李萬百，董平洋，熊煥偉

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津市300381）

0 引 言

黨的“十八大”報告明確提出“面對資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢，必須樹立尊重自然、順應(yīng)自然、保護自然的生態(tài)文明理念，把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位”。習(xí)總書記關(guān)于“加強海綿城市建設(shè)”的講話中指出，建設(shè)生態(tài)文明，關(guān)系人民福祉，關(guān)乎民族未來。自2013年12月，中央城鎮(zhèn)化工作會議要求以來，我國大力推進海綿城市建設(shè)。2015年10月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推進海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》，部署推進海綿城市建設(shè)工作，從總體要求、規(guī)劃實施，統(tǒng)籌建設(shè)、政策支持、組織落實等方面提出要求。

1 建設(shè)背景

在此背景下，滕州高鐵新區(qū)管委會高度重視海綿城市建設(shè)工作，組織編制了《海綿城市詳細(xì)規(guī)劃》。根據(jù)規(guī)劃，到2020年城市建設(shè)區(qū)20%以上面積達到75%年徑流總量控制率的目標(biāo)，到2030年城市建成區(qū)80%以上面積達到海綿城市要求目標(biāo)。

在新區(qū)項目建設(shè)的過程當(dāng)中，各相關(guān)建設(shè)單位堅持以海綿理念為指導(dǎo)，加強對城市生態(tài)格局的保護和城市低影響開發(fā)建設(shè)。將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護。

城市道路雨水徑流量大，污染嚴(yán)重，是城市污染主要來源。使城市道路徑流雨水通過有組織的匯流與轉(zhuǎn)輸，經(jīng)截污等預(yù)處理后引入道路紅線內(nèi)、外綠地，并通過設(shè)置在綠地內(nèi)的以雨水滲透、儲存、調(diào)節(jié)等為主要功能的低影響開發(fā)設(shè)施進行處理，能夠有效對徑流中的污染物進行去除。因此，城市道路低影響開發(fā)雨水綜合利用對緩解城市洪澇災(zāi)害、控制面源污染、改善城市河湖水質(zhì)具有重要意義。

2 技術(shù)原理

海綿城市設(shè)計就是要采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”的措施，使雨水盡可能的在原地蒸發(fā)、下滲、消納。道路海綿設(shè)計就是要盡量使徑流雨水經(jīng)透水路面、下沉綠地等海綿設(shè)施處理、消納后再進行排放。徑流在流經(jīng)海綿設(shè)施時，通過過濾、攔截、吸附、下滲等作用，使得徑流中的大部分污染物的得到有效去除，從而有效減輕徑流面源污染負(fù)荷，保護城市水環(huán)境。

低影響開發(fā)技術(shù)按主要功能一般可分為滲透、儲存、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸、截污凈化等幾類，往往具有補充地下水、集蓄利用、削減峰值流量及凈化雨水等多個功能。通過各類技術(shù)的組合應(yīng)用，可實現(xiàn)徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等目標(biāo)。

道路海綿城市徑流組織流程圖如圖1所示。透水和不透水路面、產(chǎn)生的雨水徑流由植草溝進行轉(zhuǎn)輸至滲井、雨水花園、滲透塘等滯留型海綿設(shè)施內(nèi)進行下滲、蒸發(fā)、凈化處理。超量的雨水徑流通過溢流井溢流至雨水排水系統(tǒng)，排入受納水體。對于沒有建設(shè)滯留型等復(fù)雜海綿設(shè)施的道路，可將道路內(nèi)的中央分隔帶、機非隔離帶等綠地下沉，做成下凹綠地。雨水徑流通過下凹綠地下滲、蒸發(fā)、凈化后溢流進入市政排水系統(tǒng)。

圖1 道路海綿城市徑流組織系統(tǒng)流程圖

3 典型設(shè)施

道路工程常用的海綿設(shè)施包括透水鋪裝、下沉綠地（又叫下凹綠地）、生物滯留設(shè)施、植草溝、滲透塘等[1]。

3.1 透水鋪裝

概念與構(gòu)造：透水鋪裝按照面層材料不同可分為透水磚鋪裝、透水水泥混凝土鋪裝和透水瀝青混凝土鋪裝，嵌草磚、園林鋪裝中的鵝卵石、碎石鋪裝等也屬于滲透鋪裝。

透水磚鋪裝典型構(gòu)造如圖2所示。

圖2 透水鋪裝典型結(jié)構(gòu)示意圖

透水磚鋪裝和透水水泥混凝土鋪裝主要適用于廣場、停車場、人行道以及車流量和荷載較小的道路，如建筑與小區(qū)道路、市政道路的非機動車道等，透水瀝青混凝土路面還可用于機動車道。

透水鋪裝適用區(qū)域廣、施工方便，可補充地下水并具有一定的峰值流量削減和雨水凈化作用，但易堵塞，寒冷地區(qū)有被凍融破壞的風(fēng)險。

3.2 下沉式綠地

下沉式綠地具有狹義和廣義之分，狹義的下沉式綠地指低于周邊鋪砌地面或道路在200 mm以內(nèi)的綠地；廣義的下沉式綠地泛指具有一定的調(diào)蓄容積（在以徑流總量控制為目標(biāo)進行目標(biāo)分解或設(shè)計計算時，不包括調(diào)節(jié)容積），且可用于調(diào)蓄和凈化徑流雨水的綠地，包括生物滯留設(shè)施、滲透塘、濕塘、雨水濕地、調(diào)節(jié)塘等。

狹義的下沉式綠地典型構(gòu)造如圖3所示。

圖3 狹義的下沉式綠地典型構(gòu)造示意圖

下沉式綠地可廣泛應(yīng)用于城市建筑與小區(qū)、道路、綠地和廣場內(nèi)。狹義的下沉式綠地適用區(qū)域廣，其建設(shè)費用和維護費用均較低，但大面積應(yīng)用時，易受地形等條件的影響，實際調(diào)蓄容積較小。

3.3 生物滯留設(shè)施

生物滯留設(shè)施是指在地勢較低的區(qū)域，通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水的設(shè)施。生物滯留設(shè)施分為簡易型生物滯留設(shè)施和復(fù)雜型生物滯留設(shè)施，按應(yīng)用位置不同又稱作雨水花園、生物滯留帶、高位花壇、生態(tài)樹池等。

按照是否對土層進行換填，可分為簡易型和復(fù)雜型生物支流設(shè)施。簡易型和復(fù)雜型生物滯留設(shè)施典型構(gòu)造如圖4、圖5所示。

圖4 簡易型生物滯留設(shè)施典型構(gòu)造示意圖

圖5 復(fù)雜型生物滯留設(shè)施典型構(gòu)造示意圖

生物滯留設(shè)施形式多樣、適用區(qū)域廣、易與景觀結(jié)合，徑流控制效果好，建設(shè)費用與維護費用較低，但地下水位與巖石層較高、土壤滲透性能差、地形較陡的地區(qū)，應(yīng)采取必要的換土、防滲、設(shè)置階梯等措施避免次生災(zāi)害的發(fā)生，將增加建設(shè)費用。

3.4 植草溝

植草溝是指種有植被的地表溝渠，可收集、輸送和排放徑流雨水，并具有一定的雨水凈化作用，可用于銜接其他各單項設(shè)施、城市雨水管渠系統(tǒng)和超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)。除轉(zhuǎn)輸型植草溝外，還包括滲透型的干式植草溝及常有水的濕式植草溝，可分別提高徑流總量和徑流污染控制效果。

轉(zhuǎn)輸型三角形斷面植草溝的典型構(gòu)造如圖6所示。

圖6 轉(zhuǎn)輸型三角形斷面植草溝典型構(gòu)造示意圖

植草溝適用于建筑與小區(qū)內(nèi)道路、廣場和停車場等不透水面的周邊、城市道路及城市綠地等區(qū)域，也可作為生物滯留設(shè)施、濕塘等低影響開發(fā)設(shè)施的預(yù)處理設(shè)施。植草溝也可與雨水管渠聯(lián)合應(yīng)用，場地豎向允許且不影響安全的情況下也可代替雨水管渠。

植草溝具有建設(shè)及維護費用低，易與景觀結(jié)合的優(yōu)點，但已建城區(qū)及開發(fā)強度較大的新建城區(qū)等區(qū)域易受場地條件制約。

（5）滲透塘

滲透塘是一種用于雨水下滲補充地下水的洼地，具有一定的凈化雨水和削減峰值流量的作用。

滲透塘典型構(gòu)造如圖7所示。

圖7 滲透塘典型構(gòu)造示意圖

滲透塘適用于匯水面積較大（大于1 hm2）且具有一定空間條件的區(qū)域。滲透塘可有效補充地下水、削減峰值流量，建設(shè)費用較低，但對場地條件要求較嚴(yán)格，對后期維護管理要求較高。

4 道路海綿設(shè)計方案

4.1 道路概況

為了滿足新區(qū)海綿建設(shè)指標(biāo)要求，新區(qū)內(nèi)的道路因地制宜采用了海綿設(shè)計。飛龍大道是區(qū)內(nèi)南北走向的一條主干道，全長約1 620 m。主干路采用瀝青混凝土路面，人行道采用透水路面。

道路橫斷面具體布置如下：2.5 m人行道+3.5 m非機動車道（人非共板）+2.5 m（下凹側(cè)分帶）+11 m（機動車道）+3 m（中央分隔帶）+11 m（機動車道）+2.5 m（下凹側(cè)分帶）+3.5 m非機動車道（人非共板）+2.5 m人行道，道路實施范圍寬度為42 m。道路標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖8所示。

圖8 橫斷面圖（單位：m）

地質(zhì)構(gòu)造為沖、洪積成因，平原地貌單元。地層上覆第四系沖洪積地層，下伏寒武系石灰?guī)r及燕山晚期侵入花崗片麻巖，花崗片麻巖與石灰?guī)r的關(guān)系為侵入接觸。由地表向下依次為不同厚度的耕土、素填土、粉質(zhì)粘土、砂巖和花崗巖等。地下水位埋深1.80～5.30 m，其地下水位在不同季節(jié)變化幅度約為±1.50 m。本場地的干燥度指數(shù)小于1.50，場地環(huán)境類型為Ⅱ類。

4.2 海綿措施

人行道采用了透水鋪裝結(jié)構(gòu)，下設(shè)15 cm的透水水泥穩(wěn)定碎石和20 cm透水級配碎石。在級配碎石層內(nèi)設(shè)置有排水管。非機動車道表面采用了透水瀝青混凝土面層，底部是不透水的基層。機動車道為不透水瀝青路面。路面結(jié)構(gòu)做法圖如圖9所示。

圖9 路面結(jié)構(gòu)做法圖

4.3 設(shè)計方案

4.3.1 雨水徑流路徑組織設(shè)計

雨水徑流組織流程圖如圖10所示。機動車道和非機動車道的雨水徑流通過路邊設(shè)置的導(dǎo)流模塊經(jīng)過帶豁口的側(cè)石，流入設(shè)置在中央分隔帶或機非隔離帶內(nèi)的沉淀槽沉淀后溢流進入綠地。在綠地內(nèi)進行下滲、蒸發(fā)、凈化，超量雨水經(jīng)雨水口溢流進入市政管道中排放。入滲的雨水在種植土礫石中存儲，并向地下進一步下滲，超量雨水經(jīng)過多孔管收集進入市政雨水管中排放。

圖10 道路雨水徑流組織流程圖

4.3.2 海綿設(shè)施設(shè)計

（1）海綿設(shè)施布置

飛龍大道將機非分隔帶內(nèi)設(shè)置成下沉綠地。在道路側(cè)石設(shè)置有開口，在開口旁綠地內(nèi)設(shè)置有預(yù)沉池。雨水經(jīng)道路側(cè)石開口進入預(yù)沉池沉淀后，溢流進入下沉綠地。雨水在下沉綠地內(nèi)轉(zhuǎn)輸過程中，下滲、過濾、蒸發(fā)。超量雨水經(jīng)設(shè)置在綠地內(nèi)的溢流井溢流至市政管網(wǎng)。

海綿設(shè)施平面布置圖如圖11所示。

圖11 海綿設(shè)施平面布置圖（單位：m）

（2）道路海綿設(shè)計

機非分隔帶綠地做成下沉綠地，設(shè)計將雨水引入側(cè)分帶中，沿道路縱坡方向，在側(cè)分帶路緣石開豁口，豁口的間距依據(jù)道路的縱坡情況設(shè)定。在豁口外側(cè)設(shè)置預(yù)制混凝土導(dǎo)流模塊，引導(dǎo)雨水進入側(cè)分帶綠地中。在路緣石內(nèi)側(cè)設(shè)置預(yù)沉池，初期沉淀雨水，然后流入生物滯留帶中消納（見圖12、圖13）。

圖12 下沉綠地做法圖

圖13 道路豁口與預(yù)沉池實物圖（單位：m）

下沉綠地結(jié)構(gòu)斷面如圖14所示。下沉深度200 mm，設(shè)置1 m厚種植土，種植土下方設(shè)有250厚礫石蓄水層。

圖14 下沉綠地做法圖

5 徑流量核算

5.1 徑流控制量計算方法

根據(jù)《滕州高鐵新區(qū)海綿城市詳細(xì)規(guī)劃》，滕州新區(qū)不同年徑流總量控制率對應(yīng)的設(shè)計降雨量如表1所示。

表1 徑流總量控制率與降雨量關(guān)系表

為檢驗道路工程海綿指標(biāo)落實情況，需要核算徑流控制降雨量是否滿足規(guī)劃的要求。通過核算道路工程設(shè)計控制的徑流量，反推出所控制的徑流量對應(yīng)的年徑流總量控制率的百分比。

徑流控制總量包括兩部分，即本底控制量V1和海綿容積控制量V2。徑流控制總量V控按下式計算：

式中：H為實際控制降雨量mm，ψ為綜合徑流系數(shù)，F(xiàn)為匯水面積m2，Vi為各種海綿設(shè)施的調(diào)蓄容積m3。

通過比較實際徑流控制總量與規(guī)劃要求控制降雨量對應(yīng)的控制容積，即可得到徑流控制是否滿足規(guī)劃的控制要求。

5.2 徑流控制量評價結(jié)論

統(tǒng)計道路各下墊面的面積，如表2所示。

表2 道路下墊面統(tǒng)計表

對道路工程各下墊面徑流系數(shù)進行加權(quán)平均，計算得到道路綜合徑流系數(shù)，并計算海綿設(shè)施調(diào)蓄的容積，從而可以推求出本工程控制的降雨量及徑流控制率。海綿調(diào)蓄容積的計算，考慮了海綿設(shè)施底部結(jié)構(gòu)礫石層的蓄水容積。

計算過程如表3所示。

表3 徑流核算指標(biāo)表

由表4可知，通過低影響開發(fā)設(shè)計，飛龍大道綜合徑流系數(shù)為0.68，海綿總調(diào)蓄容積為691 m3,實際控制雨量為45.13 mm，對應(yīng)年徑流總量控制率為85.5%,滿足道路年徑流總量控制率的目標(biāo)。

表4 徑流總量控制核算表

通過模擬核算，目標(biāo)降雨情景下（對應(yīng)降雨量29.8 mm），傳統(tǒng)開發(fā)模式下，道路最大產(chǎn)流量為70.43 m3/5 min，而設(shè)置海綿設(shè)施后，沒有徑流外排（如圖15、圖16所示）。

圖15 目標(biāo)降雨情景下有無海綿設(shè)施徑流過程

圖16 道路竣工實景

6 結(jié)論

通過合理的措施，經(jīng)過幾年的運行情況，海綿城市設(shè)計在滕州高鐵新區(qū)多條主干路取得了良好的效果，實現(xiàn)了初雨不污染，大雨消緩徑流峰值，暴雨不積水，綠化帶有效儲水，滿足了規(guī)劃要求，上述措施均可以安全的在道路設(shè)計中采用，同時機動車道路面上取消了雨水口設(shè)置，大大提升了路面景觀效果。

項目應(yīng)用中可根據(jù)工程實際情況對海綿措施進行組合選擇。將海綿理念和措施應(yīng)用到城市道路規(guī)劃、設(shè)計中可以起到有效減少徑流污染、補充地表徑流的目的。這些措施也并非技術(shù)創(chuàng)新，只不過是回歸到城市建設(shè)應(yīng)該執(zhí)行的理念和措施，我們首先要有生態(tài)、海綿的理念，然后灌輸?shù)巾椖康募?xì)節(jié)中去，這個過程或許不是一朝一夕可以完成的，但是在國家的大力倡導(dǎo)下一定會還給社會一個優(yōu)美的環(huán)境。