海綿城市道路探究

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摘要：文中以重慶市某道路為例，分析了當?shù)氐臍鉁貤l件、土質(zhì)條件和降水條件，提出了對應(yīng)的市政道路設(shè)計方案和排水設(shè)計方案，為解決城市內(nèi)澇問題、促進城市水循環(huán)，提供了可借鑒的經(jīng)驗和意見。

關(guān)鍵詞：海綿城市；市政道路；解決內(nèi)澇

0引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，自然生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系也在不斷改變，特別是傳統(tǒng)市政交通建設(shè)下，道路硬化現(xiàn)象屢有發(fā)生，在雨季，大量的降雨主要依靠城市地下管道、泵站等設(shè)施進行排水，當出現(xiàn)短期的暴雨季節(jié)，地表徑流難以有效地被疏導，地面滲透率較低，造成了城市內(nèi)澇問題的發(fā)生。在我國，許多城市在遭受暴雨襲擊后，出現(xiàn)了道路禁止通行、航班停運、轎車拋錨等現(xiàn)象，給人民的生產(chǎn)生活帶來極大不便，因此，改善城市道路交通建設(shè)、解決城市內(nèi)澇問題迫在眉睫。

1海綿城市建設(shè)的技術(shù)措施和工程構(gòu)建

1.1海綿城市的技術(shù)措施

海綿城市是指城市道路類似于海綿，具有良好的吸水和放水的特性，一方面，通過吸收較強的降雨，起到涵養(yǎng)水源、補充城市水資源的作用；另一方面，海綿城市在充分利用LID技術(shù)的基礎(chǔ)上［1］，當城市發(fā)生內(nèi)澇時，能夠以較高的效率恢復生產(chǎn)，降低內(nèi)澇造成的經(jīng)濟損失，實現(xiàn)平穩(wěn)過渡。海綿城市的建設(shè)的技術(shù)措施可以分為五類，分別為滲透、調(diào)節(jié)、儲蓄、轉(zhuǎn)輸和截污凈化，以增加城市地表透水性，使得路面徑流能夠快速下滲、減少地表水的匯集程度［2］。城市內(nèi)海綿城市的技術(shù)措施主要有透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施、綠色屋頂、植草溝、滲管和滲渠、植被緩沖帶［3］。

1.2海綿城市的主要工程構(gòu)建

海綿城市的主要工程構(gòu)建是指將透水路面徑流、人行道徑流和車行道徑流等，通過低影響的開發(fā)手段，實現(xiàn)地面徑流有組織地由邊溝匯入到雨水管渠，如在人行道處安裝透水設(shè)備，在道路紅線內(nèi)安裝下沉式綠地，在道路紅線外安裝生物滯留帶等［4］，這樣可以有效加強雨水管渠收集雨水，緩解地表水匯集的狀況，實現(xiàn)海綿城市的有效建設(shè)。

2基于海綿城市理論的重慶道路應(yīng)用

2.1初步方案設(shè)計

某道路是位于重慶市的一條次干道，此道路全長605m，道路寬度為20m。道路兩側(cè)主要分布有較為密集的居民住宅區(qū)。街道地處中國西北丘陵地帶，屬于亞熱帶范圍，相對濕度年均為81%，年均降水量1187mm，1998年為降水量最多年，年降水量1615.8mm，2006年為降水偏少年，年降水量僅為775.5mm。該道路設(shè)計方案為：將道路的人行道路采用透水方磚的模型進行鋪裝，機動車道選擇透水瀝青路面，在坡度的選擇方面，機動車道和人行通道均采用2%的直線坡，同時將下沉式綠化帶設(shè)置的溢流式雨水口與沉泥槽相連接，溢流井與城市雨水管渠系統(tǒng)相連接，有效保證了道路整體的排水通暢性。道路的排水設(shè)計方案為：根據(jù)當?shù)氐慕涤隊顩r以及生活用水排放量，采用管徑為D500mm的承插管，管道坡度設(shè)計為3%，該管道可以容納的最大流速是1.05m/s。

2.2調(diào)研區(qū)域LID設(shè)施

海綿城市需要通過低影響的開發(fā)設(shè)施，建設(shè)下沉式的綠化帶、透水人行道和透水非機動設(shè)施等，較好地實現(xiàn)雨水滲透、調(diào)蓄和凈化處理，并借助相應(yīng)的排水網(wǎng)管，增強城市的抗洪能力，實現(xiàn)雨水資源綜合利用，具體來說，需要建設(shè)下沉式綠化帶、溢流式雨水口、沉泥槽、透水人行步道、透水瀝青混凝土、周邊植被等。下沉式綠化帶采用摻著粗砂的種植土、碎石進行填換，充分保證了下沉式綠化帶雨水滲透能力。此外，在相鄰機動車道的一邊，可以增加復合土膜。復合土膜是一種抗拉強度和抗穿刺能力較好的土膜，保證膜的強度為15N/mm。通過綠化帶的應(yīng)用，可以有效降低城市發(fā)生內(nèi)澇的概率。溢流式雨水口設(shè)置在下沉式雨水口的兩側(cè)，采用方形井蓋，并且保證溢流井的井口高于種植土的位置。當下沉式綠化帶的含水量處于飽和狀態(tài)時，多余的雨水將會借助溢流式雨水口，迅速流入排水管中，保證城市排水系統(tǒng)的暢通性。沉泥槽的設(shè)置是為了緩沖雨水徑流進入綠化帶的速度，當水流速度過快時，沉泥槽能夠?qū)⒊练e物和另外的污染物實現(xiàn)滯留，保證了雨水滲入綠化帶的水質(zhì)水平。通常來說，沉泥槽可以采用樹脂混凝土、預(yù)制混凝土、復合材料和成品沉泥槽，文中根據(jù)試驗區(qū)域的道路特點，采用復合材料設(shè)計沉泥槽。透水人行步道的基道采用50mm碎石當作此試驗的上基層，200mm級配碎石是此試驗的底基層。某些地區(qū)為了應(yīng)對季節(jié)性的冰凍情況，可以適當增加天然砂礫作為墊層，以起到更好的保溫效果。透水人行步道的主體結(jié)構(gòu)采用縫隙透水磚，并設(shè)置相應(yīng)的方磚縫隙，縫隙的設(shè)置改變了雨水的張力，可以當雨水充沛，甚至超量時，能夠?qū)⑦^量的雨水及時排到市政管道中，減少雨水的滲透量，對路基起到維護作用，也保證了路面整體的平整度。透水瀝青混凝土是儲水透水、降低路面溫度，緩解城市“熱島效應(yīng)”的重要一環(huán)，通常來說，透水瀝青混凝土是用粗集料混合而成，并結(jié)合骨架孔隙結(jié)構(gòu)的石子互相鑲嵌，能夠以點接觸的方式實現(xiàn)較高的作用力，有效提高路面抵抗車載的能力。本次試驗主要是對透水性瀝青混凝土的特性進行驗證，同時增加相應(yīng)的色彩配方，實現(xiàn)道路美化。周圍植被的選擇是依據(jù)徑流雨水的特性和路段的氣候條件進行的，根據(jù)試驗地區(qū)的氣候和水量特征，可以選擇耐寒、耐鹽、耐淹的植被，從而對下沉綠化帶進行合理有效的保護，也增加了景觀呈現(xiàn)的視覺效果。

2.3基于SWMM模型的道路分析

SWMM模型是用來對動態(tài)降雨量進行模擬的數(shù)據(jù)模型，主要借助對LID設(shè)施、匯水面積、管段等關(guān)鍵變量進行數(shù)據(jù)模擬［5］，進而達到對當?shù)亟闆r和道路的適用性的描述。SWMM模型的降雨量源自對實際降雨的數(shù)據(jù)進行收集整理，本次研究選取了重慶市的近60年的降雨量數(shù)據(jù)，將匯水區(qū)、LID設(shè)施、管渠等設(shè)備的位置信息、數(shù)量信息、大小信息進行結(jié)合，利用數(shù)學模型進行擬合，文中主要借助芝加哥雨型模型，將重慶市某道路所在區(qū)域的暴雨時間間隔設(shè)置為10min，并借助計算機依據(jù)模擬降雨時間和強度參數(shù)，可以得出：當時間點為10min時，降雨強度為0.19mm/min；當時間點為20min的時候，降雨強度為0.25mm/min；當時間點為30min的時候，降雨強度為0.37mm/min；當時間點為40min的時候，降雨強度為0.78mm/min；當時間點為50min的時候，降雨強度為3.12mm/min；當時間點為60min的時候，降雨強度為0.79mm/min。在自然生態(tài)模式下，徑流在約55min的時候出現(xiàn)了降雨量的峰值，總降水量可達69.72mm，雨水滲透量為50.22mm。在傳統(tǒng)開發(fā)模式下，徑流在約48min的時候出現(xiàn)了降雨量的峰值，總降水量可達69.72mm，雨水滲透量為7.49mm。在海綿城市開發(fā)模式下，徑流在約49min的時候出現(xiàn)了降雨量的峰值，總降水量可達69.72mm，雨水滲透量為27.89mm。通過上述降雨量數(shù)據(jù)對比可得，當在60年的暴雨期下，與傳統(tǒng)開發(fā)模式相比，海綿城市的開發(fā)有利于降低地表徑流，對雨水削減作用較強，有利于防止內(nèi)澇。

2.4透水性瀝青的性能設(shè)計與檢測

設(shè)計與應(yīng)用透水性瀝青是近些年來大多城市采用的重要的LID措施。文中選擇熱料倉分倉集料作為透水性瀝青混凝土的集料，瀝青選用AH-90道路石油瀝青，設(shè)計了PAC-20的級配。瀝青的用量分別為2.5%、3.1%和3.5%的試件，根據(jù)JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，確定3.1%為最佳油石比。（1）水穩(wěn)定性試驗。文中采用常規(guī)研究方法，通過凍融劈裂試驗來檢驗瀝青混合料的水穩(wěn)定性。選取兩組相同尺寸的試件，一組置于室溫下作為備用，另外一組先進行真空中飽水處理，然后至于-18℃的冰箱中，15h后取出置于溫水槽中，2h后取出通50mm/min的加載速度進行劈裂至破壞，可以得出PAC-20型的劈裂強度比為89.07%。（2）高溫穩(wěn)定性試驗。此部分采用車轍試驗來檢驗PAC-20型混合料的車轍動穩(wěn)定度，將三個相同尺寸的試塊放在60℃的恒溫室中，分別在試塊上裝好熱電偶溫度計，然后調(diào)節(jié)輪壓直到0.7MPa，經(jīng)過檢測車轍動穩(wěn)定度的平均值為3885次/mm，符合JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》大于等于3500次/mm的規(guī)定。（3）滲水系數(shù)試驗。該測試借助輪碾成型機器，將本測試中的三個試件和滲水儀底的橡皮泥做好封閉處理，然后使用透水儀在試件中注滿水，當水面的下降至為100ml時，計時3min，對檢測試件的平均滲水量進行測試。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，滲水系數(shù)平均值為950mL/15s，滿足JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》大于等于800mL/15s的要求。通過上述三組關(guān)于水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和滲水系數(shù)的試驗，檢測結(jié)果表明，PAC-20具有較強的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性，滿足海綿城市的建設(shè)材料的要求，具備良好的透水特性。

3結(jié)語

通過借鑒前人對海綿城市的研究結(jié)果，系統(tǒng)地了解海綿城市建設(shè)的技術(shù)措施，其作用可以分為滲透、調(diào)節(jié)、儲蓄、轉(zhuǎn)輸和截污凈化五大類，同時，研究了海綿城市的主要工程構(gòu)建，并根據(jù)當?shù)爻鞘械膶嶋H狀況進行適當?shù)拇胧┱{(diào)整。結(jié)合重慶市的氣象條件、地質(zhì)條件和水資源條件，文中應(yīng)用海綿城市建設(shè)的LID措施和SWMM模型的技術(shù)手段對自然生態(tài)模式、傳統(tǒng)開發(fā)模式和海綿城市開發(fā)模式的地表徑流進行模擬分析，證明了海綿城市的蓄水作用和助力城市排水的相關(guān)功能，最后針對PAC-20的配置，對其水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性進行了試驗證明，表明選擇該瀝青材料能夠具備良好的透水性能，為建設(shè)海綿城市提供了新的思路。

參考文獻

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作者:王尉 單位:重慶市市政設(shè)計研究院有限公司