海綿型城市片區路網排水設計要點

楊 陽

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017）

0 引言

我國正處在城鎮化快速發展時期，城市建設取得了顯著的成就，但同時開發強度高、硬質鋪裝等問題導致城市的下墊面硬化程度加劇，改變了片區的原有的水文特征和自然生態本底，導致了水環境污染和水安全的缺乏保障等問題。

推進海綿城市建設，對新建城區要以海綿城市建設的目標為導向統籌規劃建設，從而實現“小雨不積水，大雨不內澇，水體不黑臭，熱島有緩解“的目標。該設計采用數學模擬的方式對片區路網的排水進行核驗，得出該設計排水管網滿足當地防洪排澇要求的結論。

1 工程概況

該項目包含3條道路。道路1為城市主干道；道路2和道路3為城市次干道。結合片區雨水規劃，該項目新建雨水管道根據道路及地形走勢進行雨水收集，排入規劃及現狀河道內。海綿措施超標雨水直接排入新建后的雨水系統中。該海綿城市設計中從水安全、水環境、水生態等方面綜合考慮，采用卵石防沖層、生物滯留設施、人行道透水鋪裝等措施實現海綿各項指標。

2 政策及規劃指導

結合當地排水防澇設施建設規劃對內河、排水設施、內澇防治措施進行梳理，發現存在問題，根據新規范、新標準進行重新規劃，見表1。

表1 《海綿城市建設交通基礎設施技術指引》交通基礎設施海綿城市規劃設計目標

3 現狀分析

3.1 豎向分析

本次新建道路地勢較平坦，道路1標高為2.5m~4.55m；道路2標高為2.32m~4.72m；道路3標高為2.54m~3.88m。

3.2 下墊面分析

按傳統開發強度，新建后道路下墊面情況見表2。

表2 道路下墊面情況分析

4 設計原則

4.1 因地制宜

結合自然地理條件、水文地質特點、降雨規律等實際情況，綜合考慮水安全、水環境、水生態的現狀及經濟可行性等因素，將問題導向與目標導向相結合，科學確定海綿城市建設目標和建設策略，合理選用海綿設施。

4.2 灰綠結合

堅持綠色基礎設施與灰色基礎設施結合，統籌兼顧功能性與經濟性，綜合提升城市排水防澇能力，改善水生態環境。

4.3 實用美觀

結合功能要素與景觀要求，構建實用美觀的海綿系統，營造綠色宜居環境。

考慮到本次主體項目為道路項目，根據對城市道路基本功能及主要技術條件的分析，結合海綿城市建設中對城市道路低影響開發提出的總結分析現有工程經驗，本道路低影響開發的設計應遵循以下原則：1）系統建設、協調道路涉及的各專業，共同完成還蠻城市建設目標。2）以實現水安全、水生態、水環境目標為主，水資源目標為輔。3）道路海綿城市建設不應影響道路交通和管線承載功能，不影響道路結構安全。4）道路海綿城市建設與區域總體規劃、控制性詳細規劃以及相關專項規劃為主要依據，并與之協調。

5 設計目標分析

5.1 排水防澇目標

根據當地海綿城市專項規劃中相關內容內澇防治標準為Ⅱ類：近期為30年一遇24小時設計暴雨1天排完，遠期為50年一遇24小時設計暴雨1天排完。

5.2 雨水管網目標

根據當地海綿城市專項規劃雨水管渠設計標準為二類：一般地段按5年一遇的標準規劃雨水管渠，重要地段按10年一遇的標準規劃雨水管渠，特別重要地段按30年一遇規劃標準規劃雨水管渠，該項目雨水管渠設計暴雨重現期為5年。

5.3 水生態-年徑流總量控制率

本次道路橫斷面均為側分帶樹池、中分帶、人行道、非動車道及機動車道。三條路側分帶為樹池，根據景觀需求，樹池內需種植喬木類行道樹。本次設計中年徑流總量控制率根據《XX市海綿城市建設交通基礎設施技術指引（試行）》中交通基礎設施海綿城市規劃設計目標，見表3。

表3 交通基礎設施海綿城市規劃設計目標

5.4 水環境-年徑流污染控制率

因市政道路路面污染較嚴重，同時道路年徑流總量控制率指標較低，結合《XX市海綿城市建設交通基礎設施技術指引（試行）》中未對年徑流污染控制率指標提出要求，該指標不作為主要指標。

6 總體設計

基于現狀，以上位政策文件、規劃、試點經驗為指導，全面評估海綿型道路建設的意義，根據《XX市海綿城市專項規劃》對應海綿城市控制指標分區體系，制定適合海綿型片區路網建設的目標與指標，并以此為基礎開展海綿型道路綠化和海綿協同設計、融合建設。具體項目技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線圖

道路范圍內雨水經道路橫坡、縱坡組織后匯入道路雨水口，最終匯入雨水系統，最后排入河道，地面雨水徑流組織→雨水系統→河道水系。

為實現年徑流總量控制率指標要求，本次設計中將樹池進行連通，中間做成下沉式，有效收集路面徑流，一般路段4座樹池進行連通，局部因管廊分支口等須引出構筑物處不進行連通；部分路段及部分中分帶采用下沉式綠化分隔帶形式。

為便于雨水排入，同時充分利用雨水樹槽內調蓄空間，每兩座樹池間都需要設置路緣石開口，下沉式綠化分隔帶每20m設置一處開口。保障用水安全，雨水樹槽及下沉式綠化分隔帶內均設置溢流雨水口，溢流雨水口標高高于雨水水槽及下沉式綠化分隔帶0.2m，預留0.1m安全水深，超標雨水通過導流盲管及溢流雨水口匯入雨水系統。道路全線人行道采用透水磚鋪裝，非機動車道采用透水瀝青鋪裝，具體參見路基路面工程。

根據調蓄需求，雨水樹槽和下沉式綠化分隔帶調蓄水深為0.20m，安全高度為0.1m，非機動車道上雨水樹槽和下沉式綠化分隔帶較設計機動車道地面下凹0.3m，中分帶內下沉式綠化分隔帶較中分帶綠化標高下凹0.3m；縱向上雨水樹槽和下沉式綠化分隔帶縱斷面與道路設計縱斷面保持一致，隨道路線型起伏布置。為了保障排水安全，在每塊雨水樹槽和下沉式綠化分隔帶均設置溢流雨水口，超過溢流水位的雨水經溢流雨水口進入雨水系統。

6.1 道路范圍內雨水徑流組織

為保障道路及兩側地塊范圍內水安全，須對雨水徑流進行組織后排放，首先分析道路范圍內雨水徑流組織。

由人行道、非機動車道、機動車道，局部路段有側分帶組成，路面雨水經道路橫坡進行匯集，匯入雨水口后直接排入雨水系統內。

6.2 雨水系統

雨水系統經改造后，滿足重現期5年的要求，局部隧道段重現期滿足30年要求，能有效保障道路及地塊水安全。

6.3 河道

河道水系須按照規劃橫斷面進行清淤及開挖。

6.4 選用海綿措施簡介

針對水安全的問題，該設計選用以下措施。

因道路面層污染較多，為降低市政道路面源污染對河道水系造成的影響，本次設計中雨水口采用環保雨水口（雙篦），有效去除SS等污染。

下沉式綠化分隔帶自上而下為蓄水層、種植土層、填料層、礫石層：1）蓄水層。下沉式綠化分隔帶蓄水層高度取200mm。2）種植土厚度取300mm，一般由砂、堆肥和壤質土混合而成，滲透系數≥1×10m/s，本次采用40%種植土+40%粗砂+20%椰糠（按體積算）。3）填料層。砂層，滲透系數不小于150mm/h，厚度為350mm，下鋪透水土工布，防止土壤顆粒進入礫石層。4）礫石層。由直徑不超過50mm的礫石組成，厚度為200mm，在其中埋置DN200mm導流盲管，經過滲濾的雨水由導流盲管收集進入排放系統。礫石層上方包裹土工布，防止土粒進入礫石孔隙發生堵塞，以保證滲透順利，下包防滲膜，將雨水盡快排入雨水管道；防滲膜規格為800 g/m，斷裂強度≥14 kN/m，CBR頂破強力≥2.5 kN，耐靜水壓0.4MPa。土工布與防滲膜搭接寬度不少于150mm。

雨水樹槽的結構層與下沉式綠化分隔帶一致，用于將樹池進行連續，收集車行道及人行道徑流雨水。

人行道采用5cm透水磚+2cm DSM15干硬性水泥砂漿+15cm C20無砂大孔混凝土+15cm級配碎石墊層。透水磚的透水系數不應小于1.0×1.0cm/s，用于鋪筑人行道的透水磚其防滑性能（BPN）不應小于60，耐磨性不應大于35mm。透水磚位于人行道，透水磚強度等級：抗壓強度平均值≥40MPa，單塊最小值≥35MPa，抗折強度平均值≥5MPa，單塊最小值≥4.2MPa。

非機動車道采用4cm細粒式彩色透水瀝青砼+18cmC20無砂大孔混凝土+15cm級配碎石墊層+地基。用于透水基層的級配碎石集料壓碎值不應大于26%，塑性指數應小于6，級配碎石的空隙率宜大于10%，級配碎石的級配范圍應符合《透水瀝青路面技術規程》（CJJ/T 190）表4.4.2的規定。大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）的公稱最大粒徑不宜小于26.5mm，級配范圍及技術要求應符合《透水瀝青路面技術規程》（CJJ/T 190）表4.3.3-1、表4.3.3-2的規定。透水瀝青路面邊緣設置縱向排水設施，透水路面結構的排水設施應與市政排水系統相連。

為將機動車道雨水匯入雨水樹槽及下沉式綠化分隔帶內，須將路緣石進行開口。為充分利用雨水樹槽內調蓄體積，雨水樹槽內每兩棵樹之間均需設置開口，便于路面水引入；下沉式綠化分隔帶每隔20m設置一處開口。

下沉式綠化分隔帶、雨水樹槽內敷設DN200透水盲管，透水盲管采用開孔PVC管，開孔孔徑0.5cm，孔隙率為3%。

下沉式綠化分隔帶內布置溢流雨水口，溢流口標高高于下沉式綠化分隔帶或雨水樹槽底部0.2m，超標雨水溢流至雨水管網，溢流口標高低于機動車道路面標高0.1m，保障道路排水安全。溢流雨水口采用磚砌。

為避免路面雨水對綠化帶內土層的沖刷，在路緣石開口處設置PVC消能沉淀池，內部填充卵石。

為了監測雨水外排流量，評估海綿城市改造效果須在道路雨水排出管出口增加雨水流量計和水質監控裝置。監測設備監測的數據均需能實時監測及傳輸數據，便于搭建大數據平臺。根據海綿城市示范區監測網絡構建技術要求，在雨水排出口設置：流量計和SS檢測儀。待后期建成運維后，建議將檢測成果和數值模擬的成果進行比對，率定參數，更準確、尺度更大地進行模擬。

6.5 建模步驟

該工程排水模型的構建采用INFOWORKS ICM軟件，建模步驟主要如下：1）管線、節點數據錄入。將本次設計范圍內雨水管管長、管徑、管底高程以及檢查井的地面高程、檢查井深度等空間數據與屬性數據導入INFOWORKS ICM系統。2）匯水區劃分。根據本次設計雨水管道系統圖進行匯水區域的劃分。3）校核雨水管道排水能力。

基于上述步驟，完成該工程模型搭建，包括雨水檢查井559個，出水口18個，雨水管長度約16.66km。

6.6 管流模型

該工程道路橫坡2.0%，雨水口設置于側分帶或人行道邊緣，雨水口為邊溝平篦雨水口，本次采用單一坡度邊溝水力條件計算雨水口入流。

式中：系數K=3/8=0.375；S為道路縱向坡度；S為道路橫坡；為橫向路面淹水寬度；=/S，為側邊石處水深；為曼寧粗糙系數，瀝青路面取0.013。

式中：K為經驗常數，取0.752。

該工程采用邊溝平篦式雨水口，采用單一橫斷面坡度邊溝的雨水口入流方程。

6.6.1.3 邊溝正面流與邊溝總流的比值

式中：為邊溝總流量，m/s；Q為在篦子寬度（W）上的正面流量，m/s；為篦子寬度，m；為邊溝水面拓展，m。

6.6.1.4 篦子正面截流量與正面總流之比，即正面截留效率R

式中：K為經驗常數，取0.295；為邊溝流速（m/s）；為在越流開始產生時的臨界邊溝速度（m/s）。

6.6.1.5 篦子側面截留量與側面總流之比，即側面流效率R

式中：K為經驗常數，取0.0828；為篦子長度（m）。

該工程道路低點平篦雨水口截留能力采用堰流公式計算。如公式（1）所示。

式中：Q為截留能力，m/s；為平篦周長，未包括靠近邊石一側的邊長，m；C為平篦堰流系數，取1.66；為雨水口靠近側邊石處的水深，m。

6.7 模擬結果

結果顯示，在30年一遇24h長歷時設計雨型條件下，本次設計范圍內部分雨水管超負荷滿載，其余雨水管均能有效進行排水；同時，設計范圍內僅有一處積水點，積水深度最深9cm，通過模型模擬，該積水點在5min內將積水排出，參考當地防洪排澇要求，本次設計范圍均為內澇低風險區；且滿足發生=30年一遇的設計降雨時，保證道路中一條車道的積水深度不超過15cm，積水時間控制在1h內的規劃要求。改造后雨水管道無內澇風險。

需要注意的是本次設計為片區新建工程，如果遇到老路改造項目，還需要進一步對該部分管道采用CCTV等手段進行檢測，確定管道的結構是否完整、管道是否淤堵等情況，以便確定該部分管道是否能繼續利用。

7 結論

片區路網是城市的重要組成部分，也是雨水徑流的重要來源，其設計理念是否得當將影響區域的自然生態水環境和城市的可持續發展。該設計根據道路沿線不同路段的情況，因地制宜地采用多種措施，達到了海綿城市設計的目的，也達到了設計指標要求。該設計采用數學模型模擬的方式對易澇點進行分析，得到了該設計滿足防洪排澇規劃要求的結論。在后期海綿城市的運行和維護中，還需要注意結合海綿城市監測設備的反饋，對各個海綿城市設備進行實時調整和更新，達到海綿城市建設的目的。同時，在今后的片區路網海綿城市設計中，除了當地的防洪排澇規劃及海綿城市規劃外，還應該結合海綿城市系統化方案進行設計。