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建筑工程论文发表:海绵城市—道路与绿地空间透水模式的综合设计
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建筑工程论文发表:海绵城市——道路与绿地空间透水模式的综合设计

导读:本篇建筑工程论文发表通过对海绵城市雨水管控的介绍,结合海绵城市建设技术指南的分析,引出道路空间、绿地空间雨水渗蓄、净化的重要性,总结出透水设计的原则和适用范围,并根据原则做出道路、绿地相关的透水模式设计。通过透水模式的灵活性、多样性、组合性搭配,从而更有效切实的提高地表粗糙度,方便实现雨水的自然渗蓄与净化,最终达到减缓城市内涝,降低城市热岛效应,恢复生态平衡的目的。建筑工程论文发表:海绵城市——道路与绿地空间透水模式的综合设计

关键词:海绵城市、道路空间、绿地空间、透水模式设计

1、 引言及海绵城市概述

1.1引言

每当盛夏时节,多地便开启“雷雨模式”,降水量一年年突破新高,地下排水面临巨大的考验。但排水管道或排洪道的修建却赶不上来势汹汹的降雨量,这便导致城市内涝频发。近年经常看到诸如:北京“雨后看海”,深圳“车道变河道、城市变水城”,长沙变“泽国”等关系城市内涝的新闻标题。据防汛抗旱指挥部统计数据, 2012年以来,我国每年有上百座城市发生内涝。城市内涝影响城市经济建设和市民出行安全,造成经济损失和环境卫生问题,甚至破环城市周边生态环境,长期的洪涝和浸泡也将使本来就脆弱的生态体系受到严重影响。

城市内涝频发主要有两个原因:一是由于全球变暖导致的极端天气,旱涝频繁且来势汹汹;二是钢筋混凝土般的城市化建设,在遇到暴雨时排水困难,增加了内涝的产生。目前城市地面大多硬化且透水性差,地表水难以渗透到地下,使得地表径流增加,当遇到暴雨或降雨激增情况时,城市排水管网和雨洪系统无法及时排水导致内涝。虽然雨水量大,但无法渗入地下补充地下水,使得地下水资源枯竭,城市热岛效应严重。以上现象周而复始将严重影响城市生态系统,破坏生态平衡,阻碍城市化发展。建筑工程论文发表:海绵城市——道路与绿地空间透水模式的综合设计

1.2海绵城市概述

为改善生态环境,缓解城市内涝,自二十世纪八十年代,陆续有国家研究控制雨洪的方法。目前美国的低影响开发(简称:LID)、澳大利亚的水敏感城市设计(简称:WSUD)、英国的可持续排水系统管理(简称:SWDS)、新加坡的ABC计划等都是针对城市内涝提出的雨洪管理计划。我国根据以上国家的先进经验和实践,学习并提出“海绵城市”概念,于2015年国办发〔2015〕75号文件“关于推进海绵城市建设的指导意见”中明确阐明:“海绵城市是指通过加强城市规划建设管理,充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用,有效控制雨水径流,实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。”[1]

海绵城市建设通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等雨洪管理措施,降低城市建设过程中对生态环境的影响和破坏(国际通用术语为:低影响开发雨水系统构建),将降雨就地消纳和利用,降雨时吸水、蓄水、渗水、净水,干旱缺水时将蓄存的水“释放”并加以利用。目前海绵城市建设主要通过道路的透水铺装、绿地空间来增加地表粗糙度,形成渗水层,实现雨水储存、过滤和净化,从而有效减少暴雨期间的径流量,降低城市雨量峰值,在雨水下渗、净化过程中补充城市地下水。建筑工程论文发表:海绵城市——道路与绿地空间透水模式的综合设计

2、现状分析与透水方式介绍

2.1现状分析

20世纪末期,我国开始广泛投入城市地表渗水、透水的研究和实践,但该领域大多局限于对透水材料本身的研发,并未对渗水、透水结构方式和模式进行深入思考。导致在低影响城市开发建设时,规划设计留于表面,具体实施过于粗糙,故少有高品质的建设出现。致使透水性设计落后,材料品质低端,样式单调乏味,与环境协调性差,生态功能缺乏,节能环保不足等现象时有发生。

近年来,以上落后现象在与各国关于雨洪规划管理方面的交流与学习下逐渐得到提升,并借鉴了许多先进的规划管理经验,将国外的理念、技术与我国基本国情相结合,形成符合国情、结合实际的海绵城市建设办法。通过对海绵城市建设途径的分析,形成原有生态系统保护、生态恢复和修复、低影响开发三个方面建设途径。低影响开发雨水系统关系到城市开发建设各个环节,涉及城市建设各层级,根据目前公布的海绵城市建设技术指南,进一步明确了规划、设计、建设、维护及管理流程中低影响开发雨水系统构建内容。现确认的低影响开发设施建设主要内容包括:建筑与小区、城市道路、绿地与广场、水系等。而城市道路、城市绿地与广场的设计实践较为广泛,实施效果比较明显,下面将详细介绍海绵城市概念下,低影响开发雨水系统构建中城市道路与绿地的透水性设计。建筑工程论文发表:海绵城市——道路与绿地空间透水模式的综合设计

2.2透水设计方式介绍:

海绵城市中,城市道路、绿地的建设途径是将道路中的雨水快速的、有组织的汇流与传输至道路内线、绿地内,再通过绿地内的吸纳、蓄渗等低影响开发设施进行处理,其透水设计应做到因地制宜、经济有效、方便易行。设计主要考虑因素包括:一、透水性铺装材料,道路、人行道宜采用透水性好的铺装材料,如机动车道可选用透水沥青、透水混凝土。二、透水模式设计,人行道、广场通过透水材料与透水性结构模式的配合,实现城市降雨的下渗和储存,道路边界与绿地通过横向断面设计,优化绿地边界排水能力,达到径流雨水快速、有序汇入的目的。

2.2.1材料透水:

目前常用的透水材料按其面层材料不同分为:透水沥青、透水砖、透水混凝、嵌草砖、景观卵石等,通过对材料的收集、整理,对透水性材料的种类、性能、成本作了如下比较,详见表1:透水材料性能对照表

材料名称适用范围透水性铺装稳定性及效果艺术性成本温度调节

普通透水砖人行道、广场良好较差无色彩变化,图案变化少较低气流自然交换慢,有一定温度调节作用

彩色混凝土透水砖人行道、广场、公园良好较差色彩较单一,图案变化少较低气流自然交换慢,有一定温度调节作用

彩色透水混凝土运动场、非机动车道良好整体成型,连续铺设,结构稳定色彩丰富,根据需要形状多变中等气流自然交换流畅,温度调节迅速

生态砂基透水砖人行道、广场、公园一般一般色彩丰富,质地细腻,图案多变较高气流自然交换慢,有一定温度调节作用

透水沥青机动车道一般整体成型,稳定性高色彩较单一,无图案变化中等气流自然交换流畅,温度调节迅速

陶瓷透水砖人行道、广场、公园一般一般色彩丰富,图案多变较高气流自然交换慢,有一定温度调节作用

表1 透水材料性能对照表建筑工程论文发表:海绵城市——道路与绿地空间透水模式的综合设计

以上透水材料尽管都具有一定的透水性,但仍有局限和缺点。如透水砖,虽强度够,但在施工时也会受基层平整度、强度、稳定性的影响,从而导致局部松动脱落。另外,透水度与基层透水情况有关联,面层透水但基层不透水也不能达到将降雨蓄渗的目的。

2.2.2设计透水原则和适用范围:

通过材料透水的方式能使部分雨水被地表吸收并下渗至地下层,但这一过程的顺利实现需要铺装基层透水、引流汇水、组织排水等多种设施配合,这关系到透水模式设计的科学性与实用性。根据区域和性质不同,将透水模式分为:全透水与半透水铺装、结构层透水模式、下沉式绿地透水模式三类,它们充分结合、发挥了海绵城市建设雨洪管理措施中的“渗、滞、蓄、净、用、排”等,下面逐一介绍各设计模式的运用原则和适用范围。

⑴全透水与半透水铺装:该铺装方式主要适用于道路、广场等交通集散区域,道路与广场按其使用功能分为人行道、车行道和广场步道三种。

人行道和广场步道承担通行、停留、休憩等功能,铺装选择时需将美观性、透水性、实用性有机搭配,可选用半透水铺装,如透水材料与花岗岩组合,并结合渗水明沟,在视觉效果上既有变化又保证了铺装后的品质和效果。车行道承担车辆驶经的功能,铺装选择时需具备排水、透水、抗压、耐磨等特性,可选用全透水铺装,如透水混凝土具有良好的透水性和抗压性,能完全满足车行道使用要求。建筑工程论文发表:海绵城市——道路与绿地空间透水模式的综合设计

⑵结构层透水:铺装透水在设计初期还应搭配结构层透水同时设计,纵向结构主要分三大部分,包括铺装面层、垫层和基层,这三层结构配合不同的材料及组合方式又分为排水型和透水型。

排水型是指水通过渗水孔或缝排至预埋的万空管或渗水沟中,通过坡度最终排至雨水井。排水型结构层主要用于铺装品质要求较高的广场和人行道,再搭配花岗石和透水材料,从而达到减少地面径流的有效排水,这种方法是透水材料与排水管网结合,完成后美观度高,但对该区排水管网系统要求较高。透水型是指铺装面层、垫层和基层都透水,雨水通过透水材料渗透至地下补充地下水。透水型结构层由于排水性好,适合于地势低洼且降雨量大的地区,同时搭配不同的透水性材料应用于人行道、车行道或街巷。

⑶下沉式绿地透水模式:下沉式绿地分为狭义和广义,“狭义的下沉式绿地指低于周边铺砌地面或道路在 200 mm 以内的绿地;广义的下沉式绿地泛指具有一定的调蓄容积,且可用于调蓄和净化径流雨水的绿地,包括生物滞留设施、渗透塘、湿塘、雨水湿地、调节塘等。”[2]本文主要介绍狭义的下沉式绿地透水,适用于城市道路、广场、小区等绿地类型,通过分类比较将下沉式绿地透水分为生态树池、雨水花园、生态滞留池三类透水模式。

生态树池是根据植物耐淹程度和土壤渗透性能,将树池下沉100-200mm,并在池壁上间隔性的留出雨水溢流口,最后形成具有渗水、蓄水能力的树池,生态树池对削减雨水径流、净化初期雨水都具有显著效果。雨水花园是低于地面的浅凹式绿地,浅凹式的地形能迅速汇聚和吸收雨水,通过植物、土壤的净化雨水,雨水花园调蓄容积大,下渗雨水能涵养、补给城市地下水。生态滞留池是在大量雨水流径时,将其滞留于系统区域内,生态滞留池与生态树池类似,都是通过下沉空间让雨水停了并下渗。

下面按照透水设计原则,结合实际案例分析,将透水结构模式设计进行剖析说明。

3、建筑工程论文发表介绍透水结构、组合模式详细设计

3.1全透水与半透水铺装组合模式设计

3.1.1半透水铺装组合

半透水铺装组合是将不透水路面铺装材料与透水性路面铺装材料合理组合,不透水材料可选用美观度高、饰面丰富的块面花岗石,如毛面小石料、拉槽花岗石等;透水材料可选用透水性能好的彩色透水混凝土、彩色透水砖、陶砖等。将以上材料搭配、组合、拼铺所形成的铺装路面,既能满足美观需求、提升铺装品质,又能在雨量激增的暴雨季节有效排水、透水并减少路面积水(如图1、2)。另外,为了更高效、快速的减少地表雨水径流,配以透水混凝土基层、级配碎石垫层、渗水沟或万孔排水管引水、排水,这样可不单靠土壤透水,还配合了管道排水,有效的增加了排水量,提高了排水速度。

图1 图2 图3建筑工程论文发表:海绵城市——道路与绿地空间透水模式的综合设计

不透水+透水材料组合及全透水材料组合模式

3.1.2全透水铺装组合

全透水铺装组合是透水路面铺装材料之间的搭配组合,如彩色透水混凝土与素透水混凝土的组合,这种搭配在区分机动车道与非机动车道时经常采用;再如各种颜色的透水砖与景观石料(卵石、瓦片)组合,在仿古气氛营造和地面传统拼贴时有所选用。其他常用的组合包括:透水砖与嵌草砖搭配,透水砖与彩色陶砖搭配,透水混凝土与碎石料搭配等组合常用于停车场或绿地景观交界处。无论透水铺装材料之间如何组合,都应配以透水混凝土基层、垫层和渗水沟,从而切实、高效的减少地表积水,加快雨水渗蓄(如图3)。

3.2结构层透水设计

结构层透水设计根据组合方式分为排水型和透水型。

3.2.1排水型结构层通过透水、不透水材料组合铺贴,结合渗水沟或预埋管,使雨水能迅速下渗,并通过渗水沟引入排水系统,形成立体实用的透水结构层(图4)。

图4排水型结构纵向层图

3.2.2透水型结构层通过选用完全透水的面层、垫层和基层材料,让雨水自动渗透至地下,从而达到补充城市地下水的目的。透水型结构层是直接将雨水过滤和渗入地下,这种方式对恢复城市生态系统,降低城市热岛效应,构建城市及周边环境体系具有促进作用。

3.3下沉式绿地透水模式设计

3.3.1生态树池

生态树池根据植物耐淹性能,将绿地下沉、池壁提高,搭配雨水溢流口,形成具备渗水、蓄水功能的树池,并将提高的池壁与休憩坐凳结合,既能涵养地下水,又可作为景观设施,同时还兼顾美化环境的作用,多功能、集约型效果于一身。

3.3.2雨水花园

雨水花园是利用低洼地势或人工挖掘浅凹绿地,从而达到汇聚、吸纳地表雨水径流的目的,通过植物、蓄水层、种植土壤层、砂层、砾石层的过滤净化,使雨水渗入土壤,涵养地下水或通过蓄水设备收集雨水,待需要时补充景观用水或其它方式利用。雨水花园能有效缓解城市暴雨积水,是城市雨洪管理的有效措施,并被广泛运用于雨洪控制,视为生态可持续雨水再生设施。(图5)

图5雨水花园结构图建筑工程论文发表:海绵城市——道路与绿地空间透水模式的综合设计

4、意义与结语

在国家大力推广海绵城市建设的影响下,将其中道路透水与绿地透水以模式设计的方式体现,并因地制宜、实事求是的合理运用,能加快透水性城市建设步伐,更系统的指导透水性道路和绿地的建设。如果模式运用合理、得当,能显著缓解夏季暴雨时该区域的积水、漫水现象。道路、绿地透水设计的组合搭配丰富,其操作灵活多变,功能广泛多样,只要搭配得当、合理,不但能在暴雨时节减缓雨洪对城市的影响,亦能迅速调节区域生态,减少城市热岛效应,改善人居环境。

海绵城市建设是功在当代、利在千秋的国家事业,虽然前期道路、绿地建设相较于传统建设投资较大,其注重的是对自然的保护和利用,强调的是因地制宜的生态设施,这对改善城市环境、避免内涝,实现生态调蓄和生态平衡都有很大促进作用。故从长远来看,非但不会增加城市建设投资,反而会节省成本,且效果明显、意义非凡。原作者:王琴

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