海綿城市理念在城市排水設計中的應用

張愛琳

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣州510000）

1 引言

城市化進程中，透水路面面積正不斷減小，這會導致暴雨季節(jié)地表雨水徑流量逐步增多， 地表徑流難以快速穿越地面達到下方的排水設施，且降雨量難以得到二次利用，引發(fā)嚴重的城市內澇災害。 海綿城市理念的應用對于現(xiàn)階段城市排水系統(tǒng)設計具有不可忽視的意義。 作為先進的可呼吸式排水設計系統(tǒng)， 海綿城市排水系統(tǒng)能夠充分改善城市地下蓄水能力及地表滲透水平，促使城市水系統(tǒng)快速高效運轉。

2 工程概況

廣州市某次干路是城市主要交通運輸?shù)缆罚?起終點分別連接于左右兩側日交通量較多的主干路， 該次干路設計地勢較低，設計全長430 m，雙向四車道，設計車速40 km/h，路面結構設計主要為瀝青混凝土路面，雙板塊斷面設計。 區(qū)域降雨量豐富，且該道路項目下游位置存在排水設施，兩側存在數(shù)量較多、密度較大的居民住宅。 通過防澇系統(tǒng)分析可知，該道路為易澇點低風險路段，設計單位為充分實現(xiàn)雨水管控，避免城市內澇，擬采取低影響設計開發(fā)思路，主要采取下凹式綠地、透水鋪裝兩種低影響開發(fā)（LID）措施進行排水設計。項目排水設計需要滿足以下要求： 項目建設完成后的可控年徑流量控制率大于75%；除此之外，道路雨水控制主要實現(xiàn)綜合調蓄排放、快速下滲的目的，且地表徑流要能夠充分匯聚至附近綠化帶，通過生態(tài)綠化介質進行凈化、排放；雨水入滲設施則可以為敷設盲管、生態(tài)介質層等，超標雨水則能夠通過溢流雨水口進行收集； 人流數(shù)量較多且交通集中路段則需要對地表徑流污染物進行預先處理， 可以在LID 設施前部位置設置相關雨水預處理結構，如鵝卵石凈化設施、雨水棄流裝置等[1]。

3 海綿城市理念排水設計分析

3.1 標準橫斷面

該次干路項目紅線規(guī)劃范圍寬度40 m， 排水設計則需要構建生態(tài)滯留設施、透水鋪裝，經(jīng)設計比選主要為下凹式綠化帶，道路標準橫斷面：透水人行道（3 m×2）+ 下凹式綠化帶（3 m×2）+ 車行道（12 m×2）+ 中央綠化分隔帶（4 m），車行道設計為雙面破，雙板塊斷面構造，標準橫斷面如圖1 所示。 車行道排水設計主要實現(xiàn)調蓄排放目標， 人行道則考慮地表徑流入滲，其中，車行道雨水徑流分別通過瀝青混凝土坡排放至車行道外側綠化帶及中間綠化分隔帶， 人行道地表徑流則能夠匯集至內側綠化帶[2]。

圖1 道路標準橫斷面示意圖（單位：m）

3.2 透水鋪裝設計

通過對項目使用功能及路面耐久性、 材料造價等多方面考慮，人行道設計需要充分結合海綿城市理念，優(yōu)化地表徑流下滲速率，擬采取透水面層+ 透水結構鋪裝進行施工[3]。 人行道結構：C40 透水步道磚 （6 cm）+ 干硬性水泥砂漿找平層（2 cm）+ 孔隙率15%砂墊層（15 cm）+ 粗砂墊層（5 cm）+ 素土夯實，步道磚整體結構滲透系數(shù)需要不小于10-4cm/s，有效孔隙率大于8%。

3.3 下凹式綠化設計

道路項目采取下凹式綠化帶進行路表徑流采集及后續(xù)預處理，下凹式綠化帶設計示意圖如圖2 所示。 為充分提升綠化帶內部的需水量及凈化效率， 綠化帶內綠化植被種植高程需要小于車行道路面表層結構20 cm，同時也要低于單側溢流雨水口高程15 cm。下凹式綠化帶能夠利用路緣石開口進行地表雨水收集，綠化帶內的蓄水水位一旦高于溢流式雨水口，溢流雨水口則會收集過量雨水至下部排水管道[4]。

圖2 下凹式綠化帶設計示意圖

3.3.1 下凹式綠地結構

下凹式綠化帶是生態(tài)滯留設施主要類型， 下凹式綠化帶能夠通過內置的生態(tài)土壤介質實現(xiàn)雨水滲濾作用， 主要由積水層、滯留層及排水層3 個層次構成。 其最上層為積水層，主要發(fā)揮地表雨水徑流的臨時控制。 通過對土壤情況、匯水面積及溢流高度進行分析，設計選取積水層厚度18 cm。 滯留層則是下凹式綠化帶的主要組成部分， 能夠實現(xiàn)暴雨季節(jié)雨水過濾及不下雨階段支持植物生長的作用。 滯留層上部則需要構建5～8 cm 厚度的覆蓋層，這有助于減少水分蒸發(fā)，設計采取90 cm 厚度的生態(tài)介質滯留層[5]。 下部排水層則采取粗砂礫構成，地表徑流通過滯留層過濾匯集至排水層，快速高效實現(xiàn)雨水排放。 此外，為確保路面結構穩(wěn)定性，需要在下凹式綠化帶及車行道結構層之間構建防滲設施， 以此避免造成路面結構水毀失穩(wěn)， 項目主要采取兩布一膜防水土工布作為結構防水設計。

3.3.2 路緣石、雨水口設計

城市道路排水設計采取LID 措施， 主要是將道路路面兩側的地表徑流通過路緣石匯集到下凹式綠化帶， 雨水能夠通過綠化帶儲蓄、凈化、排放，且多余的雨水也能夠通過溢流式雨水口直接排放至管道內。 該模式能夠充分緩解地表雨水徑流總量，是海綿城市設計的重要措施。 路緣石作為雨水通過及排放的主要載體結構，主要設置在車行道、人行道和綠化帶之間，路緣石可分為平路緣石、外露路緣石，外露路緣石則可以設計成格柵、開孔形式，如圖3 所示，開孔路緣石可以將路面橫坡所引導的地表徑流快速排入下凹式綠化帶。

圖3 開孔路緣石布置示意圖

道路雨水口則需要設計在下凹式綠化帶內部， 這明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的排水設施，溢流式雨水口可布置在路中心線、鄰近車行道側， 雨水口高程需要低于路表5 cm， 高于種植土高程15 cm，為避免污染物進入雨水口，雨水口上部需要布置截污掛籃。 溢流式雨水口設計如圖4 所示[6]。

圖4 溢流式雨水口設計示意圖

3.3.3 初期雨水棄流

初期雨水棄流處理是典型的地表徑流水質控制方式，雨水棄流裝置的設計能夠對地表徑流中的顆粒物質、 污染物進行及時篩除，從初期避免城市水環(huán)境污染。 項目主要在低影響開發(fā)設施雨水口前端設置技術處理措施， 如常見的采取小管棄流、容積法棄流等設施進行處理。

4 工程效果評價

依據(jù)相關技術規(guī)范可知，LID 設施進行城市道路排水設計時，項目具備可控制調蓄容積計算如下：項目設計全長430 m，紅線寬度范圍40 m， 則項目整體匯流面積達到了17 200 m2；其中包括人行道透水鋪裝面積2 580 m2，車行道瀝青混凝土路面結構不透水鋪裝面積為10 320 m2； 項目范圍不同類型面積下雨水徑流系數(shù)φ 經(jīng)加權計算為0.64； 項目設計調蓄容積V 經(jīng)容積法計算為251 m3；項目設計下凹式綠化帶平均深度1.3 m，積水層0.18 m，碎石層及混合土層分別為0.3 m、0.8 m，考慮到蓄水層折減系數(shù)、混合土層折減系數(shù)、碎石層折減系數(shù)、下凹式綠化帶折減系數(shù)分貝為0.5、0.2、0.5、0.6，則經(jīng)計算可控制雨量Vk小于調蓄容積的75%，滿足初始排水設計要求[7]。

5 結語

總而言之， 城市排水系統(tǒng)設計對于整個城市長期運行具有至關重要作用。 海綿城市理念作為城市排水設計重要指導，通過多類型低影響開發(fā)設施的排水設計， 能夠有效避免城市內澇災害。 海綿城市理念應用過程中，設計單位需要從多個角度進行道路項目的統(tǒng)籌分析，確保排水設計的可執(zhí)行性。 本文依托廣州市某次干路項目進行海綿城市排水設計， 主要從下凹式綠地結構及透水鋪裝兩個角度對排水效果進行分析，應用效果良好，能夠為相關工程建設提供理論參考。