发布时间：2022-03-09所属分类：建筑师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要 在海绵城市建设背景下，基于嘉兴市城市道路海绵城市建设需求，通过低影响开发及排水防涝系统与道路、景观设计衔接，优化城市道路设计，探索适用于嘉兴的城市道路海绵城市设计手法，对进一步推进海绵城市道路的建设提供技术支撑。 关键词 城市道路 海绵城市 设计优
摘要 在海绵城市建设背景下，基于嘉兴市城市道路海绵城市建设需求，通过低影响开发及排水防涝系统与道路、景观设计衔接，优化城市道路设计，探索适用于嘉兴的城市道路海绵城市设计手法，对进一步推进海绵城市道路的建设提供技术支撑。
关键词 城市道路 海绵城市 设计优化 低影响开发
我国海绵城市试点建设正在积极寻找因地制宜的新型雨洪管理措施。嘉兴市作为国家第一批海绵城市建设试点城市，探索一种适用于嘉兴的城市道路海绵城市设计手法，并进行推广显得尤为重要。针对嘉兴城市道路的设计需求，排水专业对雨水系统重新构建，提出道路雨水低影响开发及排水防涝系统的优化设计。道路专业结合道路雨水低影响开发系统，对道路横断面、纵断面、路基、路面的设计提出优化设计方法。景观专业结合道路雨水低影响开发系统，对道路树池、绿化分隔 带、路 侧 绿 化 带 以 及 地 形、土 壤 要求、植物配置等设计提出优化设计方法。
1 嘉兴城市道路特点及设计需求
1.1 道路特点
(1)河网密布，雨水就近排河。以嘉兴海绵城市试点 区 为 例，试 点 区 内 河 湖 密 布，水 域 面 积 率 达14.1%，河道 分 布 密 度 为 2.9km/km2。试 点 区 内道路总 长 约95.1km，道 路 雨 水 管 道 排 放 口 共 210个，约450m 有一个雨水排放口。管道内雨水可就近分散排放，部分超标径流可自地表漫流排入河道，大大降低了内涝发生的可能。
(2)道路相邻绿地空间较多，具体分布如图1所示。嘉兴河湖密布，河道网和城市道路网交叉，在道路与河道之间形成许多绿地空间。该类绿地空间较为分散，或为三角绿地，或为滨河绿化带，面积略大的绿地可建设成为公园。这些绿地紧挨城市 道 路，为城市道路雨水净化提供了非常有利的条件。
(3)雨水管道排水能力不足，但内涝风险 不 高。通过采用 DHIMIKE 软件对试点区内的现状排水防涝情 况 进 行 模 拟 评 估，模 拟 结 果 显 示55.37%的管道重现期不足0.5年，69.07%的管道重现期不足 2年。因此，嘉 兴 海 绵 城 市 示 范 区 内 管 道 排 水 能 力普遍存在不足情况。
试点区范围的内涝风险进行统计结 果 表 明：在30年一遇 的 标 准 下，试 点 区 内 涝 风 险 的 总 面 积 为33.48hm2，其中低风险占比 1.10%、中 风 险 占 比0.49%、高风险占比0.22%。在内河水位有效控制前提下，嘉兴中心城区现状内涝问题并不突出。虽然现状雨水管渠排水能力总体较弱，但城市水系密度很高、地表漫流排放能力较好，因而城市内涝风险点数量占比较低，且点位分散。
(4)雨水面源污染问题突出。试点区内河道 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，雨水径流面源污染，河道内源污染。经测算，雨 水 面 源 污 染 量 (COD)占 到 总 污 染 量 的77.61%，其中市政道路占比达 到20.5%。城 市 道路面源污染问题十分突出。
(5)道路低洼点的排水能力不足。嘉兴作为 平原河网城市，筑路以填方为主，设计往往通过人为造坡的方式，尽 可 能 满 足 规 范 要 求 的 不 小 于0.3%纵坡。这势必造成道路低洼点的排水压力很大，瞬 间的排水能力往往难以满足。
(6)地 下 水 位 高，对 路 基、路 面 结 构 要 求 严 格。嘉兴地区河网密布，地下水位高，时刻面临被侵蚀的风险。因此在路基填筑时，要求做好地下排水措施(如盲管、排水沟等)。路 面 面 层 由 于 经 常 会 受 到 雨雪渗入而形成不稳定的情况。
1.2 道路设计需求
由上述 情 况 可 知，嘉兴传统道路主要存在面源污染严重、管网 排 水 能 力 不 足 两 方 面 问 题，同 时存在可利用的道 路 相 邻 绿 地 较 多 的 有 利 条 件。因此，海绵城市背景下嘉兴市政道路设计应满足：
(1)充分利用道路绿化带、外侧绿地储蓄 空 间，改变传统雨水径流快排模式，因地制宜地布置低影响开 发 设 施，蓄 滞 雨 水 径 流，延 长 水 流 路 径，构 建 “滞、蓄、渗、排”的雨水系统，控制面源污染，削减径流总量、峰值流量，减轻道路雨水管网排水压力。
(2)在满足道路交通功能的条件下，初期规划设计阶段，通过横断面设计、竖向设计的优化，来提升道路自身系统的排水能力。
2 城市道路低影响开发措施选择
根据嘉兴城市道路特点及设计需求，嘉兴道路海绵城市建设宜尽量利用道路周边绿地，选择径流污染控制较强，径流量控制效果较好的低影响开发设施。具体城市道路低影响开发设施选用情况见表1。
3 城市道路排水设计优化
3.1 城市道路雨水低影响开发系统优化设计
本次研究在传统道路等级、断面划分的基础上，将城市道路雨水低影响开发系统分成道路红线内和道路红线外2类进行讨论。
3.1.1 城市道路红线内雨水低影响开发系统优化设计
城市道路横断面组成一般包括人行道、绿 化 分隔带、非机动车道、机非分隔带、机动车道、中央分隔带，如图2所示。依据道路横断面组成情况，结合低影响开 发 设 施 特 点，对 城 市 道 路 红 线 内 低 影 响 开 下垫面类型主要可以分为3类：硬化地面、城市开放式绿地和滨河绿化带。3类下垫面的低影响开发措施如表3所示。
(1)红 线 外 为 硬 化 地 面(见 图4)。城 市 道 路 红线内雨水低影响开发系统按照上节论述，路面径流沿道路横坡汇入绿化带低影响开发措施内。红线外硬化地面一般竖向上高于道路，地表径流顺坡人行道后再汇入绿化分隔带的树带或树池内。由于树带或树池蓄水空间有限，因此道路红线外硬化地面宜采用透水铺装的形式，以减少地表径流对树带或树池的冲击。地表径流进入低影响开发措施内后，超量径流通过溢流口排入市政雨水管线。
(2)红 线 外 为 开 放 式 绿 地(见 图5)。城 市 道 路红线外开放式绿地主要存在两种形式，一种为公园绿地，一般为成块绿地;另一种为退让绿化带，一般为带状绿地。
当道路红线外为公园绿地时，如果 竖 向 条 件 合适，宜结合道路雨水管道，在雨水管道末端设计雨水湿地等低影响开发措施。道路红线范围内依据水质水量控制目标以及末端低影响开发措施规模情况合理选用部分低影响开发措施。
当道路红线外为退让绿化带时，可 采 用 植 草 浅沟、生物滞留带等低影响开发设施，将道路雨水引入红线外绿化带内进行滞留与净化，超量雨水一般通过溢流口排放到道路雨水管网内。若红线外为退让绿化带较窄时，道路红线范围内低影响开发设施宜仍旧按上节所述进行设计;若红线外为退让绿化带较宽时，道路红线范围内雨水宜通过引水设施，将雨水引至红线外绿化带内。
(3)红线外为滨河绿化带(见图6)。城市道路濒临河道时，根据河道等级不同，一般沿河道驳岸设置有8～30m 的滨水绿带空间，因此城 市 道 路 海 绵 城 市建设时可在道路与河道之间设置低影响开发设施，用以净化道路雨水。城市道路标高一般高于河道驳岸，滨水绿地一般由道路坡向河道，因此设计低影响开发设施时推荐采用植草浅沟引流并与生物滞留带相结合的方法对道路雨水进行控制。
道路红线范围半幅道路雨水通过引水设施进入滨河绿化带后漫流进入河道内。另一半幅道路雨水低影响开发系统仍旧按上节所述进行设计。
3.2 城市道路排水与雨水低影响开发系统衔接优化设计
由上文可知，道路横断面形 式、分 隔 带 位 置、路面坡向、道路周边空间设计时，需考虑低影响开发雨水系统构建的要求。为将城市道路雨水径流按设计意图进行合理组织，并将低影响开发雨水系统与城市道路排水系统有效衔接，需要新增一些雨水引流设施和雨水排水设施。
3.2.1 雨水引流设施
(1)侧石进水口设计。为保证路面径流能够顺利进入分隔带内的低影响开发设施内，侧石需要进行开口设计。侧石开口设计时应注意：①侧石 开 口的数量应根据开口进水能力以及道路汇流量情况进行合理设计;②侧石开口位置一般沿道路均匀布置，在道路纵坡洼点处可适当增加开口数量;③侧石开口在设计时 要 确 保 一 定 的 宽 度 以 满 足 进 水 能 力 要求，并防止宽度过窄导致进水口被树叶、垃圾堵塞的问题，侧石开口设计过流量可采用堰流公式计算;④ 侧石开口进水口处应堆积卵石或岩石作为消能缓冲措施，以防止土壤冲蚀。
(2)机非分隔带过水设施。当机非分隔带 较 窄不宜设置低影响开发设施时，为将机动车道雨水引流至生态树带或红线外低影响开发设施内，设计机非分隔带过水设施用于将机动车道雨水穿越机非分隔带输送至非机动车道。机非分隔带过水设施设计时应注意：①数量应根据设施过水能力以及道路汇流量情况进行合理设计;②位置一般沿道路间隔布置，在道路纵坡洼点处可适当增加数量;③机非分隔带过水设施过流量可采用明渠均匀流公式计算。
(3)人行道过水设施。人行道过水设施用 于 将非机动车道 雨 水 径 流 输 送 至 人 行 道 外 侧 海 绵 设 施内。设计时应注意要点与上述机非分隔带过水设施相同。
3.2.2 低影响开发排水设施
雨水低影响开发排水设施将低影响开发雨水系统与城市道路排水系统有效衔接，主要包括导流管设计和溢流雨水口设计。
(1)导流管。导流管适用于有雨水收集和增渗需求的场合，一般设置在生物滞留设施、植草浅沟以及透水铺装下。导流管设计时应注意：①导流 管 的数量和管径应经计算确定，其排水能力不应小于设施的最大入渗能力;②导流管的排水能力可采用孔口自由出流淹没导流管的计算形式;③导流管埋管应以不小于0.005的坡度排向雨水井，具 体 坡 度 应根据实际情况设计确定;④每根导流管宜设置一根清淤立管，堵塞时用于冲洗养护。
(2)溢流雨水口。溢流雨水口一般设置在生物滞留设施内，用于暴雨时超过生物滞留设施设计调蓄容积时的溢流排放，设计时应注意：①溢流雨水口宜设置在汇水面的最低处，顶部标高宜低于道路路面30～50 mm，并应高于周边绿地种植土面 50～100mm，具体溢流水位标高可根据雨水调蓄设计要求确定;②溢流雨水口服务的汇水面积不应超过其自身的排水能力。溢流雨水口过流量应为雨水管渠设计重现期计算流量的1.5～3.0倍，并应按该地区内涝防治设计重现期进行校核;③溢流雨水口内宜设置截污挂篮，用以截留进入溢流雨水口的污染物。截污挂篮可采用不锈钢或复合材料等材质，并具有一定承重能力和耐腐蚀性，且可以从溢流雨水口口部抽出进行清掏。
3.3 城市道路路面排水防涝系统优化设计
此过程中，应综合考虑源头低影响开发系统、排水管渠系统、大排水系统、防洪系统的协同作用，以达到控制雨水径流、削减面源污染、消除城市内涝的目的。道路大排水系统作为海绵城市设计内容的一部分，在超标雨水径流排放中起着关键的作用。
大排水系统一般通过“排放设施”和“调蓄设施” 的设计来达到超标雨水径流排放的目的。排放设施主要包括道路路面、生态沟渠等地表行泄通道。调蓄设施主要包括调蓄塘/池、调蓄隧道等地面和地下设施。对于平原河网城市嘉兴来说，大排水系统 构建过程中有其相应的特点，设计要点见表4，类型见图7。
4 道路设计优化
城市道路落实海绵城市建设要求，不 仅 可 以 保证道路的通行能力，还能在解决道路排水问题的同时防止雨水对路面稳定性的影响。本次从传统理念的道路设计思路出发，结合海绵背景下的城市道路设计特点与需求，从以下几方面建议进行优化。
4.1 横断面设计优化
(1)分隔带宽度。在前期比选人行、车行和绿化分隔带的布置次序和宽度时，除按照传统的方式结合项目所在地的实际情况、规划、规范要求的基础上确定外，还应结合海绵城市设施宽度需求、技术路线进行综合布置。
机非分隔带若设置海绵设施，考虑 后 期 整 体 景观效果影响，不宜小于3m;人行道树带涉及后期人行通道 宽 度，当 宽 度 在3 m 以 下 时，不 宜 设 置 下 凹式树带。
(2)道路横坡。道路人行道外侧用地为绿化时，应优选将人行道横坡坡向外侧绿地，通过预埋管将车行道内雨水排入两侧绿地内，绿地设置海绵设施。
4.2 纵断面设计优化
海绵理念下的城市道路竖向设计除考虑规范、路网、规划控制标高外，还应充分结合两侧用地布置功能性的海绵 设 施。优先将道路内的雨水通过横坡、纵坡的关系，引入绿地内的设施;道路最低点的设置应更加科学合理，并尽量靠近河道等雨水受纳体，例如嘉兴某城市道路在建筑用地之间存在规模化绿地，对海绵设施的布置存在天然优厚条件，因此在道路纵断面优化设计时，一方面在绿化用地处设置局部最低点，保障道路雨水可通过源头绿地进行分散式控制;另一方面，充分利用嘉兴河网优势，通过道路竖向系统控制，在道路近河道处形成洼点，且防涝分区内的道路路面坡度均坡向该低洼点，以构建有效的地表排水系统，即“大排水系统”，排除超标雨水，避免道路内涝灾害的产生。优化示意情 况 如图8所示。
4.3 路基设计优化
由于嘉兴地下水位较高，又多雨，因此在海绵城市背景下，如何避免由于地表水的渗入和地下水的冲刷、浸润，使路基失稳、路基强度降低，成为路基设计中的重点。
(1)措施一：在路基填筑时，浸水路基部分 的 回填材料应采用清骨料进行回填，路面结构与路基之间设置15～20cm 的碎石隔水层，尽可能避免地下毛细水上升侵蚀路面结构。
(2)措施二：在生态树带等低影响开发设施与路面结构之间必须设高密度防水膜，为便于施工与路基填筑，与路面搭接部分防水膜应设置与侧平石基座下方;为缓解地表渗入水影响路面结构，防水膜向下方的延伸长度不应小于50cm。路基优化情况如图9所示。
4.4 路面设计优化
对于新建的城区，应该在从建设城市道路时就将透水铺装等海绵措施合理的应用到工程中。切合过往改造案例，本次对城市道路各组成部分透水铺装的利用范围进行合理化选择，具体见表5，但机动车道、非机动车道的透水铺装，一定要经必要性、经济性等分析比较后再确定。
5 绿化景观设计优化
5.1 绿化景观的功能性
道路景观本身需要具备一定的功能性，海绵城市背景下亦需保证该功能，不应因海绵城市影响道路景观 本 身 的 功 能。并且，在 不 影 响 传 统 道路景 观 功 能 的 前 提下，基 于 海 绵 城 市 背景下的道路景观还应具备 雨 水 滞 蓄、入 渗和雨水净化功能。
5.2 绿化景观设计
(1)分车带道路景观设计。道路雨水主要通过道路坡度和侧石开孔进入分车带进行入渗，分车带绿地根据宽度不同，景观处理方式也不同。若分车带宽度不足3m，受 路 基 放 坡 等 限制，不宜采用下沉式绿地等海绵设施。若分车 带 宽 度 在 3 m以上，通常考虑通过下沉式绿地、雨水花园等生物滞留设施处理雨水。若竖向上有条件，还可考虑旱溪、梯形绿地等景观化处理方式。
(2)行道树绿带景观设计。道路行道树绿带主要 分为树带和生态树池2种形式。通常情况下，树带考虑结合下沉式绿地进行设计，行道树间距与传统道路景观无异，仅在树种选择上需要选择抗性强耐湿耐旱的树种。若考虑生态树池方式，建议设计 中考虑碎石层或排水板的设置，避免树根泡水。
(3)路侧绿化带景观设计。路侧绿化带主要 有下沉式绿地、雨水花园和其他生物滞留设施等海绵措施。在这些措施的景观设计上，主要是地形打 造和植物配置。地形塑造讲究自然整体，避免生硬 僵化，更忌讳形成单个的互相毫无联系的洼点。植 物配置上，依旧采用乔———灌———草的模式，只是地形洼点避免种植高大乔木或在种植的乔木下增加导流设施，保证植物根系不泡水。另外，若路侧绿化带外侧为水系，则 考 虑 结 合 水 系 形 成 沿 河 滨 水 景 观 带。若路侧绿化带外侧为公园或街头绿地，应与该公园或街头绿地整体考虑，将海绵设施自然地融入其中。
5.3 绿化景观设计重点
海绵城市背景下道路景观设计与传统道路景观设计存在一定的区别，这也是海绵城市背景下道路景观的设计重点。主要表现在地形、土壤改良和 植物配置3个方面。
(1)地形。道路景观中的地形主要是指微地形，即景观施工过程人工模拟大地形态及其起伏错落的韵律而设计出有起伏变化的地形，其地面高低起伏但起伏幅度不太大。基于海绵背景下的道路景观区别于传统道路景观，地形的营造是最关键的。通 过侧石开口或其他引流方式将道路雨水引入绿地空间后，通过地形营造，设计下沉式绿地、雨水花园和雨水塘等生物滞留设施实现雨水的滞蓄、下渗和净化。以最典型的下沉式绿地为例，从排水设计人员处获得进入绿地空间的径流量后，结合整体地形的营造，设计合理的下沉深度以及下沉面积，将下沉式绿地自然地布置于绿地空间中。
(2)土壤改良。传统的道路景观为了保证植 物的正常生长，若原状土是以黏性土为主的土壤，则需进行种植土换填，一般为结构疏松、通气，保水、保肥能力强，适宜于园林植物生长的土壤，换填深度根据土球大小而定。对基于海绵城市的道路景观而言，雨水需通过下沉式绿地或其他生物滞留设施进入土壤进行入渗和净化，故土壤必须具有一定的渗透性。在设计之初，必须对土壤本身的性质进行检测，并进行有效的分析，若是渗透性差的粘质土壤，必须对土壤进行改良。最常见的改良方式即掺沙，增加 土 壤孔隙率和渗透性。当然，换填的比例应经过科 学 论证，结合种植的植物习性综合考虑，避免植物因淹水或缺水造成长势不良的情况。
(3)植物配置。与传统道路景观不同，基于海绵城市的道路景观由于地形以及土壤的改变，道路植物配置也必然不同。除了观赏性之外，基于海绵城市的道路景观植物配置更重要的是植物的生长情况和适应能力。首先，必须要根据当地的环境进行植物的选择，尽量选择本土植物;其次，选择根系发达、耐淹耐旱，并且具有净化能力的植物。根系发达的植物能根据环境条件吸收或释放雨水。雨水进入绿地可能会对植物造成短时间的浸泡，故要求植物具有一定的耐湿性;在长时间不下雨的情况下，可能植物长时间得不到水分补充，又要求植物具有一定的耐旱性。而对雨水净化来说，最好选择对雨水污染去除能力高的植物品种。最后，选择没有种间竞争的植物进行搭配，能够保证生态群落的稳定性和多样性。
6 小结
针对嘉兴城市道路雨水面源污染问题突出，排水能力不足等特点，提出充分利用绿地空间进行雨水净化、削减峰值流量的城市道路低影响开发设计策略。排水设计上重点考虑有效的雨水径流组织，并与传统排水进行有效结合。道路设计上重点考虑竖向上洼点位置的合理控制以及由于雨水渗透导致的路基防护问题。景观设计上重点考虑微地形的打造以及植物配置问题。——论文作者：孙 烨 黄 屹 冯林林 钟翌晨 柳永华
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