基于“海綿城市”設計理念的道路改造研究

段曉強

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

市政道路承擔了城市資源、人群的主要空間流轉職能，是構成城市市政系統的重要基礎設施之一。據不完全統計，當前國內大中型城市的硬化道路面積占城區建設用地面積比重已超過15%，且有逐年上升的趨勢[1]；而傳統的道路設計理念主要關注于道路的積水外排，尚未兼顧到積水的滲透及路面徑流控制問題，大量的硬化道路嚴重削弱了城市對雨水的滲透和積蓄能力，在雨季很容易誘發城市內澇災害，影響了城市市政設施對惡劣環境的抵抗“韌性”，同時也加劇了城市在夏季炎熱環境下的“熱島效應”[1]。

為了降低道路硬化對城市自然環境的影響程度，提高城市對雨水的綜合利用能力，解除城市內澇風險，實現城市市政道路的可持續發展[2]，以低影響開發為主導的“海綿城市”設計理念應運而生；本文擬將“海綿城市”設計理念應用到市政道路的“海綿化”改造實踐中，希望摸索出一套適合北方城市的道路“海綿化”改造方案，為“海綿城市”的建設提供些許借鑒。

1 “海綿城市”相關概念概述

1.1 “海綿城市”概念

“海綿城市”泛指城市雨積水綜合管理系統，是指通過新建各類雨積水吸收、集納、存續、凈化、外排等設施，使城市具備像“海綿”一樣的“韌性”與“彈性”，能夠抵抗強降雨等突發性自然災害造成的不利影響。當雨量充沛時，雨積水綜合設施能夠快速吸收、凈化并集納雨水，在雨量不足或氣候干燥時，集納的雨水能以各種形式釋放并利用，這種“一吸一釋”的特點與海綿的特性完美契合，搭建了人類活動與自然生態之間的和諧共生關系。

1.2 “低影響開發”概念

所謂“低影響開發”是“海綿城市”綜合水循環系統建設的主要宗旨和原則，是與“海綿城市”相配套的技術體系，旨在利用源頭分散的小型控制設施，以最大程度保護被開發對象的原始風貌，使其盡可能接近原有的自然水系。衡量“低影響開發”的指標眾多，常用指標包括：地表徑流量、峰值流量、峰值流量持續時間等。“低影響開發”的水系原理示意如圖1所示。

圖1 “低影響開發”的水系原理示意圖

2 市政道路“海綿化”改造中常用的低影響開發設施

市政道路系統“海綿化”改造需依靠具體的低影響開發設施實現，低影響開發設施以實現道路及周圍配套設施的“滲透、滯留、集納、凈化、使用、外排”為主要目的，以“海綿城市”改造中的道路系統改造為基準，常用的低影響開發設施包括：透水型瀝青混凝土路面、下沉式綠植帶、道路邊坡雨水花園。

2.1 透水型瀝青混凝土路面

透水型瀝青混凝土路面主要解決“海綿化”改造過程中的滲透問題，透水型瀝青混凝土路面結構一般由細粒式瀝青混凝土層、中粒式瀝青混凝土層及水泥穩定碎石基層組成，為了保護水泥穩定碎石基層，確保透水型瀝青路面的總體承載強度及耐久性滿足設計及運營要求，在中粒式瀝青混凝土層與細粒式瀝青混凝土層間應增設封層，以阻隔水分下滲，保證水分僅能夠在上面層間滲透流動。透水型瀝青路面結構形式如圖2所示。

圖2 透水型瀝青路面結構形式

為使透水型瀝青混凝土路面與路緣石之間形成可靠的“滲透-排水”體系，應保證上面層積水滲透流通面與路緣石排水孔齊平，確保路面系內部的滲水能夠快速外排至下沉式綠植帶內。

2.2 下沉式綠植帶

下沉式綠植帶主要解決“海綿化”改造中的“滯留、集納”問題，將傳統的平面式機非分隔帶進行下沉式設計，以兼顧機動車道和非機動車道的積水滯留和集納需求。綠植帶下沉深度應根據當地的路面徑流量確定，下沉式綠植帶與機動車道和非機動車道的開口式路緣石相連，路面雨水經由路緣石開口處流入下沉式綠植帶內，為了控制強降雨期間的水流量，同時起到一定程度的雨水凈化功能，可在路緣石周圍撒布碎石；被凈化后的雨水暫時集納于下沉式綠植帶內，一部分用于綠植灌溉，多余的積水可引流至地下儲存罐內，以便于缺水時調用，為了避免因短期內降水量過大導致的綠植帶涌水，應在綠植帶內預留雨水溢流井，保證超量雨水能夠快速外排至市政管網。

2.3 道路邊坡雨水花園

道路邊坡雨水花園的功能與下沉式綠植帶類似，本文在傳統的雨水花園構造形式基礎上，結合挖方路塹高邊坡結構特點，提出了道路邊坡雨水花園結構，道路邊坡雨水花園結構不但可以提高邊坡原始的雨水涵養能力，還能保障路塹高邊坡的穩定性，避免邊坡滑塌風險。道路邊坡雨水花園結構由傳統的雨水花園結構改進而成，具體結構形式如圖3所示。

圖3 道路邊坡雨水花園結構

3 市政道路“海綿化”改造方案研究

本文以山西省內某中型城市市政主干道“海綿化”改造項目為背景，綜合運用透水型瀝青混凝土路面、下沉式綠植帶及道路邊坡雨水花園等改造技術，實現了既有市政道路的“海綿化改造”，具體改造方案及改造成效如下。

3.1 市政道路“海綿化”改造方案概述

經現場勘察，待改造道路兩側均為高邊坡，路基形式為填方路堤，通過調取氣象水文資料得知，道路在雨季的內澇情況十分嚴重，道路現有設計標準為雙向四車道，中央分隔帶凈寬為5 m，車道凈寬為4 m。根據《海綿城市建設技術指南》要求，該市地處年徑流總量控制率第Ⅱ分區，年度徑流量應控制在80%～85%之間，經“海綿化”改造后，能應對50年一遇洪水。

首先，擬對路面鋪裝進行“海綿化”改造，鋪筑透水型瀝青混凝土路面，路面結構與圖2一致，為了提高路面排水效率，保證積水快速引流至中央分隔帶和兩側邊坡雨水花園內，改造傳統的排水篦子，用開孔式路緣石代替，以增加單位里程內的排水面積。此外，對中央分隔帶進行下沉式設計，分隔帶內加密綠植，同時設置溢流井，溢流井下方與大容積蓄水池相連，以加強中分帶的雨水積蓄能力，下沉式綠植帶內敷設肥沃的植被種植土，以滿足綠植生長條件。路基高邊坡兩側應進行雨水花園改造，一方面加強高邊坡在強降雨條件下的穩定性，避免出現邊坡滑塌等災害，另一方面，可以提高邊坡土體的雨水富集能力，從而實現雨積水的綜合循環利用，邊坡雨水花園結構與圖3一致。

3.2 市政道路“海綿化”改造成效分析

經“海綿化”改造后，城市道路系統的滲透、滯留、集納、凈化、使用、外排等綜合能力得到了顯著提升，通過廣泛推廣透水瀝青鋪裝、下沉式綠植帶、邊坡雨水花園等低影響開發設施，使道路系統的雨水收集、凈化、集納能力得到了大幅提升，大量積水被充分收集利用，有效補充了城市地下水，一定程度上緩解了城市的缺水問題，發揮了節水保水的功能。此外，通過道路“海綿化”改造，解決了城市雨季的內澇問題，加強了城市的行洪治理水平，通過其他的“海綿城市”配套改造，延長了雨水在道路的匯聚時間，且市域內雨水下滲、集納面積大幅提升，能夠滿足雨水的原地下滲要求，從根源上控制了城市內澇風險，也分擔了城市排水管網的運營壓力。

4 結語

城市道路系統的“海綿化”改造可以極大地提高海綿城市的建設水準，增強城市道路在強降雨等惡劣環境下的抵抗“韌性”，通過山西省內某城市市政道路改造項目實踐，得到了以下基本結論：

a）以低影響開發為主要方式的海綿城市改造理念完全適用于城市道路的“海綿化”改造。

b）本文在透水瀝青鋪裝和下沉式綠植帶等傳統低影響開發設施應用的基礎上，以雨水花園設施為原型，創造性地提出了道路邊坡雨水花園設施，提高了雨水花園在城市道路“海綿化”改造中的可行性和適用性。

c）經“海綿化”改造后的城市道路系統的節水保水和行洪治理能力均得到了顯著提升。