“海绵城市”理念在市政道路设计中的运用分析
时间：2023-02-22 23:25:05 来源：千叶帆 本文已影响人
杨 帆
（中国市政工程中南设计研究总院有限公司, 湖北 武汉 430010）
市政道路的设计质量是其建设质量的重要前提，应当严格遵循规范的设计原则[1]：不仅要满足城市总体规划要求，避免市政道路建设和周边规划用地产生冲突，还应当密切配合其他路网现状及规划，确保可以达到城市路网层次分明、功能完善以及交通流转快捷等要求；
不仅要遵循环保节能、可持续发展的原则，还要满足城市交通功能的要求；
不仅要因地制宜，还要贯彻“海绵城市”的理念。本文就“海绵城市”理念在市政道路设计中的运用策略进行分析。
1.1 “海绵城市”理念的内涵
我国“海绵城市”建设工作开始于2014 年，其对于城市市政道路给排水产生了明显影响，不仅为合理运用城市内部水资源提供了巨大的促进作用，还可以有效缓解市政道路雨天排水受阻所引发的水污染问题。“海绵城市”理念主要是针对城市雨水管理提出的，其可以更加弹性地应对环境变化以及雨水造成的自然灾害，可以有效改善传统城市建设问题[2]。进行“海绵城市”建设时会使用较多的透水砖以及下沉式绿地等环保措施排出城市积水，从源头上分散雨水以及缓慢释放，既可以对雨水进行有效收集，还能够有效避免洪涝灾害的发生。我国十分重视“海绵城市”的建设，并且规划了长期的建设目标，具体如表1 所示。“海绵城市”理念的终极目标为建设出具有绿色、环保、生态、可持续发展特点的现代化城市。
表1 “海绵城市”建设目标
1.2 “海绵城市”理念在市政道路设计中的作用
“海绵城市”理念在市政道路设计中的应用，不仅可以对雨水初期路面污染问题进行改善，还有助于水资源利用率的提升以及有效防范洪涝灾害。降雨来临时初期雨水降落过程会对空气中的汽车尾气以及酸性气体等污染气体进行溶解，所以初期雨水具有极强的污染性。应用“海绵城市”理念开展城市建设，可以在路面或者绿化带表面设置具有合适配比的沸石、蛭石、煤渣以及陶粒等基质，可以降低雨水渗透速度，还能促进污染物的降解，并且可以对城市雨水收集效率进行提升。雨水属于一种比较容易处理的自然资源，经过科学处理达到饮用水要求之后可以作为日常用水循环利用，主要可以用来洗衣服、冲厕所，同时也可以作为消防用水，达到节约使用饮用水的效果。经过“海绵城市”处理过的雨水资源也可以用作工业生产，比如对生产机器以及工作场所进行清洗，减少工业用水量。另外，“海绵城市”理念在市政道路设计中的应用，还可以对洪涝灾害进行有效防范，主要是因为其可以对城市排水压力进行有效缓解，在降雨量超过城市雨水灌渠系统时，利用超标雨水径流排放系统排出多余水量，避免雨水堆积所引发的一系列危害，及时排出雨水还能够对设施腐蚀情况进行缓解。
现阶段，很多城市的市政道路给排水系统都存在明显的问题，大多数给排水系统都存在老旧以及功能丧失等问题，在遭遇大雨时经常发生路面积水问题。以往市政道路设计基本上以铺设沥青等材料为主，虽可以保证道路使用年限，但是在透水性方面比较差，自然界正常泥土可以将80%的雨水渗透入地下，而城市道路面只能够渗透20%的雨水，这也是造成城市雨水资源利用率低的主要原因。因此有必要将“海绵城市”理念应用至市政道路设计中，在设计过程应当遵循“海绵城市”理念的资源节约原则、环保性原则、防积水原则以及经济性原则等，主要可以从以下几方面入手运用“海绵城市”理念。
2.1 绿化带的运用
绿化带在市政道路设计中具有较大的占比，同时也发挥着重要的基础作用，为了更好地储存雨水，应当提升绿化带设计的科学性。首先应保证绿化带高度低于道路本身高度，总高度应与相关标准相符合，避免超过预定高度范围。绿化带不仅可以对空气中的粉尘进行吸收，达到净化空气的目的，同时还可以吸收雨水避免路面积水。在绿化带设计中首先需要对雨水收集问题引起重视，可以在市政道路中设置标高低于路面15cm 左右的绿化带，同时均匀设置雨水口，确保管道系统和绿化带的衔接符合相关规范要求，为雨水可以顺利进入绿化带提供保障[3]。其次，还应当关注雨水过滤问题，主要是将过滤结构层安装在绿化带位置，通过过滤提升雨水清洁度，为储存和再次使用雨水创造条件。最后，还应当重视排放设计，面对雨水量过大的情况可以利用绿化带中的溢流系统将雨水顺利排到市政管网完成循环利用。绿化带设计不仅要满足城市绿化需求，还应当满足城市雨水收集要求。
2.2 车行道的运用
在“海绵城市”理念下进行车行道设计，应深入分析行车道地面性能，并且还应对地下水高度进行充分考虑，以此为依据选择合理的渗透性材料，确保可以达到雨水渗透要求及标准，同时还应合理增加透水装置，促进车行道雨水渗透性能的提升，既有利于地下水的补充，还能够缓解路面积水所引发的路面病害问题。车行道面层与上基层设计时可采用透水材料，在对下基层设计时，应当设置非透水性材料，再配合使用市政排水管道，确保雨水可以顺利流到车行道周边绿化带以及城市雨水管网，防止路面结构层内积水，造成破坏。
2.3 人行道的运用
在应用“海绵城市”理念进行市政道路人行道设计时，应当对具有开放扩散性的路面材料进行充分利用，确保水流可以有效渗透。人行道设计采用彩色透水混凝土或透水砖，同时涂抹彩色透水涂料不仅可以预防路面积水，还能够避免雨水快速渗透，既有利于土壤水分的保持，还能够达到补充地下水储量的目的，为维持地下环境平衡提供保障。透水涂层独特的多孔结构可以在有效吸热的基础上对热能进行储存，在对路面温度进行调节的基础上，有效调整城市湿度以及温度，以降低城市热岛效应发生的概率。另一方面，透水涂层还可以利用其较高的孔隙率对城市噪音进行吸收，在一定程度上缓解城市噪音污染问题。合理应用透水涂料顶层、基层以及缓冲层，依据实际需求选择透水混凝土层或者透水砖层路面设计，可以获得不同的人行道排水效果。一般情况下，路面孔隙率与减少径流的效果呈明显的正相关关系。为了更加有效地收集雨水，对径流进行控制，合理应用凹形绿地、人工湿地、雨水蓄水池等技术，相关设计人员应在对现场进行全面调查的基础上，对人行道路面坡度进行精准计算，最大限度提升人行道的排水效率。为了实现资源的二次利用，可以将雨水收集以及净化系统设计在人行道下部，同时将砾石层设计在人行道两边，配合下部雨水收集系统再次利用雨水。以长沙市中心城区东部的西龙路“海绵城市”设计为例，主要对人行道以及非机动车道进行透水铺装，配套生态树池和下凹式生物滞留带。考虑到该城市雨季长、雨量大的特点以及城市雨水汇流的形成主要集中于城市各类建筑、设施、道路等硬质垫面下的情况，对其进行海绵化改造，确保部分雨水可以通过人行道的透水铺装下渗，对雨水年径流总量、悬浮物总量进行源头处的削减，分别对人行道和非机动车道进行透水铺装，可以将人行道透水铺装分为6cm厚的透水砖面层、3cm 厚中粗砂找平层，在两者之间设计透水土工布作为垫层。
2.4 雨水口的运用
雨水口能对路面雨水进行收集，一般将其设计在机动车道以及非机动道的边缘部位。在应用“海绵城市”理念进行雨水口设计时，应当在传统雨水口设计基础上增设截污装置，以降低和防止污染物对水体产生影响。另外，在设计过程还应利用路缘石有效连接雨水口。可以设计与市政道路高度相同的路缘石，面对大量降雨时可以顺利向周边绿化带排放雨水，为后续雨水收集创造有利条件。另外，也可以设计高于路面设计标高大约15cm 的路缘石，确保雨水可以顺着排放位置输送至雨水口内，对雨水堆积问题进行有效缓解。在实际设计过程中，可以根据具体排水要求，合理设计结构方案，对雨水径流效果进行充分考虑。
2.5 生物滞留带的运用
“海绵城市”理念十分重视生物滞留带的作用。具体地讲，生物滞留带主要是通过植被以及其他环境介质的保留和积累功能，对城市雨水进行有效收集和调节，通过增加雨水入渗减缓城市热岛效应。在设计过程一般将生物滞留带设计在道路两侧，也可以再开发绿化带，在发展生物滞留带时需要对表层植被进行覆盖。植被茂密程度与污染物去除能力呈明显正相关关系，生物滞留带可以对悬浮雨水进行有效吸收，主要需要对植被高度进行合理控制。一般设计滞留带（如图1所示）为长宽比大于3:1 的长条形，外表与一般的绿化隔离带具有较高相似度，主要功能为对路面径流进行处置，可替代停车场、道路及高速公路中间的绿化隔离带，达到净化、输送道路径流和营造景观的多重目的。滞留花坛一般高于地面，为半地下式，周边有混凝土矮墙围挡，也可以是一个预制的混凝土单元。以重庆市某条城市次干路的生物滞留带设计为例，道路路幅宽度为26m，其中人行道5.5m，设计生物滞留带设施净宽为1.5m，在斑马线处断开，并且利用溢流井连接市政雨水系统，还将环保式雨水口设计在公交停车港位置，利用路缘石侧壁的孔洞将道路雨水排到生物滞留带当中。该工程生物滞留带内的溢流口间隔控制在25～30m 之间。车行道的路缘石主要采取等间距开设豁口的形式，确保雨水可以顺着道路纵坡均匀流入滞留带，为了达到消能的效果，应当将卵石铺设在豁口处。
图1 生物滞留带设计图
2.6 边坡防护的运用
以往城市道路设计主要应用的护坡技术包括景观美化、植草、灰浆等，为了进一步增强防御效果，通常还会结合应用挡土墙、护面墙以及预制板等。应用“海绵城市”理念进行边坡护坡设计，应当以土壤类型为依据，对施工方法及工艺进行合理选择，主要可以应用的环保措施包括人造草坪、草皮平铺、草坪喷雾器以及土工网植草等。另外，还可增加边坡植被密度，对雨水积聚、水土流失、滑坡以及斜坡失稳等问题进行有效防范[4]。生态护坡技术应用过程，应增强人工与自然植被的融合性，在生态护坡中协调布置乔木、灌木以及草类植物等，确保生态护坡上的植被可以保持平衡状态。开挖石质边坡会对环境产生严重的破坏，并且难以在短时间内修复，因此应充分考虑岩层性质，以层状脉为依据对坡速进行适当降低，同时还可以将植草带铺设在坡脚处，也可以在植草带底部设计盲沟，为过滤和排出雨水创造有利条件。
综上所述，市政道路设计应遵循满足总体规划要求、可持续发展要求、城市交通功能要求、节约资源要求以及城市环境面貌要求的设计原则。面对城市市政道路所存在的一系列问题以及严重的城市内涝问题，应当注重“海绵城市”理念的应用，在绿化带、车行道、人行道、雨水口、生物滞留带以及边坡防护设计时都应合理运用“海绵城市”理念，提升城市蓄水以及净水能力。
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