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咨询热线:17736920826海绵城市理念下的道路设计应该怎么做
本站 2018/5/25 9:50:09
城市道路是城市空间的重要组成部分，也是径流及其污染物产生的主要场所之一，城市道路海绵城市建设应采用净、渗、蓄、缓排的系统模式。随着城市化进程不断加快，城市道路面积不断增加，道路硬化用地面积占城市建设用地面积的15%~20%。目前在城市道路建设中，以满足城市道路功能为前提，在雨水控制和利用思路上主要体现了“排”，忽略了对生态保护的影响。
今天小编就给您介绍两个案例，带您了解融入海绵城市理念的道路设计应该怎么做~
1、工程概况
1.1项目概况
该城市道路位于厦门海绵城市建设试点区中西部，总体呈南北走向，本次设计长度650m。道路原状机动车道宽7.5m，人行道宽3.5m，绿化退线宽8~10m，周边地块主要为厂区、绿化用地，改造前现状见图1。
本次设计主要围绕海绵城市这一理念，改变传统的雨水收集排放系统，即路面雨水→雨水口→雨水口连接管→检查井→市政管网的“快排”系统，综合运用透水铺装、路缘石开口、植草沟、生物滞留等工程措施，将路面的雨水通过低影响开发设施使其在雨水径流量控制、面源污染控制和排水防涝方面取得效果。
1.2设计标准
（1）雨水年径流总量控制率。通过海绵城市方案设计，使本条城市道路年净流总量控制率达到70%，即满足268 mm雨水不外排的建设要求。
（2）雨水年径流污染控制率。综合考虑厦门市初期雨水污染实际和城镇排水受纳水体水环境容量，参考国内外城镇初期雨水截流量，雨水利用设施的径流污染控制以尽可能降低水环境污染为目标，同时考虑初期雨水处理设施规模。本次设计初期雨水截流量按照10 mm的降雨径流量计算。
（3）排水防涝标准。采取综合措施，有效应对50年一遇暴雨。
2、海绵城市系统设计
2.1整体方案
雨水管道均布置于道路中心线下，本次设计保留现状雨水主管及检查井，检查井井盖标高与设计路面标高保持一致。道路红线宽度20 m=2 m（人行道）+2 m（生物滞留绿地）+25 m（非机动车道）+35 m（机动车道）+35 m（机动车道）+25 m（非机动车道）+2 m（生物滞留绿地）+2 m（人行道），本方案雨水综合利用主要是人行道及非机动车道采用透水铺装，道路两侧设置下凹式生物滞留设施，改造断面见图2。
2.2生物滞留设施设计
将侧分绿化带加宽至2.5 m，并做成下凹绿地，路缘石开口，收集、滞留机动车道的汇水。结合本次设计道路的实际情况，推荐采用生物滞留设施，复杂型生物滞留设施可通过化学过程、物理过程、生物过程有效去除径流初期的污染物。
生物滞留设施结构剖面自上至下为持水区/沉砂池/挡水堰/雨水溢流井、种植土壤层、砂滤层、卵石层，详见图3所示。生物滞留设施中材料参数见表1。
结合景观道路沿线两侧种植钱根乔木的需要，本次设计生物滞留沟种植土壤层厚度采用120 cm。下凹式生物滞留设施主要负责收集和处理沿线相邻车行道及人行道的径流雨水。下凹式生物滞留设施收集的雨水优先通过下渗进行水质和水量的处理（下渗雨水通过卵石层内的穿孔管收集）；超出下渗能力的雨水在持水区持续蓄积，超量雨水将通过溢流口（溢流口高出持水区底部20 cm或25 cm）直接溢流至雨水管道系统。
生物滞留设施植物的耐淹时间过长将会影响绿地植物的正常生长，因此在渗透设施容积深度确定以后，需要用绿地的淹水时间进行校核。经计算，生物滞留设施空池标准蓄水量排空时间t0=11.1 h，满足设计的最大雨水排空时间为24 h。
2.3非机动车道、人行道透水设计
为提高地面透水能力及考虑到环保，采用透水性硬化地面做法，是提高地面透水能力的有效途径之一。本项目非机动车道、人行道均采用透水砖材料，以便雨水入渗回补地下水，人行道采用环保透水性地砖铺面，由上至下主要结构分别为：8 cm联锁透水砖、3 cm中粗砂找平层、一层400 g/㎡土工布、15 cm C15无砂透水混凝土、12 cm级配碎石，如图4所示。
图4人行道透水结构示意
透水铺装地面削减污染物的去除效果明显，相关研究表明对COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、SS均有良好的去除效果，能达到地表水Ⅱ类水质标准。
非机动车道、人行道均坡向绿化退线。道路两侧绿化退线范围均较大，通过道路两侧的植草沟将路面雨水收集至退线内雨水花园滞留下渗。
2.4附属设施设计
2.4.1路沿石豁口
生态滞留沟入流系统是生态滞留沟的一个重要组成部分，其结构可影响到生态沟的净化效果、维护和使用寿命。目前应用较普遍的就是在路缘石上预留豁口，将径流道路滞留沟中。路缘石豁口可按式（1）计算：
结合立箅式雨水口进水量综合考虑，确定路缘石豁口的开口长度确定为每间隔15 m设置1.5 m的路缘石豁口。道路起点至道路桩号K0+208段，由于设计道路坡度为1.78%，路缘石开口收集雨水难度比较大，本次设计道路坡度大于1.5%段采用环保雨水口收集路面雨水。设计路缘石为花岗岩，C15混凝土后背，规格为15 cm×80 cm×130 cm，本次设计路缘石开口为每15m设置一处开口对路面径流进行引入，路缘石开口尺寸为80cm×7.5cm，并设置铸铁格栅防止异物进入绿地。
2.4.2溢流雨水口
生物滞留设施间隔20～30m设置一处溢流雨水口，当雨水超过海绵城市收纳能力时，通过溢流设施排入市政管网。溢流雨水口采用模块混凝土结构，规格为680mm×1300mm，溢流口最大过流流量为30 L/s。
2.4.3沉泥槽
路缘石后侧设置8 cm×20cm×12.5cm沉泥槽（PVC沉淀槽），沉泥槽采用钢筋混凝土底座，底座规格130cm×30cm×20cm。
2.4.4挡水堰
挡水堰采用卵石堆砌，顶宽为20 cm，底宽40 cm，高度20 cm，基础50 cm细石混凝土垫层。挡水堰设置于雨水溢流口下游，避免下游就近路缘石开口雨水造成短流，挡水堰根据雨水溢流口设置间隔约为30 m。城市道路雨水收集系统设计详见图5所示。
3、指标校核
3.1雨水年径流总量控制率校核
定义水量控制比率=（渗透量+空池最大蓄水量）/进水量，可知水量控制比率越高，说明溢流外排的径流雨水量越少，当水量控制比率值≥1时，说明设施能够完全控制设计范围内的雨水量而不外排。另外，下凹式生物滞留设施空池标准蓄水量为水池在流入雨水溢流口所需要雨水量，超出空池标准蓄水高度的雨水通过雨水溢流口流入雨水管道系统。取机动车道径流系数取0.9，则双侧2.5生物滞留沟对雨水径流量控制能力见表2。
由表2可知，按照海绵城市要求年径流总量控制70%设计降雨量条件下的生物滞留沟都不发生溢流，能满足海绵城市的径流总量控制目标。
3.2初期雨水污染的控制校核
设计按照每延米生物滞留沟处理其侧面车行道、人行道相应每延米的初期雨水量计算。另外，定义空池最大蓄水量为水池在不考虑下渗和溢流口外溢情况下的最大蓄水量。当空池最大蓄水量≥初期雨水径流控制量时，说明设施能够完全控制设计范围内的初期雨水携带的污染物量。在降雨后期或者降雨停止后，设施内滞留的污染物将通过设施内的植物吸附分解，或土壤及填料的过滤等方式得以有效地去除。生物滞留沟对初期雨水污染控制能力见表3。由表3可知，本次设计中的双侧生物滞留沟能够完全控制设计范围内的初期雨水污染。
3.3渗透设施设计校核
生物滞留设施植物的耐淹时间过长将会影响绿地植物的正常生长，因此在渗透设施容积深度确定以后，需要用绿地的淹水时间进行校核。绿地淹水时间与持水深度、土壤渗透系数有关，校核是按照最不利情况进行计算，即空池标准水深（渗透设施蓄水高度达雨水溢流口）时，雨水全部下渗所需的时间，见式（2）：
经计算，生物滞留沟空池标准蓄水量排空时间t0=11.1 h，满足设计的最大雨水排空时间为24 h的要求。
3.4排水防涝能力校核
本设计中采用的海绵城市工程措施不改变传统设计中的雨水管道系统（雨水管道系统设计重现期标准为3年一遇），雨水通过开口路缘石进入绿地，并在绿地沿线设置沉淀槽/沉砂池、溢流雨水口等排水构筑物，溢流雨水口与市政雨水排水系统相连，路面降水经过绿地渗透后利用雨水系统进行排放。
4、维护及管理
4.1基本要求
（1）应建立健全低影响开发设施的维护管理制度和操作规程，配备专职管理人员和相应检测手段，并对管理人员和操作人员加强专业技术培训。
（2）低影响开发雨水设施的维护管理部门应做好雨季来临前和雨季期间设施的检修和维护管理，保障设施运行正常、安全运行。
（3）低影响开发设施的维护管理部门宜对设施的效果进行检测和评估，确保设施的功能得以正常发挥。
4.2生物滞留设施维护
应及时补种修剪植物、清除杂草；进水口不能有效收集汇水面径流雨水时，应加大进水口规模或进行局部下凹等；进水口、溢流口因冲刷造成水土流失时，应设置碎石缓冲或采取其他防冲刷措施；进水口、溢流口堵塞或积淤导致过水不畅时，应及时情理垃圾与沉积物；调蓄空间因沉积物导致调蓄能力不足时，应及时情理沉积物；边坡出现坍塌时，应进行加固；由于坡度导致调蓄空间调蓄能力不足时，应增加档水堰或抬高档水堰、溢流口高层；当调蓄空间雨水和排空时间超过36 h时，应及时置换树皮覆盖层或表层种植土；储水水质不符合设计要求时应换填填料；由于坡度大导致沟内水流流速超过设计流速时，应增设档水堰或抬高档水堰高层。具体维护频率见表4。
1、工程概况
西玉路位于北京市延庆区西部，南起兴延高速公路主线收费站，北至京张公路，是世园会周边路网系统中的一条南北向骨架道路，该路南端衔接兴延高速和京藏高速，北端衔接北京冬奥会的选址区，其交通功能非常重要。西玉路的建设是配合2019年延庆世界园艺博览会及2022年北京冬奥会，同时为完善延庆路网结构，为沿线配套设施及村镇居民出行提供服务。西玉路规划为一级公路，规划红线宽50m，设计速度为80km/h，路线总长度14.6km，工程总投资约20亿元。
由于西玉路设计线位位于水环境敏感段，出于保护水体的要求，本道路排水工程方案设计包含以下内容：①路面降水径流收集设施；②危险品等事故泄漏应急处理设施；③初期降水调蓄、处理、回用设施；④路界内坡面降水径流排水设施等内容。
2、设计理念及原则
（1）以海绵城市建设——低影响开发雨水系统构建为基本原则，优先利用自然排水系统，建设生态排水设施，充分发挥绿地、道路等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，消减径流污染、节约水资源、保护生态环境。
（2）对工程具体设计方案进行多方案充分论证，提出最佳设计方案，减少占用农田耕地等、减少工程投资、减少对周边环境的影响。
3、设计标准及要求
3.1路面排水工程设计标准
（1）路面及桥区排水设计降雨重现期5年，径流系数0.95。
（2）路界内坡面排水设计降雨重现期15年，径流系数0.35。
3.2《公路排水设计规范》（JTG/TD 33-2012）对水环境敏感路段保护水体的要求
（1）路面表面径流采取集中收集处理，收集处理设施采用防渗措施。
（2）集中处理设施采用多功能处理池、人工湿地或干式沉淀池等设施。
4、路面降水径流收集设施设计方案
依据《公路排水设计规范》，在水环境敏感路段对路面降水径流进行集中收集处理，收集管路采用防渗措施。以下对常用的管道和明沟两个方案做比较论证。
4.1管道方案
敷设排水管道及在路面设置雨水口的方式对路面降水径流进行收集。为了减少雨水口管敷设长度、减少雨水管道管顶覆土厚度（即减少道路路基填方高度），采用道路两侧分别铺设排水管道，两侧敷设位置位于道路两侧绿化带下。管道设计坡度随道路设计坡度（本道路最小设计纵坡为3‰）。根据计算，管道长度在1 km范围内：设计管径D=500 mm；1～2 km范围内：设计管径D=600 mm；在道路竖向低点两侧管道汇集后采用D=800 mm管径雨水管排入道路外侧设置的雨水集蓄、净化处理设施。如图1所示，在道路中线两侧各21.13 m处的绿化带下布置雨水管道。
4.2明沟方案
在行车道外侧每隔一定距离设置急流槽，排入道路两侧绿化带内（下凹式）设置的集水沟，集水沟设计坡度随道路设计坡度（本道路最小设计纵坡为3‰）。1 km范围内：集水沟设计断面尺寸为W×H=500 mm×500 mm；1～2 km范围内：集水沟设计断面尺寸为W×H=600 mm×600 mm；在道路竖向低点设置D=800 mm横向排水管，将两侧集水沟汇集的水排入道路外侧设置的雨水集蓄、净化处理设施。如图2所示，在道路中线两侧各21.13 m处的绿化带（下凹式）布置雨水明沟。
4.3方案比选
以上两个方案都可以做到对道路路面降水径流集中收集，并且均具有防渗功能。但是由于设计道路两侧村镇密集，相交路口较多，集水沟在通过路口时还是需要设置过路涵洞联通，势必增加了下游集水沟的深度，实现连续明沟排水难度较大，所以确定采用管道排水方案。
5、危险品等事故泄漏应急处理设施设计方案
为了防止在道路运输过程中由于事故产生的危险品泄漏对周边环境特别是水环境的污染，应对泄漏的危险品进行收集贮存并及时外运处理。贮存有效容积按不少于5倍油罐车容积设计，按运输能力20 m3的罐车5倍容积计算，即其有效容积为100 m3。以下对管道贮存和常用的应急池贮存方案做比较论证。
5.1排水管道临时贮存方案
在道路排水管道的末端设置闸门井（W×B=1.5 m×1.5 m），平时常开，遇事故后，迅速关闭闸门，将危险液体暂时贮存在闸门上游的管道中，同时派清理车至闸门井处及时将危险液体抽出外运处理。以道路管道设计管径D=600 mm，纵坡设计i=0.003，管顶覆土深度H=0.9 m，在可贮水管道长度L=300 m，双侧管路总共可贮存有效体积约为170 m3。详见图3道路排水管道临时贮存方案示意。
5.2应急处理池方案
应急池的工作原理是：在发生危险品泄漏后，打开应急池进水闸门，将排水管道收集的污染液体排入应急池，由清理车外运处理，过后需对管道和应急池进行清洗处理。其应急池设计尺寸为L×B×H=10 m×10 m×2.7 m，占地面积约150 ㎡。
5.3方案比选
排水管道临时贮存方案，仅在道路外侧设置一闸门井，占地约5 ㎡，而应急池方案需占地约150 ㎡且投资较大。同时应在运行管理阶段加强非工程措施保护水环境，比如交通安全管理，减少由于交通运输事故发生这种小概率事故等造成的危险品泄漏。所以从占用土地资源和投资费用两方面来比较，排水管道临时贮存方案的优势较明显。
6、初期降水调蓄、处理、回用设施设计方案
对道路路面降水进行调蓄、处理和回用作为绿化水源，为了减少占用道路两侧耕地，拟采用多功能雨水净化池设计方案。
6.1多功能雨水净化池有效容积确定
根据《海绵城市建设技术指南》中，北京市年径流总量控制率80%时，其对应的设计降雨量为27.3 mm。以西玉路1 km长度路面（行车道）宽度为24.5 m，其汇水面积约为24500 ㎡，雨水体积（即雨水净化池有效容积）V=24 500×27.3/1 000=669（m3）。
6.2绿化灌溉用水量计算
绿化次浇灌用水量：2 L/（㎡·次）；绿化浇灌用水保证率：75%；绿化浇灌面积：25 500 ㎡（以1 km道路长度计）；设计保证率条件下，绿化年需水量：510 m3；蓄水工程损失系数：0.06；蓄水工程容积系数：0.75。
计算可得：蓄水工程有效容积为407 m3。
从以上计算可知，按北京市年径流总量控制率80%设计的雨水净化池有效容积为669 m3，也同时满足道路绿化浇灌要求的回用水蓄水体积。
7、路界内坡面降水径流排水设施方案设计
路界内坡面降水包含路基坡面及路基两侧坡向道路一侧的坡面降水径流。本工程道路两侧现状地面多为耕地，地面纵坡较为平缓。本次方案设计中道路路基两侧设置植草沟，植草式排水沟具有减缓径流峰值的作用，也能很好地融入周边环境，且工程费较低。
8、结论
根据图4所示路面降雨径流通过设置在路边的雨水口收集进入道路两侧绿化带下设置的雨水管道，正常情况下通过闸门井进入雨水净化池，对初期降雨进行调蓄、处理，根据需要将处理过的雨水回用于道路绿化和其他市政杂用水。超标准雨水超越至自然水系。道路路基及两侧坡面降水径流则通过设置在道路两侧的植草沟直接排入自然水系。发生事故时，则关闭闸门，将危险污染物临时贮存在雨水管里，同时在闸门井处进行抽排，并外运处理。
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