文／嚴(yán)志 湖南省岳陽市城鄉(xiāng)建設(shè)事務(wù)中心 湖南岳陽 414000

引言：

隨著城市化進(jìn)程的加速，城市基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是市政道路面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，包括水資源管理和環(huán)境保護(hù)等方面的問題。海綿城市理念應(yīng)運(yùn)而生，旨在通過模擬自然水循環(huán)，提高城市的可持續(xù)性和韌性。本文旨在探索和分析海綿城市理念下市政既有道路的改造施工技術(shù)，從而為城市雨水管理和生態(tài)恢復(fù)提供實(shí)用的解決方案。本研究著重于透水鋪裝、雨水花園、生物滯留設(shè)施以及地下蓄水與滲透系統(tǒng)的應(yīng)用，旨在為城市基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)和參考。

1.海綿城市理念與原則

1.1 自然水循環(huán)的模擬與應(yīng)用

海綿城市的構(gòu)想深植于自然水循環(huán)的高效模擬與應(yīng)用之中。該模擬旨在通過工程技術(shù)和生態(tài)設(shè)計(jì)原理，達(dá)成城市水文循環(huán)與自然狀態(tài)的最大程度的契合。在這一過程中，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)降雨水的就地吸收、蓄存、滲透和凈化，進(jìn)而有效調(diào)控水流，減少徑流。具體做法包括但不限于構(gòu)建透水性路面、綠色屋頂系統(tǒng)、雨水花園以及其他低影響開發(fā)（LID）技術(shù)。

1.2 海綿城市的核心理念與目標(biāo)

海綿城市的核心理念是實(shí)現(xiàn)城市與自然水循環(huán)的和諧共生。其目標(biāo)不僅僅是簡(jiǎn)單的水資源管理，而是通過一系列綜合措施，使城市在面對(duì)自然降水時(shí)更加“柔軟”和適應(yīng)性強(qiáng)，能夠像海綿一樣在必要時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，并在條件允許時(shí)釋放或利用這些水資源。這一理念的核心是促進(jìn)生態(tài)平衡、減少環(huán)境影響、提高城市的生態(tài)適應(yīng)性和減災(zāi)能力。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要從城市規(guī)劃設(shè)計(jì)開始，充分考慮土地利用、生態(tài)保護(hù)、水資源管理和城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等多方面因素，綜合運(yùn)用生態(tài)工程技術(shù)，形成一個(gè)多層次、多元化的城市水管理新模式。

1.3 政策背景與實(shí)施框架

隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，城市居住人口數(shù)量不斷增加。然而，這一過程中不合理的城市規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施快速擴(kuò)張不可避免地破壞了原有的城市自然排水系統(tǒng)，引發(fā)了包括“熱島效應(yīng)”和“雨島效應(yīng)”在內(nèi)的諸多城市生態(tài)環(huán)境問題。黨的十八大以來，中央政府高度重視水安全和水環(huán)境問題，將水安全保障和水環(huán)境保護(hù)作為生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容。為應(yīng)對(duì)城市洪澇等問題，改善城市水環(huán)境，修復(fù)城市水生態(tài)，中國提出了“海綿城市”發(fā)展戰(zhàn)略，旨在實(shí)現(xiàn)雨水的“自然積存、自然滲透、自然凈化”。然而，在海綿城市建設(shè)過程中存在諸多挑戰(zhàn)。工程建設(shè)中普遍存在設(shè)計(jì)輕視、重視施工、監(jiān)測(cè)缺失、維護(hù)不足等問題。暴雨沖刷所帶來的顆粒物可能造成城市排水管道堵塞、積水，導(dǎo)致部分管渠系統(tǒng)功能單元損壞，引發(fā)內(nèi)澇。同時(shí)，調(diào)蓄水、滯留水等區(qū)域若水質(zhì)變壞，可能導(dǎo)致綠藻繁殖、形成黑臭水體。工業(yè)廢水、生活廢水等污染源也可能進(jìn)入海綿城市工程，造成整個(gè)城市水系污染。因此，如何有效處理海綿城市建設(shè)后期的監(jiān)控、管理不足，以及城市水資源的源頭管控和數(shù)據(jù)化處理問題，成為制約海綿城市進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題。

2.市政道路的現(xiàn)狀與問題分析

2.1 市政道路水文特性

市政道路在城市水文循環(huán)中扮演著關(guān)鍵角色。由于大部分市政道路采用不透水硬質(zhì)鋪裝材料，顯著改變了城市地表的水文特性。首先，這類材料極大減少了雨水的地面滲透，導(dǎo)致了大量的地表徑流。這種徑流加速了雨水流向下水道系統(tǒng)，增加了洪水的風(fēng)險(xiǎn)，并可能導(dǎo)致排水系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)作。其次，由于這些路面材料的高熱吸收性質(zhì)，市政道路在晴朗日子會(huì)積聚熱量，進(jìn)而增強(qiáng)了城市熱島效應(yīng)。這一效應(yīng)不僅導(dǎo)致城市溫度升高，還可能進(jìn)一步影響城市的水循環(huán)，例如通過改變局部氣候條件，影響降雨模式。

2.2 現(xiàn)有市政道路結(jié)構(gòu)的環(huán)境影響

2.2.1 地表徑流與污染物傳輸

現(xiàn)有市政道路多采用不透水材料，如混凝土和瀝青，這導(dǎo)致雨水不能有效滲透地面，形成大量地表徑流。這種徑流不僅加劇城市內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)，還攜帶各種污染物，如油類、重金屬和懸浮顆粒物，進(jìn)入城市排水系統(tǒng)。這些污染物最終可能進(jìn)入河流、湖泊，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生長期的負(fù)面影響。

2.2.2 道路排水系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

排水系統(tǒng)容量與極端天氣適應(yīng)性不足。當(dāng)前城市道路排水系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)基于歷史降雨數(shù)據(jù)，但面對(duì)氣候變化帶來的極端天氣事件，如暴雨、洪水，這些系統(tǒng)往往顯得不夠充足。排水系統(tǒng)的容量和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)未能適應(yīng)更高頻率和強(qiáng)度的降雨事件，導(dǎo)致在極端天氣下容易發(fā)生內(nèi)澇和排水不暢，對(duì)城市交通和居民生活造成嚴(yán)重影響。

污水與雨水混合排放問題。在許多城市，道路排水系統(tǒng)與污水系統(tǒng)是合流設(shè)計(jì)，即雨水和污水通過同一管網(wǎng)排放。這種設(shè)計(jì)在大雨時(shí)容易導(dǎo)致污水處理設(shè)施超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至直接將未經(jīng)處理的污水和雨水混合物排放到附近的河流或湖泊中，造成水體污染和生態(tài)破壞。此外，雨水中的污染物也通過這種方式進(jìn)入自然水體，加劇了環(huán)境污染。

老舊排水設(shè)施的維護(hù)和升級(jí)難題。許多城市的排水設(shè)施設(shè)計(jì)有年代性，不僅在容量上不能滿足當(dāng)前的需求，而且維護(hù)和升級(jí)成本高昂。由于城市擴(kuò)張和道路網(wǎng)絡(luò)的不斷增加，老舊的排水系統(tǒng)面臨著更大的壓力。這些系統(tǒng)的更新?lián)Q代需要大量的資金和技術(shù)投入，同時(shí)施工過程可能對(duì)城市交通和日常生活產(chǎn)生影響。在資源有限的情況下，如何平衡升級(jí)改造和維護(hù)成本，是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

3.海綿城市技術(shù)在市政道路改造中的應(yīng)用

3.1 透水鋪裝技術(shù)

3.1.1 材料選擇

在選擇透水鋪裝材料時(shí)，需要考慮材料的滲透率、強(qiáng)度、耐久性和環(huán)境適應(yīng)性。常見的透水材料包括透水混凝土、透水瀝青、透水磚和透水瓦。例如，透水混凝土的滲透率通常在300-600mm/h 之間，適合高強(qiáng)度和高滲透性要求的應(yīng)用。材料選擇還應(yīng)考慮地區(qū)氣候、交通負(fù)荷和維護(hù)成本。

3.1.2 設(shè)計(jì)原則

透水鋪裝設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

滲透性與強(qiáng)度的平衡：設(shè)計(jì)時(shí)需確保材料具備足夠的滲透性以促進(jìn)雨水滲透，同時(shí)保持足夠的承載能力和耐久性。

水文條件考量：應(yīng)基于當(dāng)?shù)氐慕涤昴Ｊ胶偷叵滤疇顩r設(shè)計(jì)透水鋪裝系統(tǒng)。例如，在年降水量500-800mm 的地區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮較高的雨水滲透和儲(chǔ)存能力。

生態(tài)環(huán)境融合：透水鋪裝設(shè)計(jì)應(yīng)與周圍的生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，如通過配合植被種植，增強(qiáng)地面水和土壤的互動(dòng)。

系統(tǒng)整體性：透水鋪裝應(yīng)與城市排水系統(tǒng)相結(jié)合，確保在大流量降雨事件中仍能有效工作。

3.1.3 實(shí)施方法

地基處理：首先需確保地基的平整和穩(wěn)定性。適當(dāng)厚度的基底層（通常為15-30cm）對(duì)于確保透水鋪裝的性能至關(guān)重要。

材料層施工：透水材料的鋪設(shè)需嚴(yán)格按照制造商的規(guī)格進(jìn)行。例如，透水混凝土層的厚度通常設(shè)置在15-20cm 之間，以確保既有良好的滲透性又能承受交通負(fù)荷。

排水設(shè)計(jì)：透水鋪裝下方應(yīng)設(shè)有排水層，以便在雨水無法完全通過鋪裝層滲透時(shí)，能夠有效地排走多余的水分。排水層的設(shè)計(jì)通常基于最大預(yù)期降雨量和地面滲水速率進(jìn)行。

地表處理與邊界設(shè)計(jì)：在鋪設(shè)前，地表需平整至±2%的坡度，確保雨水分布均勻，避免積水。透水鋪裝邊界與非透水表面交界處應(yīng)增設(shè)寬度約30cm 的穩(wěn)定化邊緣帶，以防止水流沖刷和侵蝕。

排水系統(tǒng)與緊急溢流路徑：設(shè)計(jì)緊急溢流路徑時(shí)，側(cè)向排水溝的寬度和深度應(yīng)根據(jù)預(yù)期最大降雨量（如100 年一遇的降雨量級(jí)）進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于地下管道，直徑至少應(yīng)為150mm，以確保在極端降雨條件下快速排放過量水分。

下層材料的選擇與鋪設(shè)：選用的粗粒材料（如碎石）粒徑應(yīng)在20-40mm 范圍內(nèi)，以保證良好的排水性能。下層材料的厚度根據(jù)地下水位和土壤類型調(diào)整，一般在30-50cm 之間，以確保足夠的承載力和排水能力。

對(duì)接口與連接部分的特殊處理：接縫材料應(yīng)選擇高彈性和耐候性材料，如聚合物改性瀝青，以適應(yīng)溫度變化和機(jī)械應(yīng)力。在透水鋪裝與建筑物底部接口處，應(yīng)增加寬度約20cm 的加強(qiáng)帶，以防止?jié)B水和結(jié)構(gòu)損壞。

3.2 雨水花園與生物滯留設(shè)施

3.2.1 設(shè)計(jì)

尺寸與位置：雨水花園的尺寸應(yīng)根據(jù)收集區(qū)域的大小和預(yù)期降雨量計(jì)算。一般情況下，雨水花園的面積應(yīng)占其排水區(qū)域面積的5-7%，深度約為30-60cm。

土壤與植被選擇：土壤應(yīng)具有良好的滲透性，一般建議使用含有30-50%的沙質(zhì)土壤。植被選擇應(yīng)考慮本地氣候和水文條件，采用耐水澇和本地化的植物。

排水設(shè)計(jì)：在雨水花園底部設(shè)置至少30cm 厚的礫石層，以確保良好的排水性。排水出口的設(shè)計(jì)應(yīng)保證在超過處理能力的降雨事件中能夠安全溢流。

3.2.2 施工

挖掘與土壤處理：挖掘深度應(yīng)確保足夠的容積以存儲(chǔ)預(yù)計(jì)的雨水量。挖掘完成后，底部和側(cè)壁需松散處理，以提高土壤滲透性。

礫石層和過濾層鋪設(shè)：在底部鋪設(shè)厚度約30cm 的粗礫石層，上面覆蓋一層約20-30cm 的過濾層（如細(xì)沙層），以防止土壤流失并提高水質(zhì)。

植物栽植與邊界處理：根據(jù)設(shè)計(jì)選擇的植物進(jìn)行栽植，植物間距應(yīng)根據(jù)其成熟大小調(diào)整。邊界部分可采用石頭或木材圍欄加以固定，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

灌溉與維護(hù)系統(tǒng)：初始階段可能需要額外的灌溉以促進(jìn)植物生長。設(shè)立定期維護(hù)計(jì)劃，包括除草、修剪和檢查排水系統(tǒng)。

3.2.3 維護(hù)

常規(guī)檢查：定期進(jìn)行視覺檢查，確保雨水花園的結(jié)構(gòu)完整無損害，排水系統(tǒng)暢通無阻。檢查周期可以設(shè)為每季度一次。

植物管理：定期對(duì)植被進(jìn)行修剪和維護(hù)，移除枯死和病害植物。根據(jù)植物的生長情況，每年至少進(jìn)行一到兩次的維護(hù)工作。

土壤與排水層維護(hù)：檢查并清理排水層中的沉積物，以保持良好的滲透性。如果發(fā)現(xiàn)土壤過度緊實(shí)或排水性能下降，可能需要重新翻松或更換部分土壤。

積水處理：在連續(xù)降雨后，檢查是否有長時(shí)間的積水情況。如果積水超過48 小時(shí)仍未排干，需要檢查排水系統(tǒng)是否存在堵塞或損壞。

冬季管理：在冰凍地區(qū)，需要特別注意冬季的維護(hù)，包括清除雪堆和防止鹽類融雪劑的污染。

3.3 地下蓄水與滲透系統(tǒng)

3.3.1 技術(shù)原理

蓄水原理：地下蓄水系統(tǒng)通過在地下建設(shè)蓄水設(shè)施（如蓄水池、蓄水管或蓄水礫石層），捕獲和儲(chǔ)存雨水。這些設(shè)施的容積設(shè)計(jì)通?；趨^(qū)域的年均降雨量和峰值降雨強(qiáng)度，例如，在年均降雨量800mm、峰值降雨強(qiáng)度50mm/h 的區(qū)域，設(shè)計(jì)蓄水容量可能需達(dá)到每平方米地表面積100L。

滲透原理：地下滲透系統(tǒng)通過滲透層（如透水混凝土或礫石層）使雨水滲入地下，補(bǔ)充地下水。這一過程同時(shí)通過土壤層的自然過濾作用凈化水質(zhì)。

水質(zhì)管理：地下蓄水設(shè)施常配備過濾系統(tǒng)，如沙濾層或生物膜，以去除懸浮顆粒和部分污染物。

3.3.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

蓄水能力：地下蓄水設(shè)施的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮最大降雨事件和連續(xù)降雨周期，確保有足夠的蓄水能力[1]。例如，在設(shè)計(jì)時(shí)可能需考慮連續(xù)5 天的降雨總量，并在此基礎(chǔ)上增加20%的安全余量。

滲透率：地下滲透層的滲透率應(yīng)滿足地區(qū)降雨強(qiáng)度的要求。例如，在降雨強(qiáng)度為30mm/h 的地區(qū)，滲透層的設(shè)計(jì)滲透率應(yīng)不低于50mm/h。

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：地下蓄水設(shè)施應(yīng)具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以承受地下壓力和交通負(fù)荷。針對(duì)不同的地質(zhì)和土壤條件，蓄水設(shè)施的設(shè)計(jì)需進(jìn)行地質(zhì)適應(yīng)性評(píng)估。

3.3.3 施工細(xì)節(jié)

地點(diǎn)選擇與準(zhǔn)備：選定地點(diǎn)應(yīng)考慮地質(zhì)條件、地下水位和周邊環(huán)境。施工前進(jìn)行地質(zhì)勘探，確保選址適宜，如土壤透水性、承載能力等。

挖掘與基礎(chǔ)建設(shè)：按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行挖掘，深度和寬度需精確控制。施工時(shí)需注意防止對(duì)周邊地區(qū)的水文和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響。

蓄水層鋪設(shè)：蓄水層的材料一般包括高強(qiáng)度塑料模塊、碎石或?qū)Ｓ眯钏宀?。鋪設(shè)時(shí)應(yīng)保證層間連接牢固，避免滲漏。

過濾層和保護(hù)層：在蓄水層上方鋪設(shè)一層過濾材料（如非織造布）以防止細(xì)顆粒進(jìn)入。然后覆蓋一層保護(hù)層（如土壤或砂層），以保護(hù)下方結(jié)構(gòu)。

管道連接與排水設(shè)計(jì)：確保管道連接正確并安裝排水閥門。排水管道的直徑和布局應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算的排水量來確定。

4.施工技術(shù)的實(shí)踐與管理

4.1 施工過程中的問題診斷與解決策略

4.1.1 問題診斷

在施工過程中，可能會(huì)遇到各種問題，如設(shè)計(jì)與實(shí)際地形不匹配、材料供應(yīng)問題、施工技術(shù)挑戰(zhàn)或環(huán)境保護(hù)要求。例如，地下蓄水系統(tǒng)可能因地下不明管線、土壤條件或地下水位的變化而需要調(diào)整設(shè)計(jì)。海綿城市設(shè)施在施工過程中可能面臨排水不足或過度積水的問題，尤其在極端天氣條件下。在透水鋪裝施工中，可能出現(xiàn)鋪設(shè)不均或滲透效率不達(dá)標(biāo)的問題。

4.1.2 解決策略

在項(xiàng)目前期，利用海綿設(shè)施模擬系統(tǒng)對(duì)試點(diǎn)項(xiàng)目預(yù)先設(shè)置的LID（低影響開發(fā)技術(shù)）進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬。這一模擬有助于分析雨水管控設(shè)施調(diào)控后的降雨徑流情況，并與現(xiàn)狀傳統(tǒng)開發(fā)下的徑流情況進(jìn)行對(duì)比分析。通過這種方式，可以直觀看到LID 對(duì)項(xiàng)目區(qū)域雨水的調(diào)控作用，并對(duì)年徑流總量控制率、污染物控制率進(jìn)行定量、定性分析，輔助完成海綿城市報(bào)告計(jì)算書。

試點(diǎn)項(xiàng)目完成階段，對(duì)外排雨水（市政口）的水量、流速及水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并上傳至實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。已建好的模擬模型利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行率定和驗(yàn)證，調(diào)整模型參數(shù)。通過典型降雨的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行累計(jì)分析，以驗(yàn)證雨水管控設(shè)施達(dá)到設(shè)計(jì)要求[2]。

對(duì)于施工過程中的技術(shù)和環(huán)境問題，建立一個(gè)快速響應(yīng)機(jī)制，包括現(xiàn)場(chǎng)問題診斷、專家咨詢和快速解決方案制定；對(duì)于材料和施工技術(shù)問題，可通過引入更先進(jìn)的材料和技術(shù)，或調(diào)整施工方案來解決。例如，透水鋪裝中出現(xiàn)的問題可以通過調(diào)整材料配比或施工工藝來解決[3]。

4.2 施工質(zhì)量與安全管理

4.2.1 施工質(zhì)量管理

質(zhì)量管理的關(guān)鍵在于確保所有施工活動(dòng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范和工程標(biāo)準(zhǔn)。這包括對(duì)所有使用的材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確保它們滿足項(xiàng)目要求，如透水性、耐久性和環(huán)境適應(yīng)性。實(shí)施定期的現(xiàn)場(chǎng)檢查和監(jiān)督，確保施工過程遵循設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)規(guī)范，特別是在關(guān)鍵施工階段，如地下蓄水層的鋪設(shè)、透水鋪裝的安裝等。強(qiáng)化施工團(tuán)隊(duì)的技能培訓(xùn)和意識(shí)提升，確保每位工人都了解其工作對(duì)整個(gè)項(xiàng)目質(zhì)量的影響[4]。設(shè)立一個(gè)有效的質(zhì)量反饋和糾正機(jī)制，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，立即進(jìn)行糾正，并采取措施防止其再次發(fā)生。

4.2.2 安全管理措施

在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，包括定期的安全培訓(xùn)和教育，確保所有工人了解并遵守安全操作規(guī)程。使用適當(dāng)?shù)陌踩O(shè)備和防護(hù)措施，如安全帽、防護(hù)網(wǎng)、警示標(biāo)志和圍欄，尤其在開挖和高空作業(yè)時(shí)[5]。設(shè)立應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的事故，如工地意外、自然災(zāi)害等。這包括事故預(yù)防措施、緊急撤離路徑和急救設(shè)施。定期進(jìn)行安全檢查，識(shí)別潛在的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，并采取預(yù)防措施，確保施工現(xiàn)場(chǎng)的安全[6]。

結(jié)語：

海綿城市理念的實(shí)施對(duì)于提高城市的生態(tài)性能和水資源管理效率具有重大意義。本文對(duì)市政既有道路改造施工技術(shù)進(jìn)行了全面的分析和討論，提出了一系列切實(shí)可行的技術(shù)方案和管理策略。通過實(shí)施這些技術(shù)，不僅可以有效地管理雨水，減少洪澇災(zāi)害，還可改善城市的生態(tài)環(huán)境，提升城市生活質(zhì)量。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和實(shí)踐的深入，海綿城市理念將在城市可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。