“海綿城市”理念在市政道路設計中的運用分析

石 鵬,張露景

（華昕設計集團有限公司,江蘇 無錫 214026）

0 引言

市政道路的設計質量是其建設質量的重要保障，應當嚴格遵循規范的設計原則：不僅要滿足城市總體規劃的要求，避免市政道路建設和周邊規劃用地產生沖突，還應當密切配合其他路網現狀及規劃，確保可以達到城市路網層次分明、功能完善以及交通流轉快捷等要求；不僅要遵循環保節能、可持續發展的原則，還要滿足城市交通功能的要求；不僅要因地制宜，還要貫徹“海綿城市”的理念。該文就“海綿城市”理念在市政道路設計中的運用策略進行分析。

1 建設海綿城市理論的意義

近年來，我國城市的暴雨、內澇災害頻繁發生，對農業、工業、交通等社會經濟產生了巨大的影響。根據調查結果，70%以上的城市在暴雨和泄洪的雙重作用下，內澇的發生頻率逐年增加，這是一個刻不容緩的問題。造成城市內澇的原因，既有氣候因素，也有城市建設因素。從氣候角度看，主要是因為全球變暖、降水分配不均、臺風等自然災害頻繁發生。降雨的突然增加導致了城市的積水；從城市建設的角度來看，主要是因為城市道路的硬化區域太大，綠化面積太小，導致了城市道路的通水量不足。整個城市的吸水性和排水性都很差，造成了降雨季節的雨水大量積累，產成了積水，對社會產生了諸多不利的影響[1]。

2 海綿城市的概念

海綿城市是一座可以像海綿那樣具備相對高的靈活性的城市，打破了以往“以排為主”的城市雨水治理模式，依托于道路、水系等多種基本設計，可以很好地適應環境的改變，同時兼顧各個功能的使用和維護。最大限度地降低對環境的損害，不僅可以防止洪水的產生，還可以實現雨水資源化，使水資源得到有效的利用，從而可以調整水的生態平衡，并使地下水得到有效的恢復[2]。在海綿城市建設中，首要的原則就是以生態為本，采取一系列措施把自然和人為的有機結合起來，以確保城市的正常排水；盡量做到城市雨水的蓄積、滲透、凈化，以實現城市雨水資源的循環再利用和生態環境的保護。在建設和設計中，必須協調自然降水、地下水、地表水三者的關系，并盡可能實現循環、協調供水。海綿城市建設的關鍵在于解決城市發展過程中遇到的降雨問題，既有因雨水流動而導致的缺水問題，也有因降雨而導致的積水問題。

3 海綿城市道路排水設計要素

3.1 滲

傳統的城市道路通常以硬面鋪裝為主，會破壞原有的水文生態環境。為了滿足海綿城市道路“滲”的要求，需要將硬化路面改為透水型的水泥或瀝青混凝土路面，這樣雨水落下可通過透水路面排至地下水，在雨水滲透期間還可以通過其他LID 設施將雨水凈化。

3.2 蓄

目前全球水資源整體比較匱乏，而雨水是重要的水資源之一。海綿城市的“蓄”就是將降雨蓄積起來，以供后期使用。但是在蓄積雨水時，不應破壞原有生態，否則可能會積水成災。城市常用的蓄水設施有蓄水模塊和蓄水地下池。蓄水模塊屬于預制結構，一般是用防水布包裹埋于地下，并在內部安裝進出水管，水泵和檢查井才能投入運營；蓄水地下池是直接在地下開挖的一種雨水儲存裝置。

3.3 滯

海綿城市中“滯”的理念是通過雨水花園、雨水塘等設施將雨水滯留，降低地表雨水徑流。其中雨水花園是指在道路周圍綠草地區域內部栽植各種花草，花草的根部不僅可以滯留雨水，還可以吸收雨水中的陰陽離子；雨水塘一般是利用現有魚塘或池塘建造，可作為雨水流經路徑的終點。同時，在雨水塘還要種植一些耐濕的草本或灌木護坡[3]。

3.4 凈

雨水流經市政道路沿線各個LID 設施后都可能被凈化。按照雨水收集區域的不同，可將海綿城市雨水凈化體系劃分為三大類，即居住區凈化、工業園區凈化、市政公共區域凈化；按照雨水凈化原理的不同，可劃分為土壤滲透凈化、人工濕地凈化、生物凈化，其中人工濕地凈化雨水效果最好。人工濕地包括濕地植物、濕地填料、卵石濾水層等部分。經過上行流池和下行流池兩次凈化后才能排到下游清水池。

3.5 用

雨水在經過滲、蓄、滯、凈等流程后，可用于建筑施工、綠化灌溉、洗車、抽水馬桶、消防等領域，以達到節約用水的目的，并緩解城市洪澇災害的沖擊。

4 “海綿城市”理念在市政道路設計中的運用策略

4.1 綠化帶的運用

綠化帶在市政道路設計中具有較大的占比，同時也發揮著重要的基礎作用，為了更好地儲存雨水，應當提升綠化帶設計的科學性。機動車道與非機動車道的道路雨水可以通過路面橫向坡度向機非隔離帶中排放。

綠化帶的設計首先應保證綠化帶高度低于道路本身高度，總高度應與相關標準相符合，避免超過預定高度范圍。綠化帶不僅可以對空氣中的粉塵進行吸收，達到凈化空氣的目的，同時還可以吸收雨水避免路面積水。在綠化帶設計中首先需要對雨水收集問題引起重視，可以在市政道路中設置下凹式綠化帶，下凹綠化帶標高低于臨近路緣石20～25 cm，路緣石采用開口路緣石，確保管道系統和綠化帶的有效銜接，為雨水可以順利進入綠化帶提供保障。當周邊道路雨水進入下凹綠地中時，應在入口處布置消能設施。其次，還應當關注雨水過濾問題，主要是將過濾結構層布置在下凹式綠化帶位置，由上向下可以采用透水土壤、人工填料層、級配碎石或其他有滲透作用的基礎結構材料，在碎石層中應鋪設透水盲管并連接到下凹綠地中布置的溢流設施，遇到雨水量過大的情況可以利用綠化帶中的溢流系統將雨水順利排到市政管網完成循環利用。綠化帶設計不僅要滿足城市綠化需求，還應當滿足城市雨水收集要求[4]。

4.2 車行道的運用

在“海綿城市”理念下進行車行道設計，應深入分析行車道地面性能，并且還應對地下水高度進行充分考慮，以此為依據選擇合理的滲透性材料，確保可以達到雨水滲透要求及標準。同時還應合理增加透水裝置，促進車行道雨水滲透性能的提升，既有利于地下水的補充，還能夠緩解路面積水所引發的路面病害問題。車行道面層與上基層設計時可采用透水材料，在對下基層進行設計時，應當設置非透水性材料，再配合使用市政排水管道，確保雨水可以順利流到車行道周邊綠化帶以及城市雨水管網，防止路面結構層內積水，造成破壞。

4.3 人行道的運用

在應用“海綿城市”理念進行市政道路人行道設計時，應當對具有開放擴散性的路面材料進行充分利用，確保水流可以有效滲透。人行道設計采用彩色透水混凝土或透水磚，同時涂抹彩色透水涂料，不僅可以預防路面積水，還能夠避免雨水快速滲透，既有利于土壤水分的保持，還能夠達到補充地下水儲量的目的，為維持地下環境平衡提供保障。透水涂層獨特的多孔結構可以在有效吸熱的基礎上對熱能進行儲存，在對路面溫度進行調節的基礎上，有效調整城市濕度以及溫度，以降低城市熱島效應發生的概率。另一方面，透水涂層還可以利用其較高的孔隙率對城市噪聲進行吸收，在一定程度上緩解城市噪聲污染問題。合理應用透水涂料頂層、基層以及緩沖層，依據實際需求選擇透水混凝土層或者透水磚層路面設計，可以獲得不同的人行道排水效果。一般情況下，路面孔隙率與減少徑流的效果呈明顯的正相關關系。為了更加有效地收集雨水，對徑流進行控制，合理應用凹形綠地、人工濕地、雨水蓄水池等技術，相關設計人員應在對現場進行全面調查的基礎上，對人行道路面坡度進行精準計算，最大限度提升人行道的排水效率。為了實現資源的二次利用，可以將雨水收集以及凈化系統設計在人行道下部，同時將礫石層設計在人行道兩邊，配合下部雨水收集系統再次利用雨水。

以長沙市中心城區東部的西龍路“海綿城市”設計為例，主要對人行道以及非機動車道進行透水鋪裝，配套生態樹池和下凹式生物滯留帶。考慮到該城市雨季長、雨量大的特點以及城市雨水匯流的形成主要集中于城市各類建筑、設施、道路等硬質墊面下的情況，對其進行海綿化改造，確保部分雨水可以通過人行道的透水鋪裝下滲，對雨水年徑流總量、懸浮物總量進行源頭處的削減，分別對人行道和非機動車道進行透水鋪裝，可以將人行道透水鋪裝分為6 cm 厚的透水磚面層、3 cm 厚的中粗砂找平層，在兩者之間設計透水土工布作為墊層。在最底部的人行道基層中結合排水管道和排水井設計滲透盲管，保證透水鋪裝的有效滲透和排水[5]。

4.4 雨水口的運用

雨水口能對路面雨水進行收集，一般將其設計在機動車道以及非機動道的邊緣部位。在應用“海綿城市”理念進行雨水口設計時，應當在傳統雨水口設計基礎上增設截污裝置，以降低和防止污染物對水體產生影響。另外，在設計過程還應利用路緣石有效連接雨水口。可以設計與市政道路高度相同的路緣石，面對大量降雨時可以順利向周邊綠化帶排放雨水，為后續雨水收集創造有利條件。也可以設計高于路面設計標高大約15 cm 的路緣石，確保雨水可以順著排放位置輸送至雨水口內，對雨水堆積問題進行有效緩解。在實際設計過程中，可以根據具體排水要求，合理設計結構方案，對雨水徑流效果進行充分考慮。

常見雨水口選型經常出現一些錯誤，孔徑又小又少，雖然截污能力較強，但極易堵塞，從而導致內澇風險。所以，雨水口要結合項目和雨水流量合理選型。

4.5 生物滯留帶的運用

生物滯留帶的設計是滿足“海綿城市”思想的關鍵方法，可借助優化設計植被的方式，將雨水進行高效滯留與儲存，利用生物原理對雨水加以凈化。針對城市環境較為溫和的特征，在平均降水量較多的地區可加強對生物滯留帶的設計，提升水處理能力，達到雨水蓄調的目的，增加雨水在市政道路中的滲透面積，保障城市生態環境的多樣性。綠化帶屬于生物滯留帶中的重要組成部分，設計人員應當考慮到城市水循環系統的運行，按照城市每年的降水特點全面開展設計工作，如降水季節、降水量、蒸發量等有關參數，設計出滲透功能更強的綠化帶。在降水之時，雨水通常會經由道路表面、路緣石等進入綠化帶中，對景觀植物完成灌溉，其他雨水則會經由溢流管直接流往地下排水系統中，形成立體式排水機制。機動車道和非機動車道間要設計好滯留帶，便于將路面的積水經由綠化帶加以引流處理，進入到排水溝、下沉式綠地區域中實現路面積水迅速排出的目標。道路兩側可考慮種植耐寒類植物，如旱柳、水杉等，可起到強化道路排水性能、提升城市美觀度、營造和諧生態環境的作用[6]。

除此之外，設計人員還應該關注凈化裝置的使用，對水資源進行凈化，采用物理、化學、生物方法綜合運用的理念，降低各類污染物的產生，按照道路的定位、排水性能、景觀建設的實際情況加以設計，能夠在雨水下滲中對水資源進行凈化處理，優化水質，而對于超過道路滲透能力部分的水資源可匯集在蓄水設備中，再經由雨水管道系統進行處理即可。

4.6 邊坡防護的運用

以往城市道路設計主要應用的護坡技術包括景觀美化、植草、灰漿等，為了進一步增強護坡效果，通常還會結合應用擋土墻、護面墻以及預制板等。應用“海綿城市”理念進行邊坡護坡設計，應當以土壤類型為依據，對施工方法及工藝進行合理選擇，采用的環保措施包括人造草坪、草皮平鋪、草坪噴霧器以及土工網植草等。另外，還可增加邊坡植被密度，對雨水積聚、水土流失、滑坡以及斜坡失穩等問題進行有效防范。生態護坡技術在應用過程中，應增強人工與自然植被的融合性，在生態護坡中協調布置喬木、灌木以及草類植物等，確保生態護坡上的植被可以保持平衡狀態。開挖石質邊坡會對環境產生嚴重的破壞，并且難以在短時間內修復，因此應充分考慮巖層性質，以層狀脈為依據對坡速進行適當降低，同時還可以將植草帶鋪設在坡腳處，也可以在植草帶底部設計盲溝，為過濾和排出雨水創造有利條件。

邊坡設計不宜采用垂直邊坡，需經結構設計校核，與景觀、結構專業配合，起到邊防防護的同時，滿足安全需求和景觀視覺的享受。

海綿城市能否起到有效作用，最關鍵的是找到整個建設項目的內澇風險點，根據道路低點，劃分具體的匯水分區。根據片區雨洪模擬計算，在下游雨水暢通的情況下，50/100年一遇暴雨時，道路存在幾個內澇風險點。根據內澇風險點的具體位置選擇合適的海綿設施，設計滿足所需的調蓄容積，從而達到“真”海綿的作用。

5 結語

綜上所述，市政道路設計應遵循滿足總體規劃要求、可持續發展要求、城市交通功能要求、節約資源要求以及城市環境面貌要求的設計原則。面對城市市政道路所存在的一系列問題以及嚴重的城市內澇問題，應當注重“海綿城市”理念的應用，在綠化帶、車行道、人行道、雨水口、生物滯留帶以及邊坡防護設計時都應合理運用“海綿城市”理念，提升城市蓄水以及凈水能力。