海綿城市在廣州南沙地區(qū)市政工程設(shè)計中的應(yīng)用

蔣少稀

（廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東 廣州 510010）

0 引言

海綿城市是新一代城市雨洪管理概念[1]，是指城市在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對雨水帶來的自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，也可稱之為“水彈性城市”，國際通用術(shù)語為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建”。顧名思義，在城市開發(fā)的設(shè)計、施工、管理過程中，追求對環(huán)境影響的最小化，特別是雨洪資源和分布格局影響的最小化。下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。

傳統(tǒng)市政道路車行道、人行道和非機(jī)動車道多采用不透水路面結(jié)構(gòu)，路面雨水通過雨水口匯入市政管網(wǎng)，雨水滲透能力差，局部節(jié)點積水嚴(yán)重，使市政道路的使用舒適性變差，并引起溫室效應(yīng)及城市熱島效應(yīng)。如將市政道路進(jìn)行海綿化，不僅能減小市政道路整體的徑流系數(shù)，降低瞬時雨量過大造成的路面積水，還能通過道路綠化及相應(yīng)的水處理措施對雨水進(jìn)行凈化，并將多余的雨水存儲起來回收利用。這種做法充分體現(xiàn)了海綿城市建設(shè)的“滲、滯、凈、蓄”的生態(tài)雨洪管理理念，同時也是為海綿城市建設(shè)的重要組成部分。

1 我國海綿城市的發(fā)展歷程及思路

近年來，我國北京、上海、深圳、武漢、杭州和南昌等多個城市頻繁出現(xiàn)城市內(nèi)澇，且受災(zāi)城市數(shù)量、規(guī)模、經(jīng)濟(jì)損失程度和人員死傷均呈顯著上升的態(tài)勢。為有效應(yīng)對城市內(nèi)澇的高發(fā)態(tài)勢，逐步削減城市雨洪風(fēng)險，國務(wù)院辦公廳、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部和財政部等部門自2010年開始，逐步通過頂層政策設(shè)計，要求地方加強(qiáng)城市雨洪管理、改善城市排水能力和構(gòu)建有中國特色的海綿城市體。2014年11月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于印發(fā)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)的通知建城函〔2014〕275 號》[2]，對于強(qiáng)化地方開展海綿建設(shè)的工程技術(shù)能力起到關(guān)鍵性作用。2016年，我國分兩批優(yōu)選了30個海綿試點城市。

海綿城市建設(shè)是通過低影響開發(fā)（Low Impact Development，簡稱LID）的技術(shù)實現(xiàn)的。低影響開發(fā)是在開發(fā)過程的設(shè)計、施工、管理中，追求對環(huán)境影響的最小化，即最小程度地改變原有的地面徑流系數(shù)。傳統(tǒng)的開發(fā)模式大多對原地表進(jìn)行硬化，會增加地表的徑流系數(shù)，而海綿城市的開發(fā)與之相反，通過設(shè)置更多的綠地及相應(yīng)的設(shè)施來減緩地表徑流，減少雨洪的產(chǎn)生（見圖1）。

圖1 開發(fā)模式比較圖

天然雨水降落到地面時，在市政道路范圍內(nèi)首先接觸到的是路面結(jié)構(gòu)和綠化地，然后部分滲入土體，部分通過下凹式綠地存儲，多余的雨水則通過市政管網(wǎng)排入河涌。海綿城市的具體水處理流程如圖2所示。

圖2 海綿城市水處理系統(tǒng)流程圖

從雨水徑流管理的角度出發(fā)，將“海綿”理念及措施應(yīng)用于城市道路，需綜合考慮道路結(jié)構(gòu)類型與斷面形式、道路坡度與坡向、道路周邊場地開發(fā)強(qiáng)度及可利用開放空間大小等因素，以達(dá)到削峰、減排，緩解城市內(nèi)澇壓力，改善景觀和生態(tài)環(huán)境等多重目標(biāo)。同時，市政道路海綿化還具備凈化初雨污染，提高雨水利用效率等優(yōu)點。

2 廣州南沙地區(qū)的海綿城市設(shè)計建議

廣州南沙區(qū)位于廣州市最南端，地處珠江出海口和大珠江三角洲地理幾何中心，是珠江流域通向海洋的通道，連接珠江口岸城市群的樞紐。南沙區(qū)域?qū)儆谀蟻啛釒Ъ撅L(fēng)性海洋氣候，年降雨量1 646.9 mm，降雨頻繁，瞬時雨量較大。根據(jù)南沙地區(qū)的地質(zhì)勘查報告，南沙地區(qū)處于珠江入海口，土壤中鹽分較高，從上至下地質(zhì)組成普遍為素填土、淤泥和粉質(zhì)粘土，其中淤泥平均厚15～30 m，外部雨水滲透較弱，地下水位較高。對于海綿城市概念中的“滲、滯、蓄、凈、用、排”[3]目的，南沙地區(qū)市政道路范圍主要能達(dá)到滲、滯、凈、排四個目的。針對南沙地區(qū)的地質(zhì)情況，本文從以下幾方面考慮市政道路的海綿城市設(shè)計。

2.1 橫斷面及側(cè)石設(shè)計

市政道路是海綿城市的載體之一，路面雨水通過相關(guān)設(shè)施將雨水凈化后引入綠化帶下滲排出，多余的雨水通過溢流口排入市政管網(wǎng)，因此，在道路的橫斷面布置中，需要預(yù)留一定寬度的綠化設(shè)施帶作為雨水下滲和設(shè)置溢流口的空間。現(xiàn)南沙區(qū)市政道路按道路等級主要有60、50、40、30、20 m寬的道路，對于30 m及以下寬度的道路，一般只在道路兩側(cè)對稱布置1.5 m寬的側(cè)綠化帶，綠化帶寬度較窄，無法布置雨水下凹式綠地[4]；對于40 m及以上寬度的道路，建議路側(cè)綠化帶寬度不小于2.5 m，以便于下凹式綠地和溢流式雨水口的布設(shè)。當(dāng)?shù)缆穬蓚?cè)規(guī)劃為綠地時，可以結(jié)合綠地和道路共同構(gòu)建海綿系統(tǒng)，優(yōu)化道路橫斷面布置。

車行道路面雨水橫向通過道路橫坡進(jìn)行排水，以減少路面附著雨水，保證行車路面的摩擦力，利于行車安全。為配合道路橫向排水，可對車行道外側(cè)的側(cè)石進(jìn)行開口處理，以增加路面雨水橫向排放速度（見圖3）。

圖3 路面雨水排放示意圖

2.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

城市道路路面結(jié)構(gòu)分為車行道路面結(jié)構(gòu)、非機(jī)動車道路面結(jié)構(gòu)和人行道路面結(jié)構(gòu)三種，為達(dá)到海綿城市的效果，均需要設(shè)置為透水性路面結(jié)構(gòu)。但南沙地區(qū)軟土深厚，實際工后不均勻沉降大，且貨運(yùn)車流量較大，路面損壞可能性高，對透水路面結(jié)構(gòu)的排水層損壞程度高，進(jìn)而影響其排水功能。因此對于承受較大荷載的車行道路面，不建議采用透水路面結(jié)構(gòu)。

人行道路面和非機(jī)動車道路面結(jié)構(gòu)采用透水性結(jié)構(gòu)設(shè)計[5]，在基層下設(shè)置防水層，以防止雨水下滲至路基，影響路基穩(wěn)定性。雨水通過路面結(jié)構(gòu)的孔隙下滲至基層頂面，再透過道路橫坡排至縱向軟管，最終匯入市政管網(wǎng)系統(tǒng)。透水路面能使路表雨水及時下滲，避免路面積水。同時，透水路面結(jié)構(gòu)能通過材料的孔隙，過濾部分固體污染物，降低最終匯入雨水管網(wǎng)雨水的污染程度，達(dá)到海綿城市倡導(dǎo)的“凈”的作用。

2.3 綠化帶設(shè)計

綠化帶盡量采用下凹式布置，在其中設(shè)置溢流式雨水口，路面雨水穿過路緣石后，首先滲透至地下，補(bǔ)充土壤水分，過量雨水可通過雨水口溢流至排水系統(tǒng)。

市政道路中的綠化設(shè)計應(yīng)在考慮道路周邊地塊定位等要素的前提下，選擇符合種植區(qū)域觀賞效果和社會效益的樹種，滿足不同時期內(nèi)種植區(qū)域的觀賞性，促進(jìn)與周圍環(huán)境的相互協(xié)調(diào)，滿足城市建設(shè)的整體需求。

考慮到海綿城市的建設(shè)采用LID技術(shù)，建議綠化種植土盡量以原始土壤為主，原始土壤的PH值為6.0～8.5，含鹽量應(yīng)小于0.1%，有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)大于2.5%。南沙地區(qū)近海，現(xiàn)狀土壤偏堿性，滲透性低，對于灌木及地被種植區(qū)域可在保證綠化所需種植土厚度的前提下，下層換用滲透性良好的土壤，減少植物長期被雨水浸泡的情況；同時綠化樹種應(yīng)選用耐水性、耐堿性和耐沖刷較好的植物，以保證樹木的存活率。地被應(yīng)采用帶有自凈化功能的物種，能吸收污水中的重金屬，緩解浸水所帶來的臭水情況。

3 桂閣大道海綿城市設(shè)計

桂閣大道位于廣州市南沙區(qū)大崗鎮(zhèn)，規(guī)劃定位為城市主干路，其功能為南沙西部組團(tuán)及黃閣片區(qū)之間的重要交通性主干道，與廣中江高速、東新高速、廣珠東線等道路組成路網(wǎng)，加強(qiáng)南沙地區(qū)的交通聯(lián)系，是南沙區(qū)的重要道路。桂閣大道規(guī)劃紅線寬度為60 m，雙向8車道，設(shè)計行車速度60 km/h，路線總長5.881 km。其斷面組成具體為：

4.5 m（人行道、含1.5 m樹穴）+2.5 m（非機(jī)動車道）+3.5m（側(cè)綠化帶）+15.5 m（機(jī)動車道）+8.0 m（中央綠化分隔帶）+15.5 m（機(jī)動車道）+3.5 m（路側(cè)綠化帶）+2.5 m（非機(jī)動車道）+4.5 m（人行道、含1.5 m 樹穴）=60 m（見圖 4）。

桂閣大道海綿城市設(shè)計主要從路面結(jié)構(gòu)、側(cè)石和綠化帶等方面考慮，因中央綠化帶下設(shè)有220 kV電力管溝，故不考慮中央綠化帶下設(shè)置海綿城市設(shè)施。

3.1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

桂閣大道人行道采用透水人行道磚+透水混凝土基層結(jié)構(gòu)，非機(jī)動車道則采用彩色透水瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)+透水混凝土基層結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)層底面設(shè)置10 cm厚排水碎石墊層.人行道和非機(jī)動車道等厚布置，在路基頂面鋪設(shè)聚乙烯復(fù)合土工膜進(jìn)行防水,并于碎石墊層中設(shè)置縱向軟管進(jìn)行收水（見圖 5）。

圖5 人行道和非機(jī)動車道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計圖（單位：cm）

3.2 道路側(cè)石設(shè)計

車行道路面雨水沿道路橫坡向路側(cè)進(jìn)行排放，本項目采用的路側(cè)矮側(cè)石標(biāo)準(zhǔn)段長1 m，在側(cè)石中央開孔，尺寸為200 mm×70 mm，開孔朝下傾斜3.3%，便于路面雨水向側(cè)綠化帶排放。側(cè)石后布設(shè)碎石層，以減少雨水對綠化帶中土壤的沖刷（見圖 6）。

圖6 側(cè)石立、側(cè)面圖（單位：mm）

圖4 桂閣大道標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：m）

3.3 下凹式綠地設(shè)計

桂閣大道側(cè)綠化帶寬3.5 m，為下凹式綠地的設(shè)置提供了較好的條件。下凹式綠地是雨水匯集區(qū)域，雨水通過下滲至縱向軟管中排出，多余的雨水則通過溢流式雨水口排入市政管網(wǎng)。因本項目側(cè)綠化帶較寬，設(shè)計時將靠近非機(jī)動車道側(cè)的1.05 m作為行道樹的種植區(qū)域，靠車行道側(cè)2 m作為下凹式綠地布置區(qū)域。下凹式綠地低于側(cè)石頂面15 cm，考慮南沙地區(qū)土體滲透性差，從上至下依次設(shè)置為綠化種植土、粗砂、石子和礫石以增加土體的透水性，底部設(shè)置DN160 mm縱向軟管將雨水引入雨水井，最終匯入市政雨水管網(wǎng)。溢流式雨水口設(shè)置在雨水井正上方，由雙篦組成，高出周邊土體10 cm，雨水口周邊布置碎石層，防止雜物堵塞雨水口，影響排水功能（見圖7、圖8）。

圖7 下凹式綠地斷面圖（單位：cm）

圖8 下凹式綠地平面布置圖（單位：cm）

4 結(jié)語

海綿城市的設(shè)計不能一概而論，應(yīng)根據(jù)各地區(qū)的氣候、地質(zhì)等實際情況，采取適合當(dāng)?shù)氐木唧w措施。廣州南沙地區(qū)年降雨量大，多陣雨，且淤泥層厚、土壤滲透性差，地下水儲存豐富，因此南沙地區(qū)市政道路范圍內(nèi)海綿城市設(shè)計主要能達(dá)成“滲、滯、凈、排”四個目的。本文以南沙桂閣大道為實際工程依托，具體介紹了其路面結(jié)構(gòu)、側(cè)石和下凹式綠地設(shè)計內(nèi)容，為廣州南沙地區(qū)之后的市政道路海綿城市設(shè)計提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒宇，許乙青，邱燦紅.南方多雨地區(qū)海綿城市建設(shè)研究——以湖南省寧鄉(xiāng)縣為例[J].經(jīng)濟(jì)地理，2015,35（9）：65-71.

[2]住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于印發(fā)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)的通知[建城函〔2014〕275號][Z].2016.

[3]錢勍，曾英.海綿城市在市政工程設(shè)計中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2017（6）：223-224.

[4]廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州市市政工程研究總院.廣州市海綿城市建設(shè)技術(shù)指引及標(biāo)準(zhǔn)圖集[Z].2016.

[5]DG/TJ 08-2074—2010，道路排水性瀝青路面技術(shù)規(guī)范[S].