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关于城市道路低影响开发设计关键技术的研究

2018-10-09彭竹葳

城市道桥与防洪 2018年9期
关键词:城市道路径流海绵

朱 钢,彭竹葳

(成都市市政工程设计研究院,四川 成都 618000)

0 引言

随着城市的开发建设,自然条件发生变化,一些城市生了“城市病”:热岛效应、水质污染、外洪内涝,城市道路带来的初期雨水径流污染严重,大面积路面硬化改变城市下垫面,径流量大大增加。自2014年10月住建部发布《海绵城市建设技术指南》(以下简称《指南》)以来,全国各地海绵城市建设进行得如火如荼。

低影响开发技术作为海绵城市建设的重要手段,近两年在海绵城市建设的各种场所,尤其是建筑与小区及城市道路中得到了越来越多的应用。一座城市的发展价值取向,莫过于城市中人们的真切感受。城市道路作为重要的公建项目,是城市的窗户,是可以被群众可感可触的项目,是贯彻海绵城市理念、贴近百姓的良好媒介。因此,如何做好城市道路的低影响开发设计,非常重要。

我国传统的市政道路排水设计为:车行道、人行道设置横坡,雨水篦子收水,进入市政雨水排水管道,道路外侧相邻绿化带往往造坡以提升景观效果。这样做的优点是:快排,保证行车安全;美观,景观造坡打造。在有了“海绵城市”理念以后,也凸显了这样传统设计的缺点:径流量增大,初期雨水径流污染直接排入雨水系统从而排放至河道。有了海绵城市理念以后,城市道路设计有了转变的契机。

1 已有指引

住建部推出的《指南》,使国内第一次有了基于“海绵城市”理念城市道路的低影响开发设计的指导。《指南》中提出:“道路横断面设计应优化道路横坡坡向、路面与道路绿化带及周边绿地的竖向关系等,便于径流雨水汇入低影响开发设施”“路面雨水宜首先汇入道路红线内绿化带,当红线内绿地空间不足时,可由政府主管部门协调,将道路雨水引入道路红线外城市绿地内的低影响开发设施进行消纳”。但是,《指南》中并未给出具体做法的建议,仅在案例计算中可以找到参考。

各省市也相继开始编制适用于本地区的设计规范、标准及导则。《四川省低影响开发雨水控制与利用设计规范》于2017年11月发布实施,其中提到:“城市道路宜增加绿化率,进行低影响开发设计的城市道路绿化带宜大于2 m”“具备透水地质条件的新建、改扩建非机动车道、步行街、人行步道等无大容量汽车通过的路面宜采用可渗透路面,若有上位规划,透水铺装率不应低于规划标准。若无规定,新建项目透水铺装率宜大于50%,改(扩)建项目透水铺装比例宜大于20%。”

另外,2016年7月,住建部批准、中国建筑标准设计研究院编制的标准图集《城市道路与开放空间低影响开发雨水设施》发布,包括城市道路/开放空间的总体设计及设施组合设计、单项设施的设计均有了设计指引。

在实际应用中,各专业都有其不同要求,如何统筹城市道路设计中管线、道路、景观,甚至河道专业的设计,至关重要。本文将就实际工程中的设计产生的疑问进行探讨。

2 常见的设计误区

目前,常见到的一些应用于城市道路的低影响开发设计存在一定的误区。例如,认为道路采用透水或半透水的路面即为“低影响开发”。在一些城市快速路,道路面层采用排水沥青混凝土,但雨水径流依然通过面层下的排水层,通过路边盲沟有组织排放;或者部分道路所处区域土壤条件差,考虑到道路结构安全性,结构层底部及侧面按照道路专业的要求做防渗处理,这样就形成了“假透水”。又例如,普遍认为低影响开发设计就是在道路旁的绿化带做下凹式绿地,但是我们常看到一些路侧下凹式绿地或雨水花园,与实际硬化的区域缺乏联系,并未真正消纳开发后路面产生的降雨径流。

3 指标计算

《指南》中提出“年径流总量控制率”的概念,各地编制的《海绵城市专项规划》也将该指标作为重要的甚至是首要的控制指标。

市政道路是城市建设面积的重要组成部分。以成都市为例,中心城区建设用地面积中,道路及交通设施用地22%。这个区域的指标如何实现,是否能实现,是整个城市海绵城市建设总体目标是否可达的重要因素。

为了推行海绵城市建设,各地制定了海绵城市相关的项目审查要点。以成都为例,成都市城乡建设委员会于2017年8月发布了《成都市建设项目海绵城市专项设计编制规定及审查要点》,要求在具体实施中落实上位规划的指标要求。虽然多地已完成《海绵城市专项规划》,但其年径流总量控制率的指标分解往往仅进行到城市排水分区或管控单元(多为控规单元)的级别,具体各地块及不用路幅的城市道路的指标取值并未明确。

《成都市海绵城市专项规划(2016~2030)》中提出了城市道路的指标取值方法。首先,根据所在片区的控制率要求,确定年径流总量控制率初值;然后,根据路段红线内机动车道所占比例,依据表1对控制率进行修正。某路段控制率=所在片区控制率+基于机动车道比例的调整值。

下面将选取两种道路断面进行讨论。以《成都市规划管理局规划道路横断面及管线综合图》中的几个典型道路横断面为例。

图1、图2、图3的道路断面机动车道宽度分别占比70%、63%、72.5%,年径流总量控制率可下调0~10%。以图3为例,假定道路所处区域的管控单元控制指标为70%,则道路设计的年径流总量控制率目标取值60%(根据成都市多年降雨统计资料,对应设计降雨量14.4 m m),每100 m道路,半幅路所需的调蓄容积为:(14.5×100×0.9+1.5×100×0.15+4×100×0.3)×0.014 4=20.84 m3。

表 1城市道路年径流总量控制率修正表

图 1 典型道路横断面一(单位:m)

图2 典型道路横断面二(单位:m)

图3 典型道路横断面三(单位:m)

若道路红线外侧有规划公用绿化带,这部分调蓄容积的控制可以考虑通过引流进入绿化带内实现,但大部分城市道路的路旁侧并无绿化带,则这部分调蓄容积仅能通过行道树树池、树带或人行道下增设调蓄设施进行控制。但是,在实际工程中由于景观专业对行道树树种的选择倾向、人行道下管线埋设的要求等因素,以上方法很难实施。

每条道路是否均需要进行“指标计算”?实际项目中,指标落实非常困难,目前大多数城市并未严格执行。笔者建议,城市道路应因地制宜,结合道路所处区域的特点、道路的规划条件及现场条件,确定低影响开发措施,不能一味考虑“指标计算”。

4 单项设施做法讨论

4.1 分隔带

城市道路的断面型式主要有单幅路、双幅路、3幅路及4幅路。根据15M R105《城市道路与开放空间低影响开发雨水设施》,对不同板块的道路及立交桥区的雨水控制和设施布局均有设计指引。

4.1.1 分隔带宽度对低影响开发设计的影响

标准图集明确了道路横坡、收水方式和传统设计不同,主要体现在:有侧分带、中分带的道路,非机动车道、机动车道的横坡坡向分隔带,另外取消了常规雨水收水口的设置,在分隔带中设置溢流式雨水口。值得注意的是,在标准图集中,未讨论分隔带宽度对设计方案的影响。

南宁市《低影响开发雨水控制与利用工程设计标准图集》中提出“分隔带宽度小于2.5 m的路段,不宜向分隔带引入路面雨水径流”“为推进海绵城市的建设,不建议采用中分带宽度在2.5~4 m之间的城市道路”。

孔泽仁[1]提出,当中分带宽度小于2.5 m,由于中分带的绿地面积有限,且考虑溢流式雨水口连接管过场,不允许路面径流汇入中分带,与南宁市标准图集中的提法基本一致;杨青娟[2]认为,中国城市绿地面积规模小,地表水污染负荷大,绿地究竟能承担多少水质和水量的优化管理功能还需要深入研究和探讨。

结合成都市常见的道路断面型式,分隔带宽度大多小于4 m,分隔带不宜作为削减车行道径流的主要场所。

常用于分隔带的低影响开发措施往往要求绿化呈一定下凹,与传统植树或种植花草营造景观效果的做法相悖。一般的城市道路中,具有较宽分隔带的往往是具有重要交通功能的干道,景观要求高,如何统筹径流消纳的需求与景观效果成了难点。实际工程中,前者往往妥协于后者。

以成都市日月大道为例(见图4、图5),由于景观需要,侧分带无法采用下凹,但每隔10 m在侧分带路缘石设置了开孔路缘石,侧分带内设盲沟。主车道部分径流可通过开孔路缘石进入侧分带。笔者认为该做法为更有操作性的低影响开发理念的实践。若城市中新建或改建道路的分隔带均按照下凹式绿地、生物滞留设施的形式进行设计,会牺牲不同城市道路的不同景观特色,实际建设中,应根据城市道路的定位、交通功能确定分隔带的具体做法。

图4 成都市日月大道侧分带平面图(单位:mm)

图5 成都市日月大道侧分带剖面图

不可否认,在分隔带中设置低影响开发设施,可以有效改善雨水径流水质[1]。研究表明,在分隔带中设置生物滞留设施,对雨水径流中的TSS、重金属污染物有较好的去除效果,而对N、P营养物质的去除效果不稳定[1]。

4.1.2 分隔带中溢流式雨水口做法

按照15M R105《城市道路与开放空间低影响开发雨水设施》,常规设置的雨水进水口由分隔带内的溢流式雨水口取代。笔者认为,不同道路应根据其具体设计条件确定是否采用该种方式。例如,一些有分隔带的城市快速路,行车安全重要性高,如果取消传统收水的雨水进水井,雨水径流均通过开孔路缘石进入到侧分带中消纳,再通过侧分带中的溢流式雨水口排入市政雨水管道中,若雨季泥土、花草落叶进入到溢流式雨水口中造成堵塞,对道路排水安全造成威胁。这唯一的收水、排放设施在汛期的维护将对管养维护部门提出更严格的要求。

为保障道路的排水安全,同时兼顾海绵城市建设提出的要求,对于一些行车安全要求高的道路,笔者提出可以考虑保留传统的雨水进水井,或提出更严格的后期维护管理的需求。如:(1)及时清除杂草、落叶;(2)汛期降雨频繁,将造成溢流式雨水口周围的泥土冲刷,应定时清理进水口的沉积物,保证排水通畅。

4.2 开孔路缘石

开孔路缘石广泛应用于城市道路低影响开发设计中,其开孔方式及设计参数直接影响道路雨水排放系统组织,决定低影响开发系统的工作效能。

15M R105《城市道路与开放空间低影响开发雨水设施》中给定了几种开孔路缘石结构做法,包括梯形、矩形以及圆形开孔。矩形和梯形开孔过流断面大,但景观效果较差;圆形开孔的路缘石景观效果好,但过流断面小,容易被路面垃圾阻塞。以日月大道为例,侧分带路缘石采用矩形开孔,在开孔内设置篦子以阻塞垃圾,路缘石立面及剖面图见图 6、图 7。

图7 成都市日月大道开孔路缘石剖面图

4.3 透水铺装

目前常用的透水铺装形式有两大类——铺装材质本身透水的透水混凝土、透水沥青混凝土、透水砖;铺装材质本身不透水的预制混凝土铺装板等。

对于铺装材质本身透水的形式,将面临渗透性能随龄期衰减的必然缺陷。Soenke Borgwardt研究表明,由于矿物或有机物的细颗粒会进入多孔混凝土路面砖的孔洞中,或进入接缝料中,所以可以认为混凝土路面砖路面的渗透性能将会有不可逆转的衰减趋势;研究表明透水型混凝土路面砖使用龄期3 a左右,渗透性能降至40%。透水性混凝土路面砖路面的渗透率取决于接缝料的质量、施工质量。

目前,北美、欧洲、澳洲等国铺设的透水路面,在渐渐尝试采用砖缝隙透水为主的路面。

对于砖缝隙透水的透水路面结构,则不但规定了缝隙内材料(砂子)的具体粒径等性能要求,还提出定时真空吸出清洗后回填的日常使用维护措施,以保证这种结构形式透水路面的透水性能可长期保持。图8为预制混凝土铺装板人行道结构图,图9为工业化铺装板剖面图。

图8 预制混凝土铺装板人行道结构图

图9 工业化铺装板剖面图

无论拟采用哪种透水铺装形式,都需要结合设计范围内的地质勘查报告确定人行道路基的处理方式。若地勘报告显示区域为湿陷性黄土、膨胀土等不利于渗水的地质,为防止对车行道路基的影响,应对结构层进行防渗处理,甚至取消透水铺装设计。

对于人行道外侧为绿化带的城市道路,除透水铺装外,可通过人行道横坡坡向绿化带的方式减少径流。

4.4 树池

城市道路在满足其基本功能的前提下,应尽量设置连续绿化带,以减少道路红线内的径流面积。

有条件做带状树池的,可采用带状树池并设置开口路缘石(或采用平缘石),使相邻硬化路面雨水径流引入消纳及净化。

常见的一些带状树池做法案例详见图10。

图10 带状树池做法示例图

成都市的一些已建道路,通过简单的改造即可实现低影响开发(见图11)。

图11 成都市滨河路现状图

一些项目中用到了生态树池。若能做到将主车道径流通过开孔缘石引流,则能发挥一定效能;若仅对人行道径流消纳,“点状”树池意义依然不大。在一些广场项目中,点状树池的收水范围较大,可以考虑使用。 如图12所示。

图12 生态树池示例图

徐冉云[6]提出一种海绵型改进优化的树池做法(见图13)。该树池从左到右一次设置有卵石区、储水区和植物生长区,提出了不同树池面积率下的设计降雨深度关系及不同规格树池设计数量与株距要求。

图13 海绵型优化改进树池

树池作为城市道路中的必要组成元素之一,将其有效地利用起来做低影响开发设计是必要的,但必须注意植物的选择和搭配,植物种类需耐淹。

同时,基于低影响开发理念设计的树池,应至少每年检查一次,确保树木生长良好。具备卵石层的树池需定期清理或更换卵石。

5 结论及建议

在各地大力推进海绵城市建设的背景下,城市道路的低影响开发设计得到广泛应用,但笔者认为,不能一概而论统一套用上位规划中广泛的指标要求,应结合项目条件确定低影响开发设施的运用方式及规模大小。

国家、省、市已发布的指南、标准图、规范及导则,均对城市道路的低影响开发设计有一定指引,但在实际工程中,各单项设施的设计均存在一些亟待解决的问题和值得探讨的方向,无论是分隔带、透水铺装或树池的做法,都应结合本地条件、项目特征综合确定。

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