基于海綿城市理念的市政道路排水設計

洪晴琳

揭陽市城鄉規劃設計院有限公司 廣東 揭陽 522000

近年來，隨著人們日常生活水平的不斷提高，我國對城市基礎設施建設提出了更高要求，而市政工程數量的大幅度增加，進一步推動了城市化發展進程。但目前，我國大部分市政道路排水設計仍然沿用傳統設計技術，導致排水工程使用效果不理想，最終使得道路建設質量無法達到預期標準。因此，為了提高市政道路排水工程質量，應在設計中充分融入海綿城市理念，將自然道路與人工措施有機結合，有效提高雨水資源處理效率，既可以在干旱時期，緩解城市用水緊張問題，又能在多雨時期，避免城市出現內澇。

1 海綿城市概況

1.1 概念

“海綿城市”屬于一種新型雨洪管理理念，也可成為“水彈性城市”，具體是指城市能像海綿一樣，具有吸水、蓄水、滲水、凈水、釋放水的特征，在適應環境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的“彈性”[1]——下雨時，將雨水資源進行儲存，干旱時，將儲存的雨水資源進行釋放并有效利用，以維持城市自然生態平衡。

1.2 海綿城市建設意義

根據我國住建部調查數據顯示，截至2022年7月，全國有52個城市因強降雨出現不同程度的積水內澇達73次[2]。2023年8月，受臺風“杜蘇芮”影響，我國華北多地遭遇強降雨，降雨量打破歷史極值。極端的強降雨引發嚴重洪澇災害，給群眾生命健康和財產安全造成了嚴重損失[3]。而造成我國城市內澇問題頻繁出現的原因：一是城市普遍存在嚴重的“熱島效應”和“雨島效應”，使得特大暴雨在城市區域更加容易發生 。二是隨著城市化進程的加劇，一方面，城市面積快速擴張，使得城市地面大面積硬化，雨水下滲受阻，造成地面徑流量不斷增加，另一方面，城市規劃過程中，對湖泊、河道等城市空間的侵占和填埋，加大提升了城市內澇風險。三是隨著全球氣候變暖加劇，造成大氣含水量升高、氣候系統不穩定、城市熱島效應加劇等，均會增加暴雨的頻次和強度，進而引發城市內澇等次生災害。

實踐證明，海綿城市建設是緩解城市內澇的重要舉措之一，主要是在雨水源頭控制設施、管網（廊道）排水設施、河流湖泊蓄水設施等方面建設立體的城市海綿體，使城市在適應氣候變化、抵御暴雨災害等方面具有良好“彈性”和“韌性”[4]。海綿城市建設過程中，通過采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種措施，能發揮建筑、道路、綠地、水系等對雨水的吸納和緩釋作用，實現水的自然積存、自然滲透、自然凈化，促進形成生態、安全、可持續的城市水循環系統。

2 市政道路排水設計中融入海綿城市理念的重要性

城市道路是城市空間的重要組成部分，也是徑流及其污染物產生的主要場所之一。隨著城市化進程不斷加快，城市道路面積不斷增加，道路硬化用地面積占城市建設用地面積的15%～20%。目前，在城市道路建設中，以滿足城市道路功能為前提，在雨水控制和利用思路上主要體現了“排”，忽略了對生態保護的影響。而在市政道路排水設計中充分融入海綿城市理念，能夠實現城市水系統和交通系統的協調和配合，從而起到改善城市生態環境的作用。而通過將海綿城市理念應用于市政道路排水設計中，可以顯著提升城市蓄水和吸水能力，強化對城市徑流雨水的排放控制與管理，同時，實現對雨水資源的最大化及循環利用，從而實現緩解城市內澇、削減徑流污染負荷的目標。

3 市政道路排水設計過程中存在的問題

3.1 缺乏對周邊環境因素的考慮

市政道路由于處于特殊的環境中，在設計排水時應充分考慮周邊環境，如周邊環境地勢高度、地貌、水流速度、環境保護要求等，避免出現排水管道距離市中心較遠的問題，既會延長雨水運輸時間，又會增加運行難度和經濟成本。

3.2 存在工程質量問題

市政道路排水工程質量會對城市排水系統的構建和運行及人們生活造成直接影響，但由于工程實施容易受到較多因素的影響，容易出現工程質量問題。例如，工程實施前期缺乏對地質探測和水環境的分析評估，缺乏科學且統一的施工標準和管理方案，工程質量監測不足等。

3.3 運行故障頻發

造成市政道路排水系統運行故障頻發的原因主要有：管道及維護設備的老化、系統安全系數較低、日常檢查不到位等。

4 基于海綿城市理念的市政道路排水設計措施

4.1 路基排水設計

市政道路系統內部結構復雜，而路基是道路結構層的重要組成要素，其與道路結構的穩定性有著直接聯系。隨著強降雨天氣的暴發，雨水浸入深度不斷增加，一旦路基層完全被雨水浸泡，會大幅度降低路基的強度和穩定性，嚴重縮短市政道路排水工程使用壽命，甚至對人們的行車帶來安全隱患。因此，在設計路基排水系統時，應在工程實施前，全面考察當地生態環境及道路地質等實際情況，同時，反復檢查路基質量，檢查內容包括有平整度、強度、拱度等，從而為制定科學的排水方案提供詳實的數據參考。若路基穩定性較差，如路基表面起皮、平整度差、路肩松散、路基強度不足等，應在工程實施前采取采用碾壓路基和路基換填的方式對路基進行改善。若道路為軟土層，土壤含水率高、孔隙大、強度低、透水性差，在行車荷載的作用下，會產生大幅度沉降，且減緩固結速度，從而影響市政道路的正常使用。因此，為了使路基施工達到相關標準，可采用真空預壓和堆載預壓的方式改善土質[5]。2種方式的固結機理雖然不同，但都是通過有效應力和孔壓的相互轉換來增大有效應力，從而滿足地基排水固結需求。

4.2 人行道、車行道排水設計

人行道、車行道排水設計對于提高城市道路質量具有重要作用。但由于受設計、施工、養護及車輛通行、人為破壞等因素的影響，人行道、車行道路面普遍存在沉降不勻均和平整度較差及透水性、透氣性不足的問題，由此造成地下水補給困難和道路通行不暢，雨水不能滲入地下，導致地表植物由于嚴重缺水而難以正常生長；不透氣的路面很難與空氣進行熱量和水分的交換，缺乏對城市地表溫度、濕度的調節能力，從而引發城市“熱島效應”。將海綿城市理念融入人行道、車行道排水設計中，既能有效解決路面積水和路滑問題，又能防止路面損壞等問題，起到保護路面的作用。具體設計時，首先，科學選擇施工材料，施工單位要在保證施工質量的基礎上，盡可能選用高透水性材料，如透水瀝青、透水混凝土、透水磚等，其中，透水磚透水率可達20cm/s，能有效提升人行道、車行道雨水滲透性能，從而減少路面徑流量，避免出現積水。其次，科學設計人行道、車行道坡度。對于人行道，縱坡坡度應小于2.5%、路拱橫坡（路面兩側的坡度）小于2%；對于車行道，縱坡坡度應控制在0.3%—0.6%、路拱橫坡坡度控制在1%—1.5%[6]，有利于提高路面水分滲透和蒸發效果，減少徑流總量。

4.3 綠化帶排水設計

道路綠化帶排水設計與路基強度和使用壽命息息相關，是道路設計的重要組成部分，其既能儲存雨水，實現雨水資源的高效利用，又能減緩路面徑流，凈化空氣，調節區域微氣候。在綠化帶排水設計中融入海綿城市理念，主要是從以下幾個方面實施：

雨水收集系統設計。在綠化帶中設置雨水收集口，并利用地面的透水性能和坡度設計，將雨水匯集至收集口。一般情況下，綠化帶應位于道路下方，雨水收集口高度應介于路面高度和綠化帶土壤高度之間，且分布均勻。

雨水過濾系統設計。利用過濾系統凈化雨水水質，既能防止污染地下水，又能擴大雨水運用范圍。設計雨水過濾系統時，可在底層鋪設一層種植土，再鋪設一層砂石和一層透水土工布，最后再設置滲透管（見圖1），注意滲透管與路面距離保持在60cm左右[7]，防止土壤的流失的同時，還能增強土體的穩定性和改善土壤的排水性能。

圖1 綠化帶雨水過濾設計

滯蓄緩排設計。為了促使雨水能順利快速流入地下，應在雨水口位置設置明溝，且明溝兩側分別設置溝渠，促使雨水流入明溝。遇強降雨天氣時，利用雨水口將雨水成功蓄積在綠化帶中，減緩道路市政排水壓力。

排放系統設計。通過在綠化帶中設置溢流系統，將雨水和排水管道直接進行連接，當雨水量超出承載范圍時，利用溢流系統直接將雨水排入市政排水管網，能及時排出過多的雨水。

4.4 附屬設施排水設計

市政道路設計除了路基，還包括其他附屬設施，主要包括路肩邊、路緣石2個部分[8]。

路緣石。其是道路排水設計的重要內容，可分為立緣石和平緣石2種類型。（1）平緣石：平緣石能與地面保持在統一高度，遇強降雨天氣時，可促使雨水流向雨水口，避免路面積水。（2）立緣石：路面比立緣石略低，當地面積水較多時，能積極發揮引導作用，將積水引入雨水口。雖然路緣石無法用于直接收集雨水，但可利用道路工程分布的孔洞或采用間隔設置法，引導雨水流入綠化帶，能有效提升路緣石的排水性能，防止路面積水。

路肩邊。路肩邊是指具有一定寬度的帶狀部分（包括硬路肩和防護路肩），位于車行道外緣至路基邊緣。用于維持車行道的功能和臨時停車，并作為路面的側向支撐。施工時，應嚴格把控混凝土質量， 防止出現堵塞問題。同時，為了提高設計的美觀性和實現雨水凈化效果，可設計種植草溝，加快雨水的輸送和排放速度。

4.5 道路橫斷面排水設計

道路橫斷面是指道路中線上各點垂直于路線前進方向的豎向剖面。在傳統道路設計中，多采用“中間高、兩側低”的方式設計橫斷面，需要先將雨水匯聚到指定位置，然后對其進行集中處理，并借助斜坡，將雨水匯聚到道路一側的雨水槽中，實現雨水的順利排放。但此種設計方式會造成綠化帶資源浪費，而應用海綿城市理念時，首先，將綠化帶高度略低于車道，并在綠化帶和車道中間設置路緣石，分離綠化帶和車道進行的同時，還能將雨水引流至綠化帶中。其次，借助滲井，將路基范圍內的上層地下水引入更深的含水層中，以達到補充地下水的目的[9]。最后，通過科學設計雨水管道，發揮雨污處理功能的同時，還能減少工程體量和降低工程成本。為了提高管道治理效果，雨水管道設計應盡量采用分離式設計模式，確保海綿城市理念優勢得以有效發揮。

4.6 與城市綠地連接設計

市政道路若與綠地距離較近，應將二者進行連接，能起到對地面徑流進行分流的作用，這也是海綿城市建設的重點項目之一。設計時，應根據實際地形應用多種滲透技術，例如，調節塘設計、LID源頭滲透技術、滲渠設計，以提高市政道路排水功能性。若區域水資源較為豐富，可采用雨水截污處理技術，將雨水凈化后引入綠地，能夠有效緩解徑流洪峰；若區域水資源較為缺乏，可利用排水管設計將收集到的雨水做凈化處理后排至綠地加以儲存，能有效緩解水資源緊張問題；若區域存在徑流污染的情況，可通過設置植草溝、雨水花園等設施，對雨水做凈化處理后再排至綠地。

5 結語

綜上所述，在城市內澇問題日益嚴重的今天，加快海綿城市建設至關重要。隨著城市道路面積的不斷擴大，對市政道路排水設計提出了更高要求，為了實現綠色環保的節能目標，并預防出現城市內澇問題，應積極融入海綿城市理念?；诖?，從路基、人行道和車行道、綠化、附屬設施、道路橫斷面、與城市綠地連接5個方面，論述了如何將海綿城市理念融入市政道路排水設計中，提高市政道路建設質量的同時，對于緩解城市內澇壓力、保障人們人身安全和財產安全、促進城市可持續發展具有重要意義。