高速公路海绵服务区LID设施研究_韦玮.pdf

-58-高速公路海绵服务区 LID 设施研究 韦 玮 杨 青 （广西交通职业技术学院，广西 南宁 530022）【摘 要】文章以海绵城市建设理论为依据，采取低影响开发理念，选取渗透路面、渗透式植草排水沟、绿色屋顶、集雨绿色生态系统、土壤入渗改良剂、渗排一体化系统等作为海绵服务区建设的应用设施，进行了建设要点研究分析，为高速公路海绵服务区 LID 设施的选取提供借鉴。【关键词】高速公路；服务区；海绵；雨水利用；LID 设施【中图分类号】U417 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2022)12-0058-03 Study on LID Facilities in Expressway Sponge Service Area Abstract:Based on the theory of sponge city construction,the paper adopts the concept of low impact development,selects permeable pavement,permeable grass planting drainage ditch,green roof,rain collection green ecosystem,soil infiltration improver and infiltration and drainage integrated system as the application facilities for the construction of sponge service area,carries out research and analysis on the key points of construction,and provides reference for the selection of LID facilities in expressway sponge service area.Key words:expressway;service area;sponge;rainwater utilization;LID facilities 引言 近年来我国高速公路建设发展迅速，与此同时服务区的数量也随之不断增加。在当前“绿色交通”已经成为行业发展战略决策这一背景下，服务区建设需要坚持可持续发展的理念，积极开展低碳节能设计1。广西是全国降水量比较多的地区之一，大部分地区年平均降雨量处于 1 200 mm2 200 mm 范围，雨水资源丰富，在高速公路服务区建设中，结合实际情况，可借鉴海绵城市技术体系，建设海绵服务区，针对服务区范围内绿地、广场、道路、屋顶等不同位置所产生的径流，进行收集、下渗和储存利用，可以达到充分利用水资源、涵养地下水，控制雨水径流污染、减轻地方防洪压力的目的。1 传统服务区雨水管理现状 传统服务区建设对自然环境的破坏比较大，且忽略雨水的生态作用和利用价值，雨水利用程度较低，归纳起来在雨水管理模式上表现出以下特点：（1）服务区路面硬化铺装、建筑屋面的建设等都极大地降低了服务区范围内的植被覆盖率、不透水面积比重较大，导致地表原有的吸水储水能力遭到破坏，综合径流系数约为 0.9，雨水汇集速度快、径流峰值流量高，给排水管网设施带来较大压力1；（2）传统服务区排水系统建设理念以“快排”为主，雨水处理大多通过管道迅速排放到服务区以外的农田或河流中，雨水资源利用率低，而与此同时，服务区由于远离城镇，取用水成本大，区域内绿化维护成本较高；（3）服务区排水设施和雨水管网规模偏小，在夏季等雨量较大的季节，很难对雨水进行快速排放，容易导致服务区排水不通畅及路面积水等问题。2 海绵服务区 LID 设计方案 图图 1 LID 设施应用设计方案设施应用设计方案 总第 24 卷 280 期 大 众 科 技 Vol.24 No.12 2022 年 12 月 Popular Science&Technology December 2022 【收稿日期】2022-09-27【基金项目】2021 年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“绿色交通背景下高速公路开放式服务区环保综合设计研究”（2021KY1134）。【作者简介】韦玮（1981），广西交通职业技术学院副教授，硕士，从事土木交通类教学和研究工作。-59-一般而言，高速公路服务区可利用范围较大，适宜以低影响开发（LID）为建设理念进行海绵化设计。根据区域一般特征及径流流向，服务区可以大致分为：行车及停车区域、房屋建筑区域、休闲及人行道区域、传统绿地区域等，可用的 LID 设施为渗透型、调节型、转输型、储蓄型以及截污净化型。结合高速公路服务区自身特点，进行雨水利用系统 LID设计可以参考图 1。3 海绵服务区 LID 设施应用 3.1 渗透路面渗透路面 传统高速公路服务区建设中，为了施工便捷往往将路面结构保持与主线相同，路面透水性能不佳，这是服务区排水不畅的主要原因之一，而采用路面各层具有较大孔隙率的渗透地面，可以促进雨水的快速下渗。高速公路服务区路面承载力要求比较高，因此透水路面可以应用在休闲及人行道区域。根据面层铺装的不同，透水路面可以分为透水性路面和透水砖路面，其中透水性路面主要包括透水沥青路面和透水水泥路面。透水沥青路面面层采用孔隙率较大（15%20%）的材料进行铺筑，使降雨可以通过孔隙快速下渗到结构层，有效减少区域地表径流总量，并能对地表径流进行初步净化。按照不同的使用场合和功能，透水沥青路面可以分为三种类型：型、型和型2，三种类型的透水沥青路面对比见表 1。表表 1 不同类型透水沥青路面对比不同类型透水沥青路面对比 透水沥青 路面 型 透水沥青路面 型 透水沥青路面 型 透水能力 弱 较好 强 是否设置封水层 面层下方 设置 基层底部设置 否 适用范围 新建改建 道路 新建改建道路 砂性土路基，中、低交通量道路 透水水泥路面是以孔隙数量较多且连续的透水水泥混凝土修建。在建设过程中，要注意横缝铺设的距离间隔宜为4 m6 m，纵缝的铺设间距应根据路面宽度在 3.0 m4.5 m之间取值；当与雨水口、排水边沟等连接时，还需要在连接处设置涨缝2。按照透水程度，透水水泥路面可以分为半透水结构、全透水结构，两种类型路面对比见表 2。表表 2 不同类型透水水泥路面对比不同类型透水水泥路面对比 半透水结构 全透水结构 透水程度 无法透过面层进行路基 可透过基层渗透到路基 适用范围 轻型荷载道路 非机动车道等低荷载道路 示意图 另外，透水砖路面是指应用透水砖作为道路面层材料，且具有一定孔隙及厚度的路面，该路面结构施工较简单，具有减少地表径流、增加雨水渗透能力以及调节局部地区小气候等优点3，可以应用于服务区的人行道或休闲区域等。透水砖的应用一般要求土基的水力传导系数大于 0.001 mm/s，并且道路透水底基层距离地下水面距离应大于 1 m，以减小地下水位对渗透能力的影响2。3.2 渗透式植草排水沟渗透式植草排水沟 渗透式植草排水沟简称植草沟，是指利用地表沟渠进行植被的种植，雨水通过重力流收集后，在沟渠中经渗透、过滤、沉淀、吸收和生物降解等环节，实现削减径流和水质初步净化的目的。植草沟通常由过滤层和排水管道两个部分组成，结构较简单，适合地下水位相对较低的地区选用，一般可用于服务区停车场、行车道和广场等区域。植草沟修建和维护成本较低，截留及净化效果良好，但它对地形有一定的要求，纵坡不宜过大否则会导致水流过快，减弱截留和净化效果；另外在夏季容易出现蚊蝇或者异味问题，需增加一些卫生防护措施。3.3 绿色屋顶绿色屋顶 绿色屋顶是指在建筑物或构筑物的屋顶、天台等种植绿色植物，不仅可以削减径流、净化雨水，同时还可以改善生态环境以及屋顶温度及性能等。根据种植模式，绿色屋顶可以分为粗放型、半密集型和密集型三种形式，它们之间的主要区别见表 3。表表 3 绿色屋顶类型及特征绿色屋顶类型及特征 粗放型 半密集型 密集型 种植层厚度 一般 5 cm15 cm 一般 15 cm25 cm 一般 25 cm100 cm 造价 较低 中等 较大 适用范围 一般不允许人进入 不常进入的屋顶，注重生态及游览观赏性 可以上人、较大面积的公共建筑屋顶 不管是平屋顶还是坡屋顶都可以进行绿化屋顶设计。但需要注意的是，坡度较小时调蓄效果较好，坡度较大时有利于排水，一般选用的坡度多小于 156。在植物的选用中，应优先选择适应性强的本土植物，尽量选取植株较小和低矮的种类，以减轻屋顶荷载负荷。除了建设绿色屋顶，针对规-60-模较小的服务区，还可以采用雨水桶作为收集屋顶雨水的装置4。3.4 集雨绿色生态系统集雨绿色生态系统 集雨绿色生态系统主要包括下凹式绿地和雨水花园。下凹式绿地，是指绿地高程低于周边地面高程，这样可以利用高差汇集地面径流，通过绿地良好的入渗性能实现减少排水、涵养水分，其典型结构见图 2。下凹式绿地建设的关键是高程，要确保绿化区域高程必须低于道路高程，以便地表径流能够顺利进入绿地，而溢流口高程应高于绿化区域且低于道路2，当遇到雨量较大的情况，溢流口能将过量的雨水排入排水管网，防止绿植长期浸泡于水中。地表径流在经过绿地的过程中，不仅水量被削减，同时由于绿地渗透、沉淀、截留的作用，水中部分污染物也得以去除。图图 2 下凹式绿地典型结构下凹式绿地典型结构 雨水花园是指天然或人工建造的凹形绿地，被用来汇集来自屋面和地面的雨水，利用植物和种植土壤层的综合作用消纳雨水并起到一定的净化作用，其典型结构见图 3。其中蓄水区是消纳雨水的主要空间，其深度推荐值为 20 cm30 cm2。雨水花园主要应用于建筑、停车区等不透水下垫面周边绿地，可以结合服务区所在地区特色进行设计，具有良好的景观价值。图图 3 雨水花园典型结构雨水花园典型结构 3.5 土壤入渗改良剂土壤入渗改良剂 针对土壤渗透系数偏小的服务区，为了强化雨水入渗效率，还可以采用化学措施来调控降雨径流，提高雨水利用率。其中应用得较广泛的是利用高分子聚合物改良剂，如聚丙烯酸、聚乙烯醇等。它们可以在一定程度上提高天然团粒的稳定性，并使得分散性矿物质颗粒形成人工团粒，增加土壤团粒的含量，改善土壤孔隙度、通气性及透水性等条件5，在提高雨水渗透率的同时增加了土壤的最大持水量及土壤容重。据研究6，京港澳高速公路驻信段信阳服务区土壤以亚粘土为主，土壤渗透系数偏小，在改扩建工程中采用聚丙烯酸按 4.8%6.0%的浓度进行强化入渗，土壤渗透率由原来的 5.510-6 m/s 增加到 8.5310-6 m/s，有效地减少了雨水的径流量。3.6 渗排一体化系统渗排一体化系统 渗排一体化系统是指雨水通过埋设于地下的渗透管渠、多孔管材或多孔雨水检查井向四周土壤渗透，兼具雨水的储存、收集、排放等多重功效的综合性雨水利用设施，可以用于服务区机动车及停车范围外的区域。图 4 为渗排一体化系统典型结构剖面图，在该系统中，雨水通过渗透管道和渗透井渗入，一部分可以存储在周围砂石层、渗透管或者渗透井内，当遇到雨量较大的时候，溢出的雨水可以从系统中排放至雨水处置或者回用系统。图图 4 渗排一体化系统典型结构剖面图渗排一体化系统典型结构剖面图 4 结论 综上所述，海绵服务区的建设可以有效地提高雨水利用率，实现水资源的节约与开发。基于高速公路服务区特点，可以采用渗透型、调节型、转输型、储蓄型以及截污净化型等 LID 设施，能够推进服务区再生能源利用，协调高速公路服务区水资源循环系统的平衡，助力绿色交通建设。【参考文献】1 王峰，颜正惠，黄伟乐，等.城市雨水内涝成因及对策J.中国给水排水，2017，28(12):22-24，27.2 李壮.高速公路海绵服务区建设方案研究D.西安:长安大学，2021.3 张书函，陈建刚，赵飞，等.透水砖铺装地面的技术指标和设计方法分析J.中国给水排水，2011，27(22):15-17.4 陆昕.海绵城市理念下高速公路服务区低影响开发技术研究D.西安:长安大学，2019.5 吴普特，冯皓.中国雨水利用M.郑州:黄河水利出版社，2009.6 李鹏飞.高速公路服务区雨水利用技术研究以信阳高速公路服务区为研究实例D.西安:长安大学，2011.