發布時間：2022-03-09所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 在海綿城市建設背景下，基于嘉興市城市道路海綿城市建設需求，通過低影響開發及排水防澇系統與道路、景觀設計銜接，優化城市道路設計，探索適用于嘉興的城市道路海綿城市設計手法，對進一步推進海綿城市道路的建設提供技術支撐。 關鍵詞 城市道路 海綿城市 設計優
摘要 在海綿城市建設背景下，基于嘉興市城市道路海綿城市建設需求，通過低影響開發及排水防澇系統與道路、景觀設計銜接，優化城市道路設計，探索適用于嘉興的城市道路海綿城市設計手法，對進一步推進海綿城市道路的建設提供技術支撐。
關鍵詞 城市道路 海綿城市 設計優化 低影響開發
我國海綿城市試點建設正在積極尋找因地制宜的新型雨洪管理措施。嘉興市作為國家第一批海綿城市建設試點城市，探索一種適用于嘉興的城市道路海綿城市設計手法，并進行推廣顯得尤為重要。針對嘉興城市道路的設計需求，排水專業對雨水系統重新構建，提出道路雨水低影響開發及排水防澇系統的優化設計。道路專業結合道路雨水低影響開發系統，對道路橫斷面、縱斷面、路基、路面的設計提出優化設計方法。景觀專業結合道路雨水低影響開發系統，對道路樹池、綠化分隔 帶、路 側 綠 化 帶 以 及 地 形、土 壤 要求、植物配置等設計提出優化設計方法。
1 嘉興城市道路特點及設計需求
1.1 道路特點
(1)河網密布，雨水就近排河。以嘉興海綿城市試點 區 為 例，試 點 區 內 河 湖 密 布，水 域 面 積 率 達14.1%，河道 分 布 密 度 為 2.9km/km2。試 點 區 內道路總 長 約95.1km，道 路 雨 水 管 道 排 放 口 共 210個，約450m 有一個雨水排放口。管道內雨水可就近分散排放，部分超標徑流可自地表漫流排入河道，大大降低了內澇發生的可能。
(2)道路相鄰綠地空間較多，具體分布如圖1所示。嘉興河湖密布，河道網和城市道路網交叉，在道路與河道之間形成許多綠地空間。該類綠地空間較為分散，或為三角綠地，或為濱河綠化帶，面積略大的綠地可建設成為公園。這些綠地緊挨城市 道 路，為城市道路雨水凈化提供了非常有利的條件。
(3)雨水管道排水能力不足，但內澇風險 不 高。通過采用 DHIMIKE 軟件對試點區內的現狀排水防澇情 況 進 行 模 擬 評 估，模 擬 結 果 顯 示55.37%的管道重現期不足0.5年，69.07%的管道重現期不足 2年。因此，嘉 興 海 綿 城 市 示 范 區 內 管 道 排 水 能 力普遍存在不足情況。
試點區范圍的內澇風險進行統計結 果 表 明：在30年一遇 的 標 準 下，試 點 區 內 澇 風 險 的 總 面 積 為33.48hm2，其中低風險占比 1.10%、中 風 險 占 比0.49%、高風險占比0.22%。在內河水位有效控制前提下，嘉興中心城區現狀內澇問題并不突出。雖然現狀雨水管渠排水能力總體較弱，但城市水系密度很高、地表漫流排放能力較好，因而城市內澇風險點數量占比較低，且點位分散。
(4)雨水面源污染問題突出。試點區內河道 主要污染源，包括合流制溢流污染，雨污混接、污水直排河道污染，雨水徑流面源污染，河道內源污染。經測算，雨 水 面 源 污 染 量 (COD)占 到 總 污 染 量 的77.61%，其中市政道路占比達 到20.5%。城 市 道路面源污染問題十分突出。
(5)道路低洼點的排水能力不足。嘉興作為 平原河網城市，筑路以填方為主，設計往往通過人為造坡的方式，盡 可 能 滿 足 規 范 要 求 的 不 小 于0.3%縱坡。這勢必造成道路低洼點的排水壓力很大，瞬 間的排水能力往往難以滿足。
(6)地 下 水 位 高，對 路 基、路 面 結 構 要 求 嚴 格。嘉興地區河網密布，地下水位高，時刻面臨被侵蝕的風險。因此在路基填筑時，要求做好地下排水措施(如盲管、排水溝等)。路 面 面 層 由 于 經 常 會 受 到 雨雪滲入而形成不穩定的情況。
1.2 道路設計需求
由上述 情 況 可 知，嘉興傳統道路主要存在面源污染嚴重、管網 排 水 能 力 不 足 兩 方 面 問 題，同 時存在可利用的道 路 相 鄰 綠 地 較 多 的 有 利 條 件。因此，海綿城市背景下嘉興市政道路設計應滿足：
(1)充分利用道路綠化帶、外側綠地儲蓄 空 間，改變傳統雨水徑流快排模式，因地制宜地布置低影響開 發 設 施，蓄 滯 雨 水 徑 流，延 長 水 流 路 徑，構 建 “滯、蓄、滲、排”的雨水系統，控制面源污染，削減徑流總量、峰值流量，減輕道路雨水管網排水壓力。
(2)在滿足道路交通功能的條件下，初期規劃設計階段，通過橫斷面設計、豎向設計的優化，來提升道路自身系統的排水能力。
2 城市道路低影響開發措施選擇
根據嘉興城市道路特點及設計需求，嘉興道路海綿城市建設宜盡量利用道路周邊綠地，選擇徑流污染控制較強，徑流量控制效果較好的低影響開發設施。具體城市道路低影響開發設施選用情況見表1。
3 城市道路排水設計優化
3.1 城市道路雨水低影響開發系統優化設計
本次研究在傳統道路等級、斷面劃分的基礎上，將城市道路雨水低影響開發系統分成道路紅線內和道路紅線外2類進行討論。
3.1.1 城市道路紅線內雨水低影響開發系統優化設計
城市道路橫斷面組成一般包括人行道、綠 化 分隔帶、非機動車道、機非分隔帶、機動車道、中央分隔帶，如圖2所示。依據道路橫斷面組成情況，結合低影響開 發 設 施 特 點，對 城 市 道 路 紅 線 內 低 影 響 開 下墊面類型主要可以分為3類：硬化地面、城市開放式綠地和濱河綠化帶。3類下墊面的低影響開發措施如表3所示。
(1)紅 線 外 為 硬 化 地 面(見 圖4)。城 市 道 路 紅線內雨水低影響開發系統按照上節論述，路面徑流沿道路橫坡匯入綠化帶低影響開發措施內。紅線外硬化地面一般豎向上高于道路，地表徑流順坡人行道后再匯入綠化分隔帶的樹帶或樹池內。由于樹帶或樹池蓄水空間有限，因此道路紅線外硬化地面宜采用透水鋪裝的形式，以減少地表徑流對樹帶或樹池的沖擊。地表徑流進入低影響開發措施內后，超量徑流通過溢流口排入市政雨水管線。
(2)紅 線 外 為 開 放 式 綠 地(見 圖5)。城 市 道 路紅線外開放式綠地主要存在兩種形式，一種為公園綠地，一般為成塊綠地;另一種為退讓綠化帶，一般為帶狀綠地。
當道路紅線外為公園綠地時，如果 豎 向 條 件 合適，宜結合道路雨水管道，在雨水管道末端設計雨水濕地等低影響開發措施。道路紅線范圍內依據水質水量控制目標以及末端低影響開發措施規模情況合理選用部分低影響開發措施。
當道路紅線外為退讓綠化帶時，可 采 用 植 草 淺溝、生物滯留帶等低影響開發設施，將道路雨水引入紅線外綠化帶內進行滯留與凈化，超量雨水一般通過溢流口排放到道路雨水管網內。若紅線外為退讓綠化帶較窄時，道路紅線范圍內低影響開發設施宜仍舊按上節所述進行設計;若紅線外為退讓綠化帶較寬時，道路紅線范圍內雨水宜通過引水設施，將雨水引至紅線外綠化帶內。
(3)紅線外為濱河綠化帶(見圖6)。城市道路瀕臨河道時，根據河道等級不同，一般沿河道駁岸設置有8～30m 的濱水綠帶空間，因此城 市 道 路 海 綿 城 市建設時可在道路與河道之間設置低影響開發設施，用以凈化道路雨水。城市道路標高一般高于河道駁岸，濱水綠地一般由道路坡向河道，因此設計低影響開發設施時推薦采用植草淺溝引流并與生物滯留帶相結合的方法對道路雨水進行控制。
道路紅線范圍半幅道路雨水通過引水設施進入濱河綠化帶后漫流進入河道內。另一半幅道路雨水低影響開發系統仍舊按上節所述進行設計。
3.2 城市道路排水與雨水低影響開發系統銜接優化設計
由上文可知，道路橫斷面形 式、分 隔 帶 位 置、路面坡向、道路周邊空間設計時，需考慮低影響開發雨水系統構建的要求。為將城市道路雨水徑流按設計意圖進行合理組織，并將低影響開發雨水系統與城市道路排水系統有效銜接，需要新增一些雨水引流設施和雨水排水設施。
3.2.1 雨水引流設施
(1)側石進水口設計。為保證路面徑流能夠順利進入分隔帶內的低影響開發設施內，側石需要進行開口設計。側石開口設計時應注意：①側石 開 口的數量應根據開口進水能力以及道路匯流量情況進行合理設計;②側石開口位置一般沿道路均勻布置，在道路縱坡洼點處可適當增加開口數量;③側石開口在設計時 要 確 保 一 定 的 寬 度 以 滿 足 進 水 能 力 要求，并防止寬度過窄導致進水口被樹葉、垃圾堵塞的問題，側石開口設計過流量可采用堰流公式計算;④ 側石開口進水口處應堆積卵石或巖石作為消能緩沖措施，以防止土壤沖蝕。
(2)機非分隔帶過水設施。當機非分隔帶 較 窄不宜設置低影響開發設施時，為將機動車道雨水引流至生態樹帶或紅線外低影響開發設施內，設計機非分隔帶過水設施用于將機動車道雨水穿越機非分隔帶輸送至非機動車道。機非分隔帶過水設施設計時應注意：①數量應根據設施過水能力以及道路匯流量情況進行合理設計;②位置一般沿道路間隔布置，在道路縱坡洼點處可適當增加數量;③機非分隔帶過水設施過流量可采用明渠均勻流公式計算。
(3)人行道過水設施。人行道過水設施用 于 將非機動車道 雨 水 徑 流 輸 送 至 人 行 道 外 側 海 綿 設 施內。設計時應注意要點與上述機非分隔帶過水設施相同。
3.2.2 低影響開發排水設施
雨水低影響開發排水設施將低影響開發雨水系統與城市道路排水系統有效銜接，主要包括導流管設計和溢流雨水口設計。
(1)導流管。導流管適用于有雨水收集和增滲需求的場合，一般設置在生物滯留設施、植草淺溝以及透水鋪裝下。導流管設計時應注意：①導流 管 的數量和管徑應經計算確定，其排水能力不應小于設施的最大入滲能力;②導流管的排水能力可采用孔口自由出流淹沒導流管的計算形式;③導流管埋管應以不小于0.005的坡度排向雨水井，具 體 坡 度 應根據實際情況設計確定;④每根導流管宜設置一根清淤立管，堵塞時用于沖洗養護。
(2)溢流雨水口。溢流雨水口一般設置在生物滯留設施內，用于暴雨時超過生物滯留設施設計調蓄容積時的溢流排放，設計時應注意：①溢流雨水口宜設置在匯水面的最低處，頂部標高宜低于道路路面30～50 mm，并應高于周邊綠地種植土面 50～100mm，具體溢流水位標高可根據雨水調蓄設計要求確定;②溢流雨水口服務的匯水面積不應超過其自身的排水能力。溢流雨水口過流量應為雨水管渠設計重現期計算流量的1.5～3.0倍，并應按該地區內澇防治設計重現期進行校核;③溢流雨水口內宜設置截污掛籃，用以截留進入溢流雨水口的污染物。截污掛籃可采用不銹鋼或復合材料等材質，并具有一定承重能力和耐腐蝕性，且可以從溢流雨水口口部抽出進行清掏。
3.3 城市道路路面排水防澇系統優化設計
此過程中，應綜合考慮源頭低影響開發系統、排水管渠系統、大排水系統、防洪系統的協同作用，以達到控制雨水徑流、削減面源污染、消除城市內澇的目的。道路大排水系統作為海綿城市設計內容的一部分，在超標雨水徑流排放中起著關鍵的作用。
大排水系統一般通過“排放設施”和“調蓄設施” 的設計來達到超標雨水徑流排放的目的。排放設施主要包括道路路面、生態溝渠等地表行泄通道。調蓄設施主要包括調蓄塘/池、調蓄隧道等地面和地下設施。對于平原河網城市嘉興來說，大排水系統 構建過程中有其相應的特點，設計要點見表4，類型見圖7。
4 道路設計優化
城市道路落實海綿城市建設要求，不 僅 可 以 保證道路的通行能力，還能在解決道路排水問題的同時防止雨水對路面穩定性的影響。本次從傳統理念的道路設計思路出發，結合海綿背景下的城市道路設計特點與需求，從以下幾方面建議進行優化。
4.1 橫斷面設計優化
(1)分隔帶寬度。在前期比選人行、車行和綠化分隔帶的布置次序和寬度時，除按照傳統的方式結合項目所在地的實際情況、規劃、規范要求的基礎上確定外，還應結合海綿城市設施寬度需求、技術路線進行綜合布置。
機非分隔帶若設置海綿設施，考慮 后 期 整 體 景觀效果影響，不宜小于3m;人行道樹帶涉及后期人行通道 寬 度，當 寬 度 在3 m 以 下 時，不 宜 設 置 下 凹式樹帶。
(2)道路橫坡。道路人行道外側用地為綠化時，應優選將人行道橫坡坡向外側綠地，通過預埋管將車行道內雨水排入兩側綠地內，綠地設置海綿設施。
4.2 縱斷面設計優化
海綿理念下的城市道路豎向設計除考慮規范、路網、規劃控制標高外，還應充分結合兩側用地布置功能性的海綿 設 施。優先將道路內的雨水通過橫坡、縱坡的關系，引入綠地內的設施;道路最低點的設置應更加科學合理，并盡量靠近河道等雨水受納體，例如嘉興某城市道路在建筑用地之間存在規模化綠地，對海綿設施的布置存在天然優厚條件，因此在道路縱斷面優化設計時，一方面在綠化用地處設置局部最低點，保障道路雨水可通過源頭綠地進行分散式控制;另一方面，充分利用嘉興河網優勢，通過道路豎向系統控制，在道路近河道處形成洼點，且防澇分區內的道路路面坡度均坡向該低洼點，以構建有效的地表排水系統，即“大排水系統”，排除超標雨水，避免道路內澇災害的產生。優化示意情 況 如圖8所示。
4.3 路基設計優化
由于嘉興地下水位較高，又多雨，因此在海綿城市背景下，如何避免由于地表水的滲入和地下水的沖刷、浸潤，使路基失穩、路基強度降低，成為路基設計中的重點。
(1)措施一：在路基填筑時，浸水路基部分 的 回填材料應采用清骨料進行回填，路面結構與路基之間設置15～20cm 的碎石隔水層，盡可能避免地下毛細水上升侵蝕路面結構。
(2)措施二：在生態樹帶等低影響開發設施與路面結構之間必須設高密度防水膜，為便于施工與路基填筑，與路面搭接部分防水膜應設置與側平石基座下方;為緩解地表滲入水影響路面結構，防水膜向下方的延伸長度不應小于50cm。路基優化情況如圖9所示。
4.4 路面設計優化
對于新建的城區，應該在從建設城市道路時就將透水鋪裝等海綿措施合理的應用到工程中。切合過往改造案例，本次對城市道路各組成部分透水鋪裝的利用范圍進行合理化選擇，具體見表5，但機動車道、非機動車道的透水鋪裝，一定要經必要性、經濟性等分析比較后再確定。
5 綠化景觀設計優化
5.1 綠化景觀的功能性
道路景觀本身需要具備一定的功能性，海綿城市背景下亦需保證該功能，不應因海綿城市影響道路景觀 本 身 的 功 能。并且，在 不 影 響 傳 統 道路景 觀 功 能 的 前 提下，基 于 海 綿 城 市 背景下的道路景觀還應具備 雨 水 滯 蓄、入 滲和雨水凈化功能。
5.2 綠化景觀設計
(1)分車帶道路景觀設計。道路雨水主要通過道路坡度和側石開孔進入分車帶進行入滲，分車帶綠地根據寬度不同，景觀處理方式也不同。若分車帶寬度不足3m，受 路 基 放 坡 等 限制，不宜采用下沉式綠地等海綿設施。若分車 帶 寬 度 在 3 m以上，通常考慮通過下沉式綠地、雨水花園等生物滯留設施處理雨水。若豎向上有條件，還可考慮旱溪、梯形綠地等景觀化處理方式。
(2)行道樹綠帶景觀設計。道路行道樹綠帶主要 分為樹帶和生態樹池2種形式。通常情況下，樹帶考慮結合下沉式綠地進行設計，行道樹間距與傳統道路景觀無異，僅在樹種選擇上需要選擇抗性強耐濕耐旱的樹種。若考慮生態樹池方式，建議設計 中考慮碎石層或排水板的設置，避免樹根泡水。
(3)路側綠化帶景觀設計。路側綠化帶主要 有下沉式綠地、雨水花園和其他生物滯留設施等海綿措施。在這些措施的景觀設計上，主要是地形打 造和植物配置。地形塑造講究自然整體，避免生硬 僵化，更忌諱形成單個的互相毫無聯系的洼點。植 物配置上，依舊采用喬———灌———草的模式，只是地形洼點避免種植高大喬木或在種植的喬木下增加導流設施，保證植物根系不泡水。另外，若路側綠化帶外側為水系，則 考 慮 結 合 水 系 形 成 沿 河 濱 水 景 觀 帶。若路側綠化帶外側為公園或街頭綠地，應與該公園或街頭綠地整體考慮，將海綿設施自然地融入其中。
5.3 綠化景觀設計重點
海綿城市背景下道路景觀設計與傳統道路景觀設計存在一定的區別，這也是海綿城市背景下道路景觀的設計重點。主要表現在地形、土壤改良和 植物配置3個方面。
(1)地形。道路景觀中的地形主要是指微地形，即景觀施工過程人工模擬大地形態及其起伏錯落的韻律而設計出有起伏變化的地形，其地面高低起伏但起伏幅度不太大。基于海綿背景下的道路景觀區別于傳統道路景觀，地形的營造是最關鍵的。通 過側石開口或其他引流方式將道路雨水引入綠地空間后，通過地形營造，設計下沉式綠地、雨水花園和雨水塘等生物滯留設施實現雨水的滯蓄、下滲和凈化。以最典型的下沉式綠地為例，從排水設計人員處獲得進入綠地空間的徑流量后，結合整體地形的營造，設計合理的下沉深度以及下沉面積，將下沉式綠地自然地布置于綠地空間中。
(2)土壤改良。傳統的道路景觀為了保證植 物的正常生長，若原狀土是以黏性土為主的土壤，則需進行種植土換填，一般為結構疏松、通氣，保水、保肥能力強，適宜于園林植物生長的土壤，換填深度根據土球大小而定。對基于海綿城市的道路景觀而言，雨水需通過下沉式綠地或其他生物滯留設施進入土壤進行入滲和凈化，故土壤必須具有一定的滲透性。在設計之初，必須對土壤本身的性質進行檢測，并進行有效的分析，若是滲透性差的粘質土壤，必須對土壤進行改良。最常見的改良方式即摻沙，增加 土 壤孔隙率和滲透性。當然，換填的比例應經過科 學 論證，結合種植的植物習性綜合考慮，避免植物因淹水或缺水造成長勢不良的情況。
(3)植物配置。與傳統道路景觀不同，基于海綿城市的道路景觀由于地形以及土壤的改變，道路植物配置也必然不同。除了觀賞性之外，基于海綿城市的道路景觀植物配置更重要的是植物的生長情況和適應能力。首先，必須要根據當地的環境進行植物的選擇，盡量選擇本土植物;其次，選擇根系發達、耐淹耐旱，并且具有凈化能力的植物。根系發達的植物能根據環境條件吸收或釋放雨水。雨水進入綠地可能會對植物造成短時間的浸泡，故要求植物具有一定的耐濕性;在長時間不下雨的情況下，可能植物長時間得不到水分補充，又要求植物具有一定的耐旱性。而對雨水凈化來說，最好選擇對雨水污染去除能力高的植物品種。最后，選擇沒有種間競爭的植物進行搭配，能夠保證生態群落的穩定性和多樣性。
6 小結
針對嘉興城市道路雨水面源污染問題突出，排水能力不足等特點，提出充分利用綠地空間進行雨水凈化、削減峰值流量的城市道路低影響開發設計策略。排水設計上重點考慮有效的雨水徑流組織，并與傳統排水進行有效結合。道路設計上重點考慮豎向上洼點位置的合理控制以及由于雨水滲透導致的路基防護問題。景觀設計上重點考慮微地形的打造以及植物配置問題。——論文作者：孫 燁 黃 屹 馮林林 鐘翌晨 柳永華
相關期刊推薦：《給水排水》創刊于1964年，是中國建筑科學類中文核心期刊，中國科技論文統計源期刊。主要報道內容：給水排水行業的新技術、新設計、新工藝、新設備、新規范、新標準以及國家有關技術政策和法規等。主要讀者對象建筑設計院、市政設計院、工業設計院、自來水公司、運行管理部門、大專院校、科研院所、建設安裝公司、設備制造廠家等。
SCISSCIAHCI
