海綿城市理念在市政道路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

■ 萍鄉(xiāng)市規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院 劉劍峰

海綿城市，是新一代城市雨洪管理概念，是推動(dòng)綠色建筑建設(shè)、低碳城市發(fā)展、智慧城市形成的創(chuàng)新表現(xiàn)，是新時(shí)代特色背景下現(xiàn)代綠色新技術(shù)與社會(huì)、環(huán)境、人文等多種因素的有機(jī)結(jié)合。本文以海綿城市理念為研究對(duì)象，闡述其定義及特質(zhì)，分析其對(duì)于城市項(xiàng)目建設(shè)的重要性，并結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)該理念下市政道路工程的設(shè)計(jì)展開探討，涉及道路、綠化帶、附屬設(shè)施及排水系統(tǒng)等方面內(nèi)容，以期提升設(shè)計(jì)人員對(duì)海綿城市理念的重視程度，從而更好地改善城市的自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和水資源狀況，提高新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量，促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展。

海綿城市的內(nèi)在含義

海綿城市的理念

隨著我國城鎮(zhèn)化程度的不斷提高，由于前期排水等規(guī)劃設(shè)計(jì)不盡合理，自然災(zāi)害尤其是洪澇災(zāi)害對(duì)高度現(xiàn)代化的城市影響越來越大。許多城市一經(jīng)暴雨便會(huì)形成“街中河”“城中湖”等現(xiàn)象。為了解決城市內(nèi)澇嚴(yán)重的問題，相關(guān)設(shè)計(jì)專家提出了海綿城市的設(shè)計(jì)理念。海綿城市是指將城市變得像“海綿”一樣，能極好地應(yīng)對(duì)氣候變化，尤其是應(yīng)對(duì)雨水帶來的災(zāi)害，降雨時(shí)能吸水蓄水，而城市干旱嚴(yán)重時(shí)就能將所儲(chǔ)存的水及時(shí)釋放[1]，在一定程度上減少自然災(zāi)害造成的損失，提升城市整體的生態(tài)調(diào)節(jié)能力。

海綿城市的特質(zhì)

海綿城市在其建設(shè)過程中應(yīng)當(dāng)遵循因地制宜、生態(tài)優(yōu)先等原則，以削減城市徑流污染負(fù)荷、內(nèi)澇防治為目標(biāo)，將人工措施與自然途徑合理地結(jié)合起來，統(tǒng)籌各方面的知識(shí)與力量，在保證城市建設(shè)安全和保留城市原有自然資源的前提下，最大程度地發(fā)揮海綿城市系統(tǒng)的優(yōu)勢[2]。同時(shí)，建設(shè)海綿城市并不意味著對(duì)傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的否定和取代，而是在傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)和優(yōu)化，用生態(tài)城市理念指導(dǎo)現(xiàn)代城市建設(shè)，使其具有自然積存、自然滲透、自然凈化的特質(zhì)。

相較于傳統(tǒng)城市建設(shè)“粗略”的排水系統(tǒng)構(gòu)建，在海綿城市的建設(shè)理念下，城市排水系統(tǒng)更加規(guī)范化、合理化；居民與自然環(huán)境之間的相處更加和諧；路面徑流減少，實(shí)現(xiàn)城市水循環(huán)的良性發(fā)展，城市環(huán)境也將因此得到一定程度地改善。

海綿城市項(xiàng)目的重要性

改善城市生態(tài)環(huán)境

在傳統(tǒng)城市排水系統(tǒng)的建設(shè)中，往往會(huì)因?yàn)檫^于追求排水效率，而或多或少造成對(duì)生態(tài)恢復(fù)或生態(tài)保護(hù)工作的忽視，引起路面徑流增多，增加城市內(nèi)澇危機(jī)，導(dǎo)致城市的發(fā)展受到一定的限制。相反，海綿城市的建設(shè)側(cè)重于生態(tài)保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，營造“海綿體”，減少城市內(nèi)澇危機(jī)。

由此可見，傳統(tǒng)城市建設(shè)帶來的后果一般是路面硬化嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱、洪澇災(zāi)害頻發(fā)等，而海綿城市帶來的是可滲透路面，有凈化和滲透作用的雨水花園、綠色屋頂以及海綿停車場等，在保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，有效消解城市的熱島效應(yīng)。在城市環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的今天，傳統(tǒng)城市建設(shè)已難以滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，建設(shè)以海綿城市為代表的新型城市，已經(jīng)成為大勢所趨。目前，已有130多個(gè)城市在城市設(shè)計(jì)理念中加入了海綿城市的設(shè)計(jì)方式[3]，海綿城市設(shè)計(jì)理念旨在修復(fù)城市水生態(tài)，為居民提供一個(gè)良好的城市居住環(huán)境。

科學(xué)管理水資源

當(dāng)前，全球厄爾尼諾現(xiàn)象日益嚴(yán)重，洪澇災(zāi)害和旱災(zāi)層出不窮，而且城市水資源狀況也不容樂觀。海綿城市理念在市政道路工程中的科學(xué)應(yīng)用，能極大地改善現(xiàn)有市政工程的排水系統(tǒng)，使城市整體蓄水、凈水能力得到提升，在出現(xiàn)干旱情況用水短缺時(shí)能更好地供水。海綿城市的應(yīng)用能夠合理控制水資源的使用，科學(xué)管理水資源，在提升城市排澇能力的同時(shí)改善城市的抗旱能力。

提高排水設(shè)計(jì)質(zhì)量

在進(jìn)行城市市政道路項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，排水設(shè)計(jì)是勘察設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。而在進(jìn)行市政道路設(shè)計(jì)與規(guī)劃時(shí)，合理運(yùn)用海綿城市相關(guān)理念，不僅能夠改善城市的自然環(huán)境、降低工程建設(shè)過程對(duì)城市環(huán)境造成的污染和破壞，提升建設(shè)單位的經(jīng)濟(jì)效益，還能以點(diǎn)到面，借助整個(gè)海綿城市系統(tǒng)性的建設(shè)，緩解目前城市內(nèi)澇嚴(yán)重且水資源短缺的問題。

項(xiàng)目概述和設(shè)計(jì)要點(diǎn)

項(xiàng)目概況

某市政道路項(xiàng)目位于萍鄉(xiāng)市西部湘東區(qū)，項(xiàng)目按照城市主干道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)行車速度為40km/h。項(xiàng)目所在地土質(zhì)主要有雜填土、耕表土、粉質(zhì)黏土、圓礫土和礫砂等。經(jīng)勘察可得，設(shè)計(jì)路段的瀝青路面匯水面積為26200m2、設(shè)計(jì)綠化帶面積為3000m2、透水人行道面積為5780m2。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》[4]《萍鄉(xiāng)市海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市實(shí)施方案》，計(jì)算得出該項(xiàng)目路段總體調(diào)蓄量為449.8m3，下沉綠地所需平均下沉深度為0.15m，控制年徑流總量75%以上。

設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)階段，海綿城市設(shè)計(jì)思路主要以因地制宜為主，在已有的城市相關(guān)建造基礎(chǔ)和設(shè)施上施以改造，從而達(dá)到減輕污染、改善生態(tài)、防治內(nèi)澇災(zāi)害的目標(biāo)[5]。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)按照“點(diǎn)—線—面”三個(gè)維度，分別對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行控制。其中，“點(diǎn)”意味著控制源頭，即以各單獨(dú)建筑物為基點(diǎn)，采取屋頂綠化和雨水收集等方式將雨水通過管道送入儲(chǔ)水池；“線”意味著減少流量，一般采用軟化排水溝、路面設(shè)置可透水鋪裝層以及設(shè)置生物隔離帶等方式加大市政道路路面的滲透效率，控制路面凈流量，從而緩解城市的泄洪壓力；“面”意味著流域管理，一般通過建設(shè)城市雨水花園等生態(tài)景觀，日常可作為市民觀光休閑公園，遭遇暴雨時(shí)則能起到儲(chǔ)水、吸水、凈水的作用，既能改善城市生態(tài)環(huán)境，又能提升城市的排洪能力。

盡管海綿城市的建設(shè)模式已經(jīng)初步形成建設(shè)體系，但近年來國內(nèi)幾個(gè)試點(diǎn)城市仍出現(xiàn)了不同程度的內(nèi)澇災(zāi)害，主要原因是由于各設(shè)施間缺少連通性，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，極易導(dǎo)致城市的“雨水收集器”變成了“臟水溝”。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在應(yīng)用海綿城市設(shè)計(jì)理念時(shí)，利用數(shù)據(jù)可視化完善城市水循環(huán)的數(shù)據(jù)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控接收雨水處、排洪處和水資源循環(huán)利用處等環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)調(diào)整、及時(shí)處理。

道路設(shè)計(jì)

市政工程道路設(shè)計(jì)分為車行道和人行道設(shè)計(jì)。其中，人行道為人們出行時(shí)的主要經(jīng)過路段，科學(xué)應(yīng)用海綿城市理念可以進(jìn)一步改善人行道的氣候微環(huán)境，提升居民經(jīng)過時(shí)的舒適度，還能提高雨水資源、積水資源的利用率。進(jìn)行人行道設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)盡可能選用可透水材料作為人行道的上層材料，在路面的中間層和下層選用透水率較低的材料，以提高路面的儲(chǔ)水效率；采用海綿城市理念，以改善人行道上的污水、積水現(xiàn)象，對(duì)道路的溫濕度等氣候環(huán)境進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)一步提升城市建設(shè)質(zhì)量和舒適度[6]。

傳統(tǒng)市政工程道路中的車行道一般選用非透水性瀝青或混凝土進(jìn)行鋪裝，這類施工工藝容易導(dǎo)致城市在遭遇暴雨時(shí)，水流滲透率差，多數(shù)水流沿路面匯聚至城市低洼路段，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的內(nèi)澇現(xiàn)象。為此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)結(jié)合海綿城市設(shè)計(jì)理念，在進(jìn)行車行道設(shè)計(jì)時(shí)，選用透水瀝青混凝土進(jìn)行上層鋪設(shè)，中下層采用非透水性材料，以便水流匯聚至儲(chǔ)存處。在道路路基處，選用透水性較差的材料進(jìn)行施工，避免流水對(duì)道路路基的沖刷作用，從而影響路基穩(wěn)定性。為合理對(duì)降水、積水進(jìn)行引流，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行道路整體勘察設(shè)計(jì)時(shí)，將道路橫坡控制在1%～1.5%范圍內(nèi)。

道路綠化帶設(shè)計(jì)

道路的綠化帶設(shè)計(jì)是采用海綿城市設(shè)計(jì)理念的道路工程設(shè)計(jì)中的重要一步，同時(shí)也是改善城市生態(tài)環(huán)境的重要措施之一。在進(jìn)行道路綠化帶設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)十分注重雨水的收集、雨水的凈化過濾和雨水的存儲(chǔ)及排出。

在道路綠化帶設(shè)計(jì)中，首先考慮的是如何進(jìn)行雨水的收集。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采取在綠化帶周圍構(gòu)建雨水渠和下凹綠地等方式，使雨水能在此類地勢相對(duì)低洼處匯集。此外，由于人行道和車行道上層均采用透水材料，透水路面上的雨水可徑流聚集在綠化帶側(cè)面的排水口，在進(jìn)行綠化帶設(shè)計(jì)布局時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)充分考慮所種植植被的習(xí)性及土壤滲透能力，綠化帶的標(biāo)高采用比路面標(biāo)高低20cm的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)布局。

對(duì)自然降下的雨水進(jìn)行凈化和過濾是實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用的基礎(chǔ)。一般雨水的過濾從雨水的滲入過程就已開始，對(duì)雨水的凈化過濾過程越早越好。在雨水的凈化和過濾方面，項(xiàng)目在綠化帶地面最底層需鋪設(shè)滲透管，并自下而上分別鋪設(shè)礫石、透水土工布、種植土和鵝卵石。此類型的鋪設(shè)順序和鋪設(shè)材料能實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的多重凈化過濾，極大地改善雨水的清潔程度。

傳統(tǒng)市政工程道路設(shè)計(jì)一般采取將人行道和車行道的雨水全部通過雨水口排入道路排水系統(tǒng)的排水方式，這種排水方式很容易造成城市部分道路內(nèi)排水系統(tǒng)率先達(dá)到額定容納量，從而導(dǎo)致內(nèi)澇災(zāi)害。在雨水的滯蓄緩排方面，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用海綿城市理念，采取在機(jī)動(dòng)車道兩側(cè)開口路緣石附近將雨水匯流至下沉式綠地的方式，使得綠地內(nèi)的溢流式雨水口能起到緩解雨水流量大小的作用。當(dāng)綠地內(nèi)土層的含水率飽和后，水位才會(huì)開始升高，水位高于雨水口后才會(huì)匯流至排水系統(tǒng)中。此類型設(shè)計(jì)既能調(diào)蓄雨水，也能對(duì)雨水進(jìn)行錯(cuò)峰排放。

附屬設(shè)施設(shè)計(jì)

道路的附屬設(shè)施主要有路緣石和雨水口。對(duì)路緣石來說，平緣石一般設(shè)置為與路面平齊即可，能有效減小路面積水的面積，立緣石則應(yīng)比平緣石高出少許，從而提升雨水流入綠化帶的效率。對(duì)于雨水口來說，該項(xiàng)目采用環(huán)保型雨水口，雨水口沿道路縱向每隔30m設(shè)置一處，且在入口處增設(shè)透水溢流堰和截污框，顯著改善了下滲水流的污染程度。

排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

應(yīng)用海綿城市理念對(duì)市政工程道路進(jìn)行設(shè)計(jì)的主要目的是為了防止內(nèi)澇災(zāi)害的產(chǎn)生，因此良好的排水系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)里極為重要的一環(huán)。為使城市排水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更為高效，具備更高的排水量，在進(jìn)行排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，項(xiàng)目將海綿城市排水系統(tǒng)與常規(guī)雨水排出系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，通過各子系統(tǒng)的有效連接實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的一體化。此外，該項(xiàng)目還建立健全了監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的儲(chǔ)水量實(shí)時(shí)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，動(dòng)態(tài)調(diào)整各子系統(tǒng)的蓄水量，避免因某一子系統(tǒng)出現(xiàn)故障而影響排水系統(tǒng)整體功能。

綜上所述，海綿城市設(shè)計(jì)理念，在當(dāng)前市政道路工程中得到廣泛應(yīng)用，對(duì)防治城市內(nèi)澇災(zāi)害起到了十分重要的作用。若要更好地改善城市生態(tài)環(huán)境、改善水資源條件和防治內(nèi)澇災(zāi)害，在應(yīng)用海綿城市理念時(shí)，還需要因地制宜，把握好理念特性，選用合適材料、植被與布局方案，綜合城市的自然環(huán)境來進(jìn)行設(shè)計(jì)。