海綿城市理念在市政道路工程中的應用

張志強

(永升建設集團有限公司 克拉瑪依市 834000)

0 引言

隨著社會經濟的高速發展，城市化進程不斷加快，面臨的諸多問題也逐步呈現出來。現代城市被賦予了新的名詞：硬化，矗立的高樓大廈、寬闊的道路等一片繁榮景象都是我們曾經不斷追求并為之驕傲的。但繁榮景象的發展背后所帶來的問題不斷，如城市內澇問題不斷加重，超過一半的城市一直被內澇問題所困擾。造成的主要原因如下：

(1)填河還耕嚴重破壞了天然蓄水設施。

(2)城市老城區以往的排水系統無法滿足城市快速擴張發展的需要。

(3)城市地表不透水率的不斷增加，擴大了地表徑流量，無形地增加了排水管道的壓力，同時城市內澇現象也在不斷升級[1]。

隨著城市的不斷發展壯大，雨污水的排放壓力也在不斷加大，而且城市的缺水現象頻發，于是國家積極實施南水北調工程以解決目前的嚴峻形勢，以求緩解城市的用水壓力。

目前只通過管道排水已無法完全滿足城市排水的正常需求，海綿城市作為一種新型的調水蓄水和雨洪管理模式，正在逐步被推廣應用。所謂海綿城市即城市可以像海綿一樣通過吸水、蓄水、滲透、凈化等過程被收集起來，待用時再釋放出來加以利用[2]。國內的海綿城市理念是在2012年4月的“低碳城市與區域發展科技論壇”中被提到。自2013年底海綿城市理念由習總書記首次公開提出后，試點工程項目開始在全國范圍內逐步開展起來。

1 海綿城市設計思路

基于城市道路設計的海綿城市開發措施主要具有以下幾個原則：

(1)在城市開發建設過程中應最大程度地降低地表不透水率。

(2)嚴禁圍湖造田，并應最大程度地保護自然生態水系。

(3)利用雨水的滲透作用，適當增加雨水徑流時間，盡量降低由于地塊開發建設對周邊生態水系造成的影響。

(4)結合景觀綠化，在解決雨水問題的同時，又可以改善和美化城市生態景觀工程[3]。

結合海綿城市設計理念，可在路中綠化帶內設置卵石渠或強滲透管，或者通過設置植草淺溝或者雨水花園及時匯集并排除車行道路表積水；人行道鋪設材料可采用透水材料，表面層用透水磚，基層采用透水混凝土，此外人行道樹池可采用生態型樹池；道路紅線兩側可預留一定寬度的綠化帶通過設置雨水花園或者植草淺溝處理措施。匯集的雨水需經過末端凈化處理后方可排至附近河道內。

2 海綿城市在道路工程中的應用措施

2.1 合理設置綠化帶

一旦城市發生強降雨，原有排水管道的排水壓力急劇增加，使得大量雨水滯留路面，無法及時排出，造成城市洪澇災害頻發。將海綿城市理念融入到市政道路建設中，可通過加強對路內綠化帶的優化設計，最大限度地提高道路的綠化率，將綠化帶建設為一個天然的蓄水池，同時改善土壤的結構成分，使其充分具有良好的濾水效果，快速地將雨水進行收集、凈化并在需要時加以利用，防止了水資源的大量流失并確保了水資源的高效利用[4]。另外，綠化帶內可合理配置綠化植物，使其具有良好的景觀效果，充分發揮綠化帶的作用。

2.2 合理運用道路路面材料

城市市政道路施工在海綿城市的理念下對于路面材料的應用有一定要求，必須要選擇符合海綿城市理念應用的材料，使雨水的滲透效果有顯著提升。大體上說，城市市政道路對于路面材料的選擇，不單單是選取雨水的滲透效果，還要與道路的實際交通功能結合采取相應的選擇，以便在道路施工修建完成后能夠確保路面承受日常交通壓力強度[5]。比如，有些市政道路的人行道，日常交通中重載車輛不會在其上行駛，那么就可以將它路面上所需材料換成透水性較強的透水磚，然后選些碎石鋪在下層，就形成了多孔的道路結構，從而提高雨水的下滲效果，而且還能讓行人安全通過；然而對于那些交通壓力較大的路面，就要選取相應的如透水瀝青作為路面材料，所以我們應該依據不同的道路狀況選擇與之相符的路面材料進行應用。

2.3 合理運用下沉式綠地

為了將海綿城市理念在市政道路建設過程中完美體現，那就要我們在道路設計時合理地采用下沉式綠地的功能，這樣不僅能對雨水的收集能力有顯著提升，還能有效地減少雨水過多的在低洼路面積蓄[6]。然而我們在對下沉式綠地結構的實際應用過程中，一定要采取嚴謹合理的科學計算，方能確保顯著的雨水匯聚效果，當然綠地下沉位置的合理選擇不僅能夠滿足其內植物的生存生長環境，還能幫助我們提升道路的審美效果。

2.4 合理運用植草溝

現如今在市政道路建設中采用海綿城市理念，還要提高植草溝的合理化應用，不僅能確保植草溝能有效地調度水源，而且能夠提高市政道路工程的綠化審美效果。此外在采用海綿城市理念進行市政道路工程施工建設時，道路紅線兩側的濕地公園或者雨水花園通過種植抗澇性良好的植物不僅實現了海綿城市理念建設，還增強了城市的綠化效果。

2.5 生物滯留設施

在海綿城市理念的廣泛應用中，我們在那些地勢低洼的地方種植相應的植物、微生物設施來將雨水滲透與凈化，稱之為生物滯留設施，生物滯留設施也是海綿城市理念中一個相當重要的應用。把生物滯留區安置在小區道路兩旁，通常是用在雨水流向污染比較嚴重的地方，合理地利用植草溝和沉淀池將雨水進行處理，把一部分較大的污染物顆粒濾出，用來減少甚至避免道路兩邊植物的污染[7]。伴隨海綿城市的推廣應用，生物滯留設施在城市道路中的采用頻率也在不斷提升，大部分應用形式是結合與之相符的景觀植物來降低生產建設成本等。

3 應用案例分析

3.1 工程概況

某城市次干路，道路全長2.6km，道路紅線寬30m，橫斷面為三塊板形式，路拱橫坡為1.5%，機動車道和非機動車道路面用瀝青混凝土鋪筑，人行道采用透水磚鋪砌。雨水重現期為3A，綜合徑流系數為0.6。用海綿城市-低影響開發雨水系統對該道路進行設計，標準橫斷面設計圖如圖1所示。

圖1 道路標準橫斷面設計圖

3.2 設計措施

3.2.1透水性瀝青路面

我們通常說的透水瀝青混凝土，是一種含較大孔隙率的斷級配瀝青混凝土，其結構特點是粗顆粒集料彼此緊密相連，細集料較少，混凝土的空隙率較大(一般大于20%)。其結構示意圖如圖2所示。

圖2 透水性瀝青路面結構示意圖

圖2是一個簡易的透水性路面結構示意圖，選擇路床滲透+管道排水型作為透水性瀝青路面雨水處理形式，如果雨水滴落到透水性路面上會直接從路面上的孔隙中下滲，雨水通過基層與墊層后就下滲到土中，與地下水匯集到一起。如遇強降水時，雨水可透過基層底的溝槽與管網系統流入貯水池或者旁邊河道溝渠，用來灌溉農田草木。透水性路面與常見的不透水瀝青路面、排水路面存在很大不同，排水路面僅僅是面層可以浸透雨水，然后通過不透水基層斷面的橫坡匯入到排水管網中，然而透水性路面不僅可以直接快速地排出路表的積水，還能夠在需要時合理利用這些雨水，節約了水資源，所以在國家的極力倡導下海綿城市的建設有著廣闊的應用發展空間。

由于水進入路面結構內會引起透水性路面的路面整體結構的承壓功能下降，所以，對于路面承壓功能要求較小的輕交通量場合主要采用的是透水性瀝青路面，比如小區內的道路設施、城市支路、學校操場、風景游覽區等。考慮到本項目的交通量比較大，并且地質狀況一般，普通不透水瀝青路面應用到機動車道中，非機動車道則采用透水性瀝青路面，其他項目路面鋪設可以結合當地的地質狀況、交通等級、氣象氣溫條件等情況來決定機動車道中是否采用透水性瀝青路面。

透水性瀝青混凝土與密實結構相比較，其結構大孔隙的開放，這樣對道路的使用性能極為不利，因此，耐久性是透水性混凝土是否成功的關鍵所在，耐久性有兩方面：一是結構的耐久性，這是因為路面結構強度在它較大的孔隙率下受到一定程度的影響；二是功能的耐久性，這主要因為路表污染物堵塞路面造成孔隙率下降，喪失了它原本的功能。可以通過合理級配和應用高粘改性瀝青等措施有效解決結構耐久性問題，做好以下工作可以對孔隙堵塞問題及早預防和養護：

(1)采用空隙率至少20%和最大公稱粒徑較大的瀝青混凝土，這樣做可長時間保持較高水平水傳導性。

(2)避開使用特殊形狀的集料，如果用聚合物改性瀝青及纖維時，應避免纖維用量超過瀝青用量的0.3%。

(3)不透水的路面封層鋪設在路肩及無交通的車道上，用來解決它堵塞嚴重的問題。

(4)清洗路面時采用專門開發的高壓沖洗車。

3.2.2人行道透水鋪裝

本項目人行道結構采用透水磚和透水水泥混凝土進行透水鋪裝(如圖3所示)，透水面層、透水找平層、透水基層、透水底基層和土基是本項目的典型結構特點，透水鋪裝結構要遵循《透水磚路面技術規程》(CJJ/T188)的規定。

圖3 透水人行道鋪裝

3.2.3植草溝

種有綠植的地面溝渠，可以收集、輸送和排放徑流的雨水，并且有一定凈化雨水的功能，可用來連接其他城市雨水管渠系統、各個單項設備設施和超標雨水徑流排放系統，稱之為植草溝[8]，如圖4所示。除了轉輸型植草溝，還有常有水的濕式和滲透型的干式之分，它們可分別提升徑流污染控制效果和高徑流總量。本項目人行道兩側分別設置一道植草溝，其邊坡坡度一般不超過1∶3，縱坡不宜超過4%。若道路縱坡較大，可以將植草溝布置為階梯式，也可以設置效能臺階。

圖4 植草溝示意圖

3.2.4下沉式綠地

狹義的下沉式綠地(如圖5所示)應符合如下條件：

圖5 狹義的下沉式綠地典型構造示意圖

(1)下凹深度一般應在10～20cm之間，可按照植物的耐淹程度及滲透能力確定具體深度。

(2)綠地內應設置一定規模的溢流口，以匯集并排放從路面流向下沉式綠地的徑流水，并最終匯入市政管網中，結合本項目道路斷面，分別將側分帶設置為下沉式綠化帶。

4 結束語

合理利用海綿城市技術能實現經濟、社會及環境效益的整體優化。實際應用中我們應結合具體工程的地質條件，在下沉式綠地、滲透塘、地蓄水池、生物滯留設施、滲管/渠、透水鋪裝、植被緩沖帶等技術中綜合選擇并合理利用，以便達到城市道路海綿城市建設的期望目標，形成可借鑒、可復制的海綿城市建設經驗總結，推動海綿城市在南方地區乃至全國范圍內推廣運用。