姚江新城、高橋）,以“水脈智城、生態(tài)宜居”為核心理念進(jìn)行營(yíng)造。2015年實(shí)施系統(tǒng)開發(fā)。云飛路是新建區(qū)中最早實(shí)施的城市主干路。

2016年4 月,寧波市成為海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市。云飛路即被確定為試點(diǎn)區(qū)域建設(shè)項(xiàng)目。

云飛路全長(zhǎng)4 km,寬44 m,原規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)斷面形式見圖1。紅線外無(wú)規(guī)劃綠化退讓、并要求采用瀝青混合料和塊材鋪裝路面。

圖1 原規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位:m）

實(shí)踐中結(jié)合地塊在建和待開發(fā)的特點(diǎn)、針對(duì)姚江新城氣象及工程地質(zhì)條件、遵照《寧波市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》相關(guān)規(guī)定,確定海綿城市營(yíng)造措施。通過綜合運(yùn)用透水鋪裝、復(fù)雜型生物滯留以及適度調(diào)整規(guī)劃斷面、探討初期雨水棄流和遠(yuǎn)期實(shí)施排水路面等技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)。

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 雨水年徑流總量控制率

依據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中我國(guó)大陸地區(qū)年徑流總量控制率分區(qū)圖,工程所在區(qū)位為III區(qū),控制值為75%～85%[2]。

依據(jù)《寧波市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》,新建道路控制值不小于75%[3]。

最終云飛路確定按80%控制年凈流總量控制率,即滿足24.6 mm雨水不外排的要求建設(shè)。姚江新城年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的降雨量見表1。

表1 年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的降雨量[3]

2.2 雨水年徑流污染削減率

《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中提出低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的年 SS總量去除率一般可達(dá)到 40%～60%[2]。

依據(jù)寧波市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則,為達(dá)到II類、III類水系的水質(zhì)目標(biāo),面源污染物削減率（一般以年SS總量去除率計(jì)）不低于60%[3]。

最終云飛路按60%控制年徑流污染削減率。

2.3 暴雨強(qiáng)度

寧波市暴雨強(qiáng)度公式為:

道路按暴雨重現(xiàn)期P=3 a設(shè)計(jì)。t為集水時(shí)間,地面集水時(shí)間采用10 min。

3 適用性技術(shù)選擇

3.1 道路可采用的技術(shù)及設(shè)施

滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)城市良性水文循環(huán),提高對(duì)徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力,維持或恢復(fù)城市的“海綿”功能。

道路上可采用的低影響開發(fā)措施見表2。

表2 低影響開發(fā)措施表

云飛路紅線外無(wú)設(shè)置相關(guān)設(shè)施空間,且紅線內(nèi)需滿足必要的交通通行斷面。故本著應(yīng)因地制宜、經(jīng)濟(jì)有效、方便易行的原則,道路主要選擇“滲、凈”技術(shù)——路面滲透技術(shù)和初期雨水污染處理技術(shù)。

3.2 路面滲透技術(shù)

滲透技術(shù)在云飛路工程的應(yīng)用主要為車行道透水瀝青路面和人行道透水鋪裝路面兩大類。

（1）車行道透水瀝青鋪裝

根據(jù) 《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJT 190-2012）和圖集《城市道路—環(huán)保型道路路面》（15 MR205）,透水瀝青路面可分為三類:I型（表層排水型）、II型（半透型）、III型（全透型）。

II型適用于輕型荷載道路[4],不宜采用。

云飛路下臥土基滲透系數(shù)小（10-6cm/s）,無(wú)法滿足全透型不小于7×10-5cm/s的要求,姚江新城地下水位高,若采用全透型,會(huì)導(dǎo)致雨水積聚在道路透水結(jié)構(gòu)和路基之間,使路基長(zhǎng)期浸泡在雨水中,破壞路基強(qiáng)度,III型不可采用。

所以車行道瀝青路面采用透水瀝青路面I型。先期實(shí)施道路需作為地塊開發(fā)施工車輛通道,無(wú)法避免車輛帶來(lái)的泥漿、塵土污染,會(huì)堵塞、破壞透水瀝青的結(jié)構(gòu),故近期表層采用SMA面層,遠(yuǎn)期改造成OGFC透水面層,下部構(gòu)造統(tǒng)一,近遠(yuǎn)期結(jié)合,見圖2。

圖2 機(jī)動(dòng)車道結(jié)構(gòu)示意圖（單位:cm）

（2）人行道透水鋪裝

本著便于維修養(yǎng)護(hù),并具有一定景觀構(gòu)建能力的原則,人行道采用有效孔隙率不小于15%的透水磚路面。結(jié)構(gòu)體系采用半透水,避免全透水體系的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。人行道采用具有防堵塞及過濾功能的硅砂基透水路面磚,同時(shí)采用透水混凝土基層,增加過濾儲(chǔ)水功能,減小路面徑流總量,見圖3。

圖3 人行道排水結(jié)構(gòu)示意圖（單位:cm）

3.3 初期雨水污染處理技術(shù)

車行道的雨水徑流含有較高濃度的污染物質(zhì)。可以說(shuō),城市初期雨水中所含的污染物質(zhì),大部分來(lái)自車行道的雨水徑流。

云飛路初期雨水污染處理采用2套方案進(jìn)行比選:滲透技術(shù)方案,即采用生物滯留設(shè)施；截污凈化技術(shù)方案,即采用初期雨水棄流設(shè)施。

3.3.1 生物滯留設(shè)施方案

生物滯留設(shè)施指在地勢(shì)較低的區(qū)域,通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水的設(shè)施。

云飛路采用在機(jī)非車道之間側(cè)分帶內(nèi)設(shè)置復(fù)雜性生物滯留設(shè)施,見圖4。

圖4 復(fù)雜性生物滯留設(shè)施示意圖

生物滯留設(shè)施的蓄水層深度一般為200～300 mm,并應(yīng)設(shè)置100 mm的超高。設(shè)計(jì)中對(duì)生物滯留設(shè)施的規(guī)模進(jìn)行了計(jì)算和必要調(diào)整。

（1）設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積采用容積法進(jìn)行計(jì)算,公式如下:

式中:V為設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積,m3；H為設(shè)計(jì)降雨量,取24.6 mm；φ為綜合雨量徑流系數(shù),加權(quán)平均計(jì)算,其中綠化取0.15,車行道取0.9,透水磚人行道取0.3；F為匯水面積,hm2。

（2）考慮生物滯留帶的滲透,則計(jì)算公式為

式中:Vs為滲透設(shè)施的有效調(diào)蓄容積,m3；V為滲透設(shè)施進(jìn)水量,m3；Ws為滲透量,m3。

（3）滲透量按式（4）計(jì)算:

式中:Ws為滲透量,m3；a為綜合安全系數(shù),取0.50；K為土壤滲透系數(shù)（m/s）,取1×10-6m/s；J為水力坡度,一般取1；As為有效滲透面積（m2）,本工程為防護(hù)路基,僅允許垂直滲透；ts為滲透時(shí)間（s）,取2 h。

（4）生物滯留設(shè)施規(guī)模核算

云飛路車行道面積F1為134 941 m2,透水磚人行道面積F2為17 757 m2,人非混行道綠化帶凈面積F3為9 997 m2,中央綠化帶面積F4為14 023 m2。

V=10×24.6×（134 941×0.9+17 757×0.3+ 9 997×0.15+14 023×0.15）÷10 000=3 207 m3

設(shè)滯留帶有效水深為h,As等于人非混行道綠化帶凈面積F3。

Ws=0.5×1×10-6×1×As×2×3 600=0.003 6 F3

故h=（V-Ws）÷F3=V÷F3-0.003 6=0.317 2 m

由于《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中要求生物滯留設(shè)施的蓄水層深度應(yīng)根據(jù)植物的耐淹性能和土壤滲透性能確定,一般為200～300 mm[2],且下凹深度過深對(duì)行人及車輛存在一定安全隱患,故必須對(duì)滯留帶進(jìn)行拓寬。

將機(jī)非車道之間側(cè)分帶寬度由原來(lái)的2 m調(diào)整為3 m,縮小中央綠化帶,見圖5。在總寬和車道寬度不變的情況下即滿足蓄水深度的要求,也為施工提供便利空間。

圖5 調(diào)整后規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位:m）

調(diào)整后云飛路車行道面積F1為132 539 m2,透水磚人行道面積F2為17 743 m2,人非混行道綠化帶凈面積F3為16 167 m2,中央綠化帶面積F4為10 270 m2。經(jīng)計(jì)算蓄水深度h=0.21 m。

3.3.2 初期雨水棄流設(shè)施方案

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006, 2014版）,分流制排水系統(tǒng)調(diào)蓄量可取4～8 mm[5],本次設(shè)計(jì)按照8 mm選取。

根據(jù)寧波市年徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,當(dāng)調(diào)蓄量為8 mm時(shí),對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率約為40%。近30 a平均降雨量約1 455.5 mm,調(diào)蓄池年控制降雨量約582.2 mm,這部分初期雨水被調(diào)蓄池收集并排入污水管網(wǎng)。

通過對(duì)各出水口對(duì)應(yīng)的服務(wù)面積分區(qū)（見圖6）,計(jì)算得到調(diào)蓄池所需的容積及尺寸見表3。

圖6 排水分區(qū)圖

表3 調(diào)蓄池規(guī)格表

調(diào)蓄池平面布置和工作流程見圖7、圖8。

圖7 調(diào)蓄池平面布置圖

圖8 調(diào)蓄池工作流程圖

3.3.3 技術(shù)比選及方案確定（1）方案比選見表4。

表4 初期雨水污染處理技術(shù)比選表

4 海綿城市設(shè)計(jì)指標(biāo)復(fù)核

4.1 設(shè)計(jì)技術(shù)路線及大樣

（1）設(shè)計(jì)技術(shù)路線見圖9。

圖9 設(shè)計(jì)技術(shù)路線

（2）滯留帶大樣見圖10。

4.2 指標(biāo)復(fù)核

（1）綜合徑流系數(shù)計(jì)算見表5。

圖10 滯留帶節(jié)點(diǎn)大樣（單位:cm）

表5 綜合徑流系數(shù)計(jì)算表 m2

（2）海綿水量指標(biāo)復(fù)核見表6。

表6 海綿水量指標(biāo)復(fù)核表（控制指標(biāo)24.6 mm）

（3）海綿水質(zhì)指標(biāo)復(fù)核

最終排河雨水均通過復(fù)雜性生物滯留設(shè)施,根據(jù)《寧波市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》內(nèi)污染物去除率一項(xiàng),取復(fù)雜型生物滯留設(shè)施污染物去除率（以SS計(jì),%）為80%。核算數(shù)據(jù)見表7。

表7 海綿水質(zhì)指標(biāo)復(fù)核表

實(shí)際控制雨量計(jì)算公式為:

式中:Vs為滲透設(shè)施的有效調(diào)蓄容積,m3；F為匯水分區(qū)面積,m2；Ψ為綜合徑流系數(shù)。

實(shí)際控制率根據(jù)《寧波市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》中多年平均徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線對(duì)應(yīng)取值,見圖11。

（4）通過核算,各匯水分區(qū)滯留水量指標(biāo)均大于徑流總量,污染物去除率均大于控制指標(biāo)60%的要求,滿足海綿城市控制標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)指標(biāo)。

圖11 多年平均徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖[3]

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合海綿城市在寧波市姚江新城云飛路道路設(shè)計(jì)中的技術(shù)實(shí)踐,探討了對(duì)透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、調(diào)蓄池等技術(shù)選擇、利用和調(diào)整。立足于因地制宜、經(jīng)濟(jì)有效、方便易行原則,制定適用的技術(shù)路線和進(jìn)行有效的技術(shù)復(fù)核對(duì)城市道路海綿城市建設(shè)具有指導(dǎo)性意義。

[1]柯水平,張樹寧,白子建.基于“海綿城市”理念的城市道路設(shè)計(jì)探討[J].城市道橋與防洪,2016(10):1-4,6.

[2]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].2014.

[3]寧波市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì).寧波市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則(試行)[Z].2016.

[4]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集——城市道路—環(huán)保型道路路面[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2015.

[5]GB 50014-2006,室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

U412.37

B

1009-7716（2017）07-0087-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.026

2017-03-31

陶俊（1977-）,男,安徽蕪湖人,高級(jí)工程師,從事道路設(shè)計(jì)工作。