基于低影響開(kāi)發(fā)(LID)的市政道路設(shè)計(jì)研究

陳彥瑾

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司）

1 引言

目前，我國(guó)很多城市存在缺水、徑流污染、內(nèi)澇等問(wèn)題，面對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，推出了“海綿城市”建設(shè)理念[1]。為了盡可能降低對(duì)海綿城市建設(shè)的影響，低影響開(kāi)發(fā)（LID）建設(shè)方法在市場(chǎng)道路建設(shè)中誕生。該項(xiàng)建設(shè)方法不僅具有較強(qiáng)的雨水緩排作用，而且設(shè)計(jì)較為靈活，可以根據(jù)市政道路雨水滯留需求，調(diào)整容量等相關(guān)數(shù)值[2]。目前，LID 開(kāi)發(fā)方法在很多城市市政道路建設(shè)中廣泛應(yīng)用。

圖1 強(qiáng)降雨控制原理

2 道路雨水收集滯留帶原理

雨水收集滯留帶作為市政道路建設(shè)的重要組成部分，支持低強(qiáng)度降雨控制和高強(qiáng)度降雨控制。其中，低強(qiáng)度降雨控制，通過(guò)布設(shè)沉沙井，完成雨水箅溢控制，即雨水流過(guò)路緣石進(jìn)入沉沙井，而后轉(zhuǎn)入卵石區(qū)，沿著滯留帶雨水排放方向，最終流入綠植區(qū)域，雨水被綠植吸收，部分雨水滲入綠植區(qū)域土層下，大大提高了雨水利用率[3]。除此之外，未能滲入土層的雨水將通過(guò)管理系統(tǒng)匯入盲管，采取統(tǒng)一排放處理。關(guān)于強(qiáng)降雨控制，原理如圖1 所示。

通過(guò)構(gòu)建雨水收集系統(tǒng)，完成雨水收集滯留處理。此項(xiàng)處理方法雨水處理渠道更多一些，分別車(chē)行道雨水排放、人行道雨水排放、雨水收集滯留控制系統(tǒng)3 部分。其中，車(chē)行道雨水排放與低強(qiáng)度排放方式相似，均通過(guò)沉沙井進(jìn)行處理。人行道排放處理，通過(guò)鋪設(shè)透水設(shè)施，令雨水下滲到人行道土層，以存儲(chǔ)部分雨水。雨水控制系統(tǒng)是在過(guò)濾層、種植土層分別埋下盲管，利用這些管道排放剩余雨水。

目前，很多城市面臨著雨季排水難問(wèn)題，應(yīng)用強(qiáng)降雨控制方案較多，通過(guò)修建雨水收集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雨水收集滯留處理，以此提高雨水利用率[4-5]。關(guān)于此項(xiàng)工程的開(kāi)展需要根據(jù)生物滯留帶寬度計(jì)算結(jié)果，結(jié)合控制需求，最終確定最佳雨水滯留附屬設(shè)備作業(yè)參數(shù)。

3 市政道路設(shè)計(jì)

3.1 雨水收集滯留帶設(shè)計(jì)

1）縱向設(shè)計(jì)

考慮到部分市政道路修建環(huán)境特殊，所處地區(qū)縱坡較大，為了有效收集雨水，采用階梯布設(shè)方法設(shè)計(jì)縱向滯留帶。其中，蓄水池高度設(shè)定為20cm，建立滯留帶與道路坡度之間關(guān)系，依據(jù)道路坡度大小，確定滯留帶參數(shù)數(shù)值。當(dāng)坡度數(shù)值位于2%～7%之間時(shí)，修建階梯狀滯留帶。當(dāng)此參數(shù)低于下限值時(shí)，以相同道路坡度作為滯留帶坡度。當(dāng)此參數(shù)高于上限值時(shí)，雨水隨著坡度的增加流速變大，面對(duì)此類(lèi)情況，在此處植入綠化帶，以此緩解高速雨水排放，同時(shí)還可以達(dá)到市政道路綠化的目的。按照坡度不同，設(shè)定1%作為坡度差，隨著坡度的增加，滯留帶坡度逐漸增加，但是增加速度比較緩慢，且數(shù)值變化較慢，各級(jí)滯留帶長(zhǎng)度逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)路面坡度達(dá)到4%時(shí)，此參數(shù)穩(wěn)定在5m，不在隨著坡度的增加而減小。

2）豎向設(shè)計(jì)

市政道路滯留帶深度參數(shù)最小值為5 項(xiàng)指標(biāo)累加之和，分別是超高，持水區(qū)最大值與雨水豁口之間的高度差值，取值10cm；礫石層厚度，設(shè)定直徑范圍18mm ～30mm，厚度數(shù)值為28cm；砂濾層厚度，選取中粗砂作為施工材料，設(shè)定參數(shù)數(shù)值為10cm；種植土最小數(shù)值，依據(jù)植物草本、喬木等多種類(lèi)型植株對(duì)土壤生長(zhǎng)需求的最小值，設(shè)定種植土壤深度數(shù)值。以上參數(shù)之和為滯留帶豎向深度設(shè)置數(shù)值。

3）容量設(shè)計(jì)

為了打造海綿城市，需要合理控制徑流。此控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)計(jì)算容量數(shù)值，設(shè)計(jì)滯留帶容量參數(shù)得以完成。首先，收集與滯留帶直接接觸的降雨面積、從外部匯入滯留帶的雨水面積、徑流系數(shù)、目標(biāo)降雨量、單位進(jìn)水量5 項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值，采用容積法計(jì)算調(diào)蓄量。其次，應(yīng)扣除的滯留帶滲水量。關(guān)于此參數(shù)的計(jì)算，依據(jù)大西定律下的滲透量、調(diào)蓄容積進(jìn)行計(jì)算，最終獲取容量參數(shù)，將該數(shù)值設(shè)定為滯留帶容量。

3.2 附屬設(shè)施設(shè)計(jì)

1）透水盲管布設(shè)

市政道路部分地區(qū)土壤滲透能力薄弱，本研究在此區(qū)域內(nèi)布設(shè)透水盲管，選取300g/m2規(guī)格設(shè)備作為布設(shè)材料，設(shè)定直徑為DN200。在工程實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)市政道路實(shí)際情況布設(shè)盲管，控制環(huán)剛度，不得低于4kN/m2。為了進(jìn)一步提高透水盲管布設(shè)水平，在設(shè)計(jì)階段，分析設(shè)備材料特性，根據(jù)土壤滲透能力大小，設(shè)置控制環(huán)剛度數(shù)值。通常情況下，利用智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備采集土壤滲透相關(guān)數(shù)值，經(jīng)過(guò)計(jì)算得知滲透能力大小，從而為設(shè)備剛度數(shù)值確定提供參考依據(jù)。

2）防滲漏設(shè)計(jì)

考慮到車(chē)行道路基與透水磚之間存在雨水滲漏情況，為了有效防止雨水滲漏，本研究采取防滲處理方法，敷設(shè)半包形式防滲膜，填方段尺寸大小約為6m，超過(guò)6m 處采用全包形式布設(shè)防滲膜。通常情況下，設(shè)定防滲膜尺寸大小為400g/m2，耐靜水壓數(shù)值大小為0.4MPa，頂破強(qiáng)力不低于1.4kPa，膜斷裂強(qiáng)度高于8.2kN/m?？紤]到不同道路雨水滲透情況不同，為了充分發(fā)揮防滲漏布設(shè)方案作用，本研究通過(guò)計(jì)算靜水壓、頂破強(qiáng)力等相關(guān)參數(shù)，綜合分析不同地段防滲漏需求，合理設(shè)置相關(guān)參數(shù)。另外，在全包形式和半包形式選取上，設(shè)定調(diào)整范圍在5 ～6m 之間，根據(jù)實(shí)際情況靈活選取布設(shè)方式。例如，在雨水滲透較為嚴(yán)重區(qū)域，以5m作為臨界點(diǎn)，超過(guò)此限定值部分，皆采用全包形式處理。

3）沉沙井布設(shè)

在雨水豁口處設(shè)置沉沙井，在其周邊布設(shè)卵石，當(dāng)未能滲入土層的雨水流經(jīng)此處時(shí)，形成緩沖，均勻布設(shè)在溢流處理區(qū)域內(nèi)，起到了很好的雨水溢流處理作用。其中，蓄水層設(shè)置參數(shù)范圍-0.35m ～-0.15m，雨水引流槽距離地表面0.05m。由于地區(qū)自然環(huán)境原因，存在不同程度的降雨情況，當(dāng)降雨量較大時(shí)，對(duì)雨水豁口處的雨水緩沖能力要求較大。所以，需要加強(qiáng)其周?chē)咽牟荚O(shè)，合理控制卵石中間縫隙，從而起到良好的緩沖作用。另外，對(duì)于溢流出的雨水除了修建引流槽，使其流入指定區(qū)域內(nèi)，還應(yīng)該設(shè)計(jì)雨水處理裝置，充分利用水資源。所以，沉沙井的布設(shè)還應(yīng)該添加蓄水池結(jié)構(gòu)。

4）溢流雨水口布設(shè)

修建市政道路時(shí)，還需要布設(shè)溢流雨水口，用于處理雨水溢流問(wèn)題，從而避免雨水過(guò)大影響市政道路車(chē)輛通行。該布設(shè)方案設(shè)定各個(gè)溢流雨處理點(diǎn)之間的間距為30m，在設(shè)定點(diǎn)左側(cè)和右側(cè)布設(shè)雨水溢流口，布設(shè)設(shè)備為井蓋，用于實(shí)施檢測(cè)雨水。如果處理點(diǎn)未布設(shè)井蓋，那么在此處新建一個(gè)檢查井，并為其布設(shè)井蓋，以備雨水檢查使用。為了避免路面出現(xiàn)雨水溢流問(wèn)題，在溢流口水平面上修建蓄水層，保證兩者處于同一水平位置處，根據(jù)市政道路雨水排放控制需求，實(shí)時(shí)調(diào)整溢水位標(biāo)高。除此之外，還可以采用引流裝置，將溢出的雨水引入蓄水層。

5）管網(wǎng)防水方法

為了避免滯留帶管網(wǎng)滲漏，本研究選取塑料作為檢查材料，檢查各個(gè)設(shè)備之間是否存在連接密封不徹底問(wèn)題。與此同時(shí)，在電纜護(hù)管里連接位置采取密封處理，經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)誤方可投入使用?？紤]到傳統(tǒng)的人工檢驗(yàn)方式可能存在疏漏，無(wú)法檢測(cè)到部分管網(wǎng)滲漏問(wèn)題，本文建議采用智能化檢測(cè)裝置，對(duì)管網(wǎng)各個(gè)區(qū)域是否存在滲漏情況進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)觀察檢測(cè)數(shù)據(jù)，獲取管道滲漏情報(bào)信息。根據(jù)坐標(biāo)定位信息，確定管道滲漏位置，立即采取維修管理。另外，綜合管網(wǎng)建筑物較為特殊，對(duì)管網(wǎng)防水要求較高，本研究以11J201 柔性防水屋面處理方法作為參考依據(jù)，制定高等級(jí)防水處理方案。該方案在設(shè)備外側(cè)涂膜防水，并調(diào)整瀝青涂料結(jié)構(gòu)，使其具備高效防水作用。

表1 市政道路雨水滯留帶調(diào)蓄能力檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4 市政道路施工檢驗(yàn)

以某市政工程為例，采用上述設(shè)計(jì)的市政道路建設(shè)方案，完成項(xiàng)目主干路和支路道路施工，通過(guò)計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)數(shù)值，對(duì)比實(shí)際參數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值差異，判斷本設(shè)計(jì)方案是否滿(mǎn)足海綿城市建設(shè)理念下的市政道路建設(shè)要求。如表1 所示為市政道路雨水滯留帶調(diào)蓄能力檢驗(yàn)結(jié)果。

表1 中統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：

①V實(shí)＞Vs，由此可以判斷，本文設(shè)計(jì)的雨水收集滯留帶施工方案可以起到很好的雨水徑流控制作用，能夠有效控制80%左右的徑流，有助于海綿城市建設(shè)。

③ t0= 5.55h， 滿(mǎn)足雨水緩排處理要求，解決了道路蓄水對(duì)植物生長(zhǎng)造成的影響。

綜上分析，采用LID 技術(shù)設(shè)計(jì)的雨水收集控制滯留帶建設(shè)滿(mǎn)足市政道路建設(shè)要求，大大提高了雨水利用率，解決了部分城市雨水不足、雨水過(guò)多問(wèn)題，有助于打造海綿城市工作的開(kāi)展。

5 結(jié)語(yǔ)

采用LID 開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)市政道路滯留帶進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而達(dá)到創(chuàng)建海綿城市目的。通過(guò)分析滯留帶工作原理，提出市政道路雨水收集滯留帶設(shè)計(jì)研究，并為其添加附屬設(shè)施，包括透水盲管、防滲裝置、沉沙井、溢流雨水口布設(shè)，并設(shè)計(jì)管網(wǎng)防水方案。檢驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案符合海綿城市建設(shè)要求。