“海绵城市”理念在市政道路设计中的运用分析

石 鹏,张露景

（华昕设计集团有限公司,江苏 无锡 214026）

0 引言

市政道路的设计质量是其建设质量的重要保障，应当严格遵循规范的设计原则：不仅要满足城市总体规划的要求，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。该文就“海绵城市”理念在市政道路设计中的运用策略进行分析。

1 建设海绵城市理论的意义

近年来，我国城市的暴雨、内涝灾害频繁发生，对农业、工业、交通等社会经济产生了巨大的影响。根据调查结果，70%以上的城市在暴雨和泄洪的双重作用下，内涝的发生频率逐年增加，这是一个刻不容缓的问题。造成城市内涝的原因，既有气候因素，也有城市建设因素。从气候角度看，主要是因为全球变暖、降水分配不均、台风等自然灾害频繁发生。降雨的突然增加导致了城市的积水；从城市建设的角度来看，主要是因为城市道路的硬化区域太大，绿化面积太小，导致了城市道路的通水量不足。整个城市的吸水性和排水性都很差，造成了降雨季节的雨水大量积累，产成了积水，对社会产生了诸多不利的影响[1]。

2 海绵城市的概念

海绵城市是一座可以像海绵那样具备相对高的灵活性的城市，打破了以往“以排为主”的城市雨水治理模式，依托于道路、水系等多种基本设计，可以很好地适应环境的改变，同时兼顾各个功能的使用和维护。最大限度地降低对环境的损害，不仅可以防止洪水的产生，还可以实现雨水资源化，使水资源得到有效的利用，从而可以调整水的生态平衡，并使地下水得到有效的恢复[2]。在海绵城市建设中，首要的原则就是以生态为本，采取一系列措施把自然和人为的有机结合起来，以确保城市的正常排水；尽量做到城市雨水的蓄积、渗透、净化，以实现城市雨水资源的循环再利用和生态环境的保护。在建设和设计中，必须协调自然降水、地下水、地表水三者的关系，并尽可能实现循环、协调供水。海绵城市建设的关键在于解决城市发展过程中遇到的降雨问题，既有因雨水流动而导致的缺水问题，也有因降雨而导致的积水问题。

3 海绵城市道路排水设计要素

3.1 渗

传统的城市道路通常以硬面铺装为主，会破坏原有的水文生态环境。为了满足海绵城市道路“渗”的要求，需要将硬化路面改为透水型的水泥或沥青混凝土路面，这样雨水落下可通过透水路面排至地下水，在雨水渗透期间还可以通过其他LID 设施将雨水净化。

3.2 蓄

目前全球水资源整体比较匮乏，而雨水是重要的水资源之一。海绵城市的“蓄”就是将降雨蓄积起来，以供后期使用。但是在蓄积雨水时，不应破坏原有生态，否则可能会积水成灾。城市常用的蓄水设施有蓄水模块和蓄水地下池。蓄水模块属于预制结构，一般是用防水布包裹埋于地下，并在内部安装进出水管，水泵和检查井才能投入运营；蓄水地下池是直接在地下开挖的一种雨水储存装置。

3.3 滞

海绵城市中“滞”的理念是通过雨水花园、雨水塘等设施将雨水滞留，降低地表雨水径流。其中雨水花园是指在道路周围绿草地区域内部栽植各种花草，花草的根部不仅可以滞留雨水，还可以吸收雨水中的阴阳离子；雨水塘一般是利用现有鱼塘或池塘建造，可作为雨水流经路径的终点。同时，在雨水塘还要种植一些耐湿的草本或灌木护坡[3]。

3.4 净

雨水流经市政道路沿线各个LID 设施后都可能被净化。按照雨水收集区域的不同，可将海绵城市雨水净化体系划分为三大类，即居住区净化、工业园区净化、市政公共区域净化；按照雨水净化原理的不同，可划分为土壤渗透净化、人工湿地净化、生物净化，其中人工湿地净化雨水效果最好。人工湿地包括湿地植物、湿地填料、卵石滤水层等部分。经过上行流池和下行流池两次净化后才能排到下游清水池。

3.5 用

雨水在经过渗、蓄、滞、净等流程后，可用于建筑施工、绿化灌溉、洗车、抽水马桶、消防等领域，以达到节约用水的目的，并缓解城市洪涝灾害的冲击。

4 “海绵城市”理念在市政道路设计中的运用策略

4.1 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。机动车道与非机动车道的道路雨水可以通过路面横向坡度向机非隔离带中排放。

绿化带的设计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下凹式绿化带，下凹绿化带标高低于临近路缘石20～25 cm，路缘石采用开口路缘石，确保管道系统和绿化带的有效衔接，为雨水可以顺利进入绿化带提供保障。当周边道路雨水进入下凹绿地中时，应在入口处布置消能设施。其次，还应当关注雨水过滤问题，主要是将过滤结构层布置在下凹式绿化带位置，由上向下可以采用透水土壤、人工填料层、级配碎石或其他有渗透作用的基础结构材料，在碎石层中应铺设透水盲管并连接到下凹绿地中布置的溢流设施，遇到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[4]。

4.2 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，在对下基层进行设计时，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。

4.3 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声进行吸收，在一定程度上缓解城市噪声污染问题。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6 cm 厚的透水砖面层、3 cm 厚的中粗砂找平层，在两者之间设计透水土工布作为垫层。在最底部的人行道基层中结合排水管道和排水井设计渗透盲管，保证透水铺装的有效渗透和排水[5]。

4.4 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。也可以设计高于路面设计标高大约15 cm 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。

常见雨水口选型经常出现一些错误，孔径又小又少，虽然截污能力较强，但极易堵塞，从而导致内涝风险。所以，雨水口要结合项目和雨水流量合理选型。

4.5 生物滞留带的运用

生物滞留带的设计是满足“海绵城市”思想的关键方法，可借助优化设计植被的方式，将雨水进行高效滞留与储存，利用生物原理对雨水加以净化。针对城市环境较为温和的特征，在平均降水量较多的地区可加强对生物滞留带的设计，提升水处理能力，达到雨水蓄调的目的，增加雨水在市政道路中的渗透面积，保障城市生态环境的多样性。绿化带属于生物滞留带中的重要组成部分，设计人员应当考虑到城市水循环系统的运行，按照城市每年的降水特点全面开展设计工作，如降水季节、降水量、蒸发量等有关参数，设计出渗透功能更强的绿化带。在降水之时，雨水通常会经由道路表面、路缘石等进入绿化带中，对景观植物完成灌溉，其他雨水则会经由溢流管直接流往地下排水系统中，形成立体式排水机制。机动车道和非机动车道间要设计好滞留带，便于将路面的积水经由绿化带加以引流处理，进入到排水沟、下沉式绿地区域中实现路面积水迅速排出的目标。道路两侧可考虑种植耐寒类植物，如旱柳、水杉等，可起到强化道路排水性能、提升城市美观度、营造和谐生态环境的作用[6]。

除此之外，设计人员还应该关注净化装置的使用，对水资源进行净化，采用物理、化学、生物方法综合运用的理念，降低各类污染物的产生，按照道路的定位、排水性能、景观建设的实际情况加以设计，能够在雨水下渗中对水资源进行净化处理，优化水质，而对于超过道路渗透能力部分的水资源可汇集在蓄水设备中，再经由雨水管道系统进行处理即可。

4.6 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，为了进一步增强护坡效果，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，采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。生态护坡技术在应用过程中，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。

边坡设计不宜采用垂直边坡，需经结构设计校核，与景观、结构专业配合，起到边防防护的同时，满足安全需求和景观视觉的享受。

海绵城市能否起到有效作用，最关键的是找到整个建设项目的内涝风险点，根据道路低点，划分具体的汇水分区。根据片区雨洪模拟计算，在下游雨水畅通的情况下，50/100年一遇暴雨时，道路存在几个内涝风险点。根据内涝风险点的具体位置选择合适的海绵设施，设计满足所需的调蓄容积，从而达到“真”海绵的作用。

5 结语

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。