魏國(guó)容

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

隨著現(xiàn)階段不透水鋪裝覆蓋面逐漸擴(kuò)大，自然水文環(huán)境被嚴(yán)重破壞，高強(qiáng)降雨天氣極易引起城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)崩潰，從而導(dǎo)致內(nèi)澇發(fā)生[1-3]。海綿城市建設(shè)理念和低影響開(kāi)發(fā)（LID）理論由此提出。利用土壤及水文自然途徑維護(hù)自然水質(zhì)，并通過(guò)低影響小規(guī)模措施對(duì)徑流雨水進(jìn)行控制，避免內(nèi)澇問(wèn)題的出現(xiàn)[4-5]。

國(guó)內(nèi)外已針對(duì)低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)在城市雨洪優(yōu)化方面展開(kāi)了諸多研究。王書(shū)敏等[6-7]針對(duì)綠色屋頂這一低影響開(kāi)發(fā)措施進(jìn)行了研究，認(rèn)為綠色屋頂可以有效緩解酸雨，凈化雨水徑流水質(zhì)。馬姍姍等[8-9]針對(duì)生物滯留池方案的增滲及雨污凈化能力進(jìn)行了研究，認(rèn)為其降低徑流量能力相較平凸綠地有著明顯優(yōu)勢(shì)。在與道路相關(guān)的透水鋪裝低影響開(kāi)發(fā)措施方面也有一定的研究基礎(chǔ)，龔應(yīng)安等[10-11]主要研究了透水鋪裝對(duì)降低徑流、鋪裝增滲方面的能力。趙現(xiàn)勇[12]則重點(diǎn)考慮了透水鋪裝層的結(jié)構(gòu)設(shè)置對(duì)污染物處置能力的影響情況。

綜上所述，現(xiàn)有針對(duì)低影響開(kāi)發(fā)措施的研究主要集中在對(duì)徑流污染物的處置及雨水徑流量削減方面，而針對(duì)低影響開(kāi)發(fā)措施在道路設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用研究仍有著較大空白。本文將依托低影響開(kāi)發(fā)理論對(duì)城市道路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在探索出適用的低影響開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案，為海綿城市建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 城市道路設(shè)計(jì)特征

1.1 試點(diǎn)區(qū)概況

我國(guó)部分城市道路、河網(wǎng)交錯(cuò)密布，本文以浙江紹興某試點(diǎn)區(qū)為例，進(jìn)行城市道路設(shè)計(jì)特征分析。該區(qū)水域面積占比為13.8%，河道占比為3.1 km/km2。區(qū)域內(nèi)城市道路總長(zhǎng)度為104.6 km，包含雨水管口228 個(gè)，平均每458 m 道路設(shè)有一雨水管口，超量徑流雨水采用漫流入江河的方法排除，最大限度降低內(nèi)澇可能性。

該區(qū)分布有大量綠地，其整體布置情況如圖1 所示。綠地設(shè)置于河道網(wǎng)絡(luò)、道路網(wǎng)絡(luò)之間，按照綠地面積大小可設(shè)計(jì)為濱河綠化帶、城市公園等，其空間分布可為道路排水提供便捷條件。

圖1 綠地空間分布示意圖

該試點(diǎn)區(qū)雨水管口分布密度相對(duì)較小，卻存在豐富的綠地。以DHI MIKE 計(jì)算軟件模擬評(píng)估試點(diǎn)區(qū)的排水能力，發(fā)現(xiàn)：58.36%的管道重現(xiàn)期小于6 個(gè)月，71.03%的管道重現(xiàn)期小于24 個(gè)月，該試點(diǎn)區(qū)的整體管道排水能力相對(duì)較弱。

統(tǒng)計(jì)試點(diǎn)區(qū)模擬的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)：設(shè)置30 a 一遇的降雨標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)面積達(dá)35.94 hm2，低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)及高風(fēng)險(xiǎn)面積占比分別為1.31%、0.54%、0.21%。如果能保證內(nèi)河水位處于安全范圍，則試點(diǎn)區(qū)中心位置不易產(chǎn)生內(nèi)澇狀況。

1.2 城市道路設(shè)計(jì)要求

該試點(diǎn)區(qū)除面臨管網(wǎng)排水能力欠缺的問(wèn)題外，還存在面源污染大的情況。為有效利用試點(diǎn)區(qū)豐富的綠地條件，對(duì)城市道路設(shè)計(jì)提出以下要求：

（1）因地制宜地利用道路范圍內(nèi)綠地儲(chǔ)排水空間，從徑流直排模式轉(zhuǎn)化為低影響開(kāi)發(fā)措施綜合利用，增加徑流排水路徑長(zhǎng)度，除排水外，增添滲水、蓄水等功能，限制徑流峰值。

（2）充分利用路面橫斷面、縱斷面、路基及路面優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升城市道路系統(tǒng)排水能力。

2 道路工程低影響開(kāi)發(fā)措施

結(jié)合城市道路設(shè)計(jì)要求，試點(diǎn)區(qū)在道路設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮低影響開(kāi)發(fā)措施：一是選取徑流控制效果佳的方案，包括透水瀝青路面、透水混凝土路面、透水磚鋪裝及下沉式綠地等單項(xiàng)設(shè)施；二是選取去除徑流污染物較佳的低影響開(kāi)發(fā)措施，包括植被緩沖帶、植草淺溝等。

3 低影響開(kāi)發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論

3.1 道路雨水低影響開(kāi)發(fā)系統(tǒng)

傳統(tǒng)道路設(shè)計(jì)方法將道路分為不同等級(jí)、不同斷面，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合低影響開(kāi)發(fā)理論，進(jìn)一步劃分道路紅線范圍，即紅線范圍外和紅線范圍內(nèi)。

城市道路設(shè)計(jì)中，橫斷面包含機(jī)動(dòng)車(chē)道、非機(jī)動(dòng)車(chē)道、機(jī)非分隔帶、人行道、中央分隔帶等，結(jié)合低影響開(kāi)發(fā)理論，合理設(shè)置各處徑流分流設(shè)施（見(jiàn)圖2），設(shè)置紅線內(nèi)低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施（見(jiàn)表1）。

圖2 橫斷面低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施示意圖

表1 紅線內(nèi)低影響開(kāi)發(fā)措施對(duì)應(yīng)表

道路雨水低影響開(kāi)發(fā)系統(tǒng)總體布置情況如圖3所示。

圖3 道路雨水低影響開(kāi)發(fā)系統(tǒng)總體布置圖

紅線外的道路下墊面常見(jiàn)3 類，即濱河綠化帶、開(kāi)放綠地以及硬化地面。針對(duì)濱河綠化帶的低影響開(kāi)發(fā)措施有生物滯留帶、植草淺溝等；針對(duì)開(kāi)放綠地的低影響開(kāi)發(fā)措施有雨水濕地、雨水塘和生物滯留帶等；針對(duì)硬化地面的低影響開(kāi)發(fā)措施有透水混凝土及透水磚等。

3.2 道路排水與雨水銜接系統(tǒng)

綜合利用低影響開(kāi)發(fā)理論，對(duì)坡面坡向、分隔帶位置以及橫斷面型式進(jìn)行空間綜合設(shè)計(jì)。為有效銜接道路排水與雨水系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中引入雨水排水設(shè)施及引流設(shè)施。

（1）雨水排水設(shè)施

雨水排水設(shè)施這一低影響開(kāi)發(fā)措施，能夠很好地銜接道路排水與雨水系統(tǒng)，常見(jiàn)的手段有溢流雨水口和導(dǎo)流管。

溢流雨水口常和生物滯留池綜合利用，當(dāng)洪峰徑流量超限較多，可實(shí)現(xiàn)溢流排水，一般設(shè)置于匯水面最低高度位置，其頂部略低于路面35～45 mm，同時(shí)應(yīng)超出綠地面55～95 mm。溢流雨水口的排水能力直接決定了其服務(wù)匯水面積，其過(guò)流量要在雨水管設(shè)計(jì)重現(xiàn)期流量的2 倍左右，并依照當(dāng)?shù)貎?nèi)澇防治要求進(jìn)行檢核。雨水口要設(shè)置截污設(shè)備，例如截污籃等，防止溢流污染物直接排放到周邊場(chǎng)地。

導(dǎo)流管的主要作用體現(xiàn)在增滲和雨水回收，常與透水鋪裝、植草淺溝、生物滯留池配合使用。導(dǎo)流管的管徑和布置密度應(yīng)大于設(shè)施最大入滲量，可通過(guò)計(jì)算確定。計(jì)算形式應(yīng)視情況分別選取孔口自由出流、孔口淹沒(méi)出流兩種計(jì)算形式。導(dǎo)流管埋管坡度應(yīng)因地制宜確定，通常坡度大于0.005。

（2）雨水引流設(shè)施

雨水引流設(shè)施包含側(cè)石進(jìn)水口和機(jī)非分隔帶過(guò)水設(shè)施。

為確保路面徑流能夠順利排至分隔帶的各項(xiàng)低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施中，要在側(cè)石處設(shè)置進(jìn)水口，其設(shè)置數(shù)量要綜合考慮每個(gè)進(jìn)水口的進(jìn)水量及路面匯水量。側(cè)石進(jìn)水口的設(shè)置通常情況下為均勻排列，但當(dāng)?shù)缆方?jīng)過(guò)低洼處時(shí)可適當(dāng)增加其設(shè)置密度。要保證單個(gè)進(jìn)水口具備足夠的寬度，以防被樹(shù)葉等物堵塞，從而影響進(jìn)水能力，其具體尺寸設(shè)置可利用堰流公式進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。

部分機(jī)非分隔帶寬度較窄，無(wú)法在其中設(shè)置低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施。機(jī)動(dòng)車(chē)道徑流雨水需引流至紅線外相關(guān)低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施內(nèi)，機(jī)非分隔帶過(guò)水設(shè)施由此產(chǎn)生，徑流雨水可通過(guò)其穿越。機(jī)非分隔帶過(guò)水設(shè)施密度同樣需考慮其服務(wù)道路匯水面匯水總量、過(guò)水設(shè)施自身的過(guò)水能力，通常情況下為均勻排列，但在低洼路段可適當(dāng)增加其設(shè)置密度。其流量計(jì)算方法采用明渠均勻流公式。

3.3 道路路面排水系統(tǒng)

城市道路路面綜合排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，需將大排水系統(tǒng)、防洪系統(tǒng)、灌渠排水系統(tǒng)以及低影響開(kāi)發(fā)系統(tǒng)等綜合調(diào)用，從而最終實(shí)現(xiàn)降低城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)、阻滯面源徑流污染物等目標(biāo)。大排水系統(tǒng)是海綿城市建設(shè)的重要組成部分，可以有效解決徑流雨水超流量排放問(wèn)題，常利用調(diào)蓄設(shè)施和排放管理協(xié)同設(shè)計(jì)，從而控制徑流雨水超流量排放。具體的排放措施包含生態(tài)溝渠、路面鋪裝等。3 類大排水系統(tǒng)構(gòu)建類型如圖4 所示。

圖4 大排水系統(tǒng)示意圖

4 城市道路優(yōu)化設(shè)計(jì)

本文結(jié)合傳統(tǒng)城市道路設(shè)計(jì)理念和海綿城市背景下的低影響開(kāi)發(fā)理念特征，從4 個(gè)方面對(duì)城市道路設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合優(yōu)化。

4.1 橫斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)

相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，分隔帶寬度設(shè)計(jì)除考慮道路規(guī)范及城市規(guī)劃要求外，還需密切結(jié)合低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施的寬度要求進(jìn)行綜合考慮。

考慮到城市道路景觀設(shè)計(jì)，機(jī)非分隔帶寬度一般應(yīng)大于3 m，若其寬度小于3 m，則無(wú)法合理設(shè)置下凹式樹(shù)帶。若人行道外側(cè)布有低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施，可通過(guò)調(diào)整人行道橫坡排放朝向，引導(dǎo)雨水徑流排入上述低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施內(nèi)，在機(jī)動(dòng)車(chē)道和非機(jī)動(dòng)車(chē)道間設(shè)置預(yù)埋管件。

4.2 縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)

除了考慮城市道路總體標(biāo)高要求、規(guī)范要求外，道路縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧道路兩側(cè)用地低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施，優(yōu)先利用橫坡、縱坡將路面徑流引入綠地，而城市道路最低處應(yīng)靠近水體。

進(jìn)行縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)：一要考慮將綠地設(shè)置在局部最低處，實(shí)現(xiàn)徑流雨水的分散控制；二要利用城市河網(wǎng)，通過(guò)道路豎向系統(tǒng)在近水體處形成低洼點(diǎn)。優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖5 所示。

圖5 縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖

4.3 路基優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于低影響開(kāi)發(fā)的城市道路路基優(yōu)化設(shè)計(jì)，其重點(diǎn)在于降低地下水沖刷和地表水下滲。浸水部路基填料應(yīng)選取清骨料，設(shè)置碎石層，防止毛細(xì)水上涌。在低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施和道路主體間設(shè)置防水層。防水層與路面的搭接端布設(shè)于側(cè)平石下部，防水層向下延伸長(zhǎng)度應(yīng)不小于50 cm。路基優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 路基優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖

4.4 路面優(yōu)化設(shè)計(jì)

較為理想的海綿城市建設(shè)理念應(yīng)在道路建設(shè)初期就將各類透水鋪裝路面材料應(yīng)用起來(lái)。本文推薦，機(jī)動(dòng)車(chē)道可采用透水瀝青路面，非機(jī)動(dòng)車(chē)道可采用透水瀝青路面或透水混凝土路面，人行道可采用透水磚鋪裝。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)城市因不透水鋪裝面積過(guò)大引起的排水能力不足、城市內(nèi)澇等問(wèn)題，本文提出利用低影響開(kāi)發(fā)措施，對(duì)城市道路進(jìn)行綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。在整體道路排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，重點(diǎn)考慮雨水徑流引導(dǎo)，并與常規(guī)道路設(shè)計(jì)手段相結(jié)合，對(duì)城市道路橫斷面、縱斷面、路基及路面進(jìn)行具體優(yōu)化設(shè)計(jì)。探索出的低影響開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案，可為海綿城市建設(shè)提供借鑒。