海绵城市道路探究

摘要：文中以重庆市某道路为例，分析了当地的气温条件、土质条件和降水条件，提出了对应的市政道路设计方案和排水设计方案，为解决城市内涝问题、促进城市水循环，提供了可借鉴的经验和意见。

关键词：海绵城市；市政道路；解决内涝

0引言

随着经济的快速发展，自然生态系统与环境之间的关系也在不断改变，特别是传统市政交通建设下，道路硬化现象屡有发生，在雨季，大量的降雨主要依靠城市地下管道、泵站等设施进行排水，当出现短期的暴雨季节，地表径流难以有效地被疏导，地面渗透率较低，造成了城市内涝问题的发生。在我国，许多城市在遭受暴雨袭击后，出现了道路禁止通行、航班停运、轿车抛锚等现象，给人民的生产生活带来极大不便，因此，改善城市道路交通建设、解决城市内涝问题迫在眉睫。

1海绵城市建设的技术措施和工程构建

1.1海绵城市的技术措施

海绵城市是指城市道路类似于海绵，具有良好的吸水和放水的特性，一方面，通过吸收较强的降雨，起到涵养水源、补充城市水资源的作用；另一方面，海绵城市在充分利用LID技术的基础上［1］，当城市发生内涝时，能够以较高的效率恢复生产，降低内涝造成的经济损失，实现平稳过渡。海绵城市的建设的技术措施可以分为五类，分别为渗透、调节、储蓄、转输和截污净化，以增加城市地表透水性，使得路面径流能够快速下渗、减少地表水的汇集程度［2］。城市内海绵城市的技术措施主要有透水铺装、下沉式绿地、生物滞留设施、绿色屋顶、植草沟、渗管和渗渠、植被缓冲带［3］。

1.2海绵城市的主要工程构建

海绵城市的主要工程构建是指将透水路面径流、人行道径流和车行道径流等，通过低影响的开发手段，实现地面径流有组织地由边沟汇入到雨水管渠，如在人行道处安装透水设备，在道路红线内安装下沉式绿地，在道路红线外安装生物滞留带等［4］，这样可以有效加强雨水管渠收集雨水，缓解地表水汇集的状况，实现海绵城市的有效建设。

2基于海绵城市理论的重庆道路应用

2.1初步方案设计

某道路是位于重庆市的一条次干道，此道路全长605m，道路宽度为20m。道路两侧主要分布有较为密集的居民住宅区。街道地处中国西北丘陵地带，属于亚热带范围，相对湿度年均为81%，年均降水量1187mm，1998年为降水量最多年，年降水量1615.8mm，2006年为降水偏少年，年降水量仅为775.5mm。该道路设计方案为：将道路的人行道路采用透水方砖的模型进行铺装，机动车道选择透水沥青路面，在坡度的选择方面，机动车道和人行通道均采用2%的直线坡，同时将下沉式绿化带设置的溢流式雨水口与沉泥槽相连接，溢流井与城市雨水管渠系统相连接，有效保证了道路整体的排水通畅性。道路的排水设计方案为：根据当地的降雨状况以及生活用水排放量，采用管径为D500mm的承插管，管道坡度设计为3%，该管道可以容纳的最大流速是1.05m/s。

2.2调研区域LID设施

海绵城市需要通过低影响的开发设施，建设下沉式的绿化带、透水人行道和透水非机动设施等，较好地实现雨水渗透、调蓄和净化处理，并借助相应的排水网管，增强城市的抗洪能力，实现雨水资源综合利用，具体来说，需要建设下沉式绿化带、溢流式雨水口、沉泥槽、透水人行步道、透水沥青混凝土、周边植被等。下沉式绿化带采用掺着粗砂的种植土、碎石进行填换，充分保证了下沉式绿化带雨水渗透能力。此外，在相邻机动车道的一边，可以增加复合土膜。复合土膜是一种抗拉强度和抗穿刺能力较好的土膜，保证膜的强度为15N/mm。通过绿化带的应用，可以有效降低城市发生内涝的概率。溢流式雨水口设置在下沉式雨水口的两侧，采用方形井盖，并且保证溢流井的井口高于种植土的位置。当下沉式绿化带的含水量处于饱和状态时，多余的雨水将会借助溢流式雨水口，迅速流入排水管中，保证城市排水系统的畅通性。沉泥槽的设置是为了缓冲雨水径流进入绿化带的速度，当水流速度过快时，沉泥槽能够将沉积物和另外的污染物实现滞留，保证了雨水渗入绿化带的水质水平。通常来说，沉泥槽可以采用树脂混凝土、预制混凝土、复合材料和成品沉泥槽，文中根据试验区域的道路特点，采用复合材料设计沉泥槽。透水人行步道的基道采用50mm碎石当作此试验的上基层，200mm级配碎石是此试验的底基层。某些地区为了应对季节性的冰冻情况，可以适当增加天然砂砾作为垫层，以起到更好的保温效果。透水人行步道的主体结构采用缝隙透水砖，并设置相应的方砖缝隙，缝隙的设置改变了雨水的张力，可以当雨水充沛，甚至超量时，能够将过量的雨水及时排到市政管道中，减少雨水的渗透量，对路基起到维护作用，也保证了路面整体的平整度。透水沥青混凝土是储水透水、降低路面温度，缓解城市“热岛效应”的重要一环，通常来说，透水沥青混凝土是用粗集料混合而成，并结合骨架孔隙结构的石子互相镶嵌，能够以点接触的方式实现较高的作用力，有效提高路面抵抗车载的能力。本次试验主要是对透水性沥青混凝土的特性进行验证，同时增加相应的色彩配方，实现道路美化。周围植被的选择是依据径流雨水的特性和路段的气候条件进行的，根据试验地区的气候和水量特征，可以选择耐寒、耐盐、耐淹的植被，从而对下沉绿化带进行合理有效的保护，也增加了景观呈现的视觉效果。

2.3基于SWMM模型的道路分析

SWMM模型是用来对动态降雨量进行模拟的数据模型，主要借助对LID设施、汇水面积、管段等关键变量进行数据模拟［5］，进而达到对当地江水情况和道路的适用性的描述。SWMM模型的降雨量源自对实际降雨的数据进行收集整理，本次研究选取了重庆市的近60年的降雨量数据，将汇水区、LID设施、管渠等设备的位置信息、数量信息、大小信息进行结合，利用数学模型进行拟合，文中主要借助芝加哥雨型模型，将重庆市某道路所在区域的暴雨时间间隔设置为10min，并借助计算机依据模拟降雨时间和强度参数，可以得出：当时间点为10min时，降雨强度为0.19mm/min；当时间点为20min的时候，降雨强度为0.25mm/min；当时间点为30min的时候，降雨强度为0.37mm/min；当时间点为40min的时候，降雨强度为0.78mm/min；当时间点为50min的时候，降雨强度为3.12mm/min；当时间点为60min的时候，降雨强度为0.79mm/min。在自然生态模式下，径流在约55min的时候出现了降雨量的峰值，总降水量可达69.72mm，雨水渗透量为50.22mm。在传统开发模式下，径流在约48min的时候出现了降雨量的峰值，总降水量可达69.72mm，雨水渗透量为7.49mm。在海绵城市开发模式下，径流在约49min的时候出现了降雨量的峰值，总降水量可达69.72mm，雨水渗透量为27.89mm。通过上述降雨量数据对比可得，当在60年的暴雨期下，与传统开发模式相比，海绵城市的开发有利于降低地表径流，对雨水削减作用较强，有利于防止内涝。

2.4透水性沥青的性能设计与检测

设计与应用透水性沥青是近些年来大多城市采用的重要的LID措施。文中选择热料仓分仓集料作为透水性沥青混凝土的集料，沥青选用AH-90道路石油沥青，设计了PAC-20的级配。沥青的用量分别为2.5%、3.1%和3.5%的试件，根据JTGE20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的相关规定，确定3.1%为最佳油石比。（1）水稳定性试验。文中采用常规研究方法，通过冻融劈裂试验来检验沥青混合料的水稳定性。选取两组相同尺寸的试件，一组置于室温下作为备用，另外一组先进行真空中饱水处理，然后至于-18℃的冰箱中，15h后取出置于温水槽中，2h后取出通50mm/min的加载速度进行劈裂至破坏，可以得出PAC-20型的劈裂强度比为89.07%。（2）高温稳定性试验。此部分采用车辙试验来检验PAC-20型混合料的车辙动稳定度，将三个相同尺寸的试块放在60℃的恒温室中，分别在试块上装好热电偶温度计，然后调节轮压直到0.7MPa，经过检测车辙动稳定度的平均值为3885次/mm，符合JTGE20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》大于等于3500次/mm的规定。（3）渗水系数试验。该测试借助轮碾成型机器，将本测试中的三个试件和渗水仪底的橡皮泥做好封闭处理，然后使用透水仪在试件中注满水，当水面的下降至为100ml时，计时3min，对检测试件的平均渗水量进行测试。经测试发现，渗水系数平均值为950mL/15s，满足JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》大于等于800mL/15s的要求。通过上述三组关于水稳定性、高温稳定性和渗水系数的试验，检测结果表明，PAC-20具有较强的水稳定性、高温稳定性，满足海绵城市的建设材料的要求，具备良好的透水特性。

3结语

通过借鉴前人对海绵城市的研究结果，系统地了解海绵城市建设的技术措施，其作用可以分为渗透、调节、储蓄、转输和截污净化五大类，同时，研究了海绵城市的主要工程构建，并根据当地城市的实际状况进行适当的措施调整。结合重庆市的气象条件、地质条件和水资源条件，文中应用海绵城市建设的LID措施和SWMM模型的技术手段对自然生态模式、传统开发模式和海绵城市开发模式的地表径流进行模拟分析，证明了海绵城市的蓄水作用和助力城市排水的相关功能，最后针对PAC-20的配置，对其水稳定性、高温稳定性进行了试验证明，表明选择该沥青材料能够具备良好的透水性能，为建设海绵城市提供了新的思路。

参考文献

［1］王云才，崔莹，彭震伟.快速城市化地区“绿色海绵”雨洪调蓄与水处理系统规划研究——以辽宁康平卧龙湖生态保护区为例［J］.风景园林，2013（2）：60-67.

［2］王彤.下凹式绿地等LID技术及城市雨水利用工程的应用研究［D］.天津：天津大学，2016.

［3］俞孔坚.海绵城市——理念与方法［J］.建设科技，2019（S1）：10-11.

［4］鞠茂森.关于海绵城市建设理念、技术和政策问题的思考［J］.水利发展研究，2015（3）：7-10.

［5］王国荣，李正兆，张文中.海绵城市理论及其在城市规划中的实践构想［J］.山西建筑，2014（36）：5-7.

［6］刘俊，郭亮辉，张建涛，等.基于SWMM模拟上海市区排水及地面淹水过程［J］.中国给水排水，2006（21）：64-66，70.

作者:王尉 单位:重庆市市政设计研究院有限公司