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韦 玮 杨 青
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）
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。
高速公路；
服务区；
海绵；
雨水利用；
LID设施
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 mm～2 200 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。
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。
图1 LID设施应用设计方案
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。
3.1 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：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型[2]，三种类型的透水沥青路面对比见表1。
表1 不同类型透水沥青路面对比
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 m～6 m，纵缝的铺设间距应根据路面宽度在3.0 m～4.5 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2 不同类型透水水泥路面对比
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3 绿色屋顶类型及特征
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15°[6]。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2 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 cm～30 cm[2]。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3 雨水花园典型结构
3.5 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5.5×10-6m/s增加到8.53×10-6m/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4 渗排一体化系统典型结构剖面图
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。
[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.
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[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.
Study on LID Facilities in Expressway Sponge Service Area
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.
expressway; service area; sponge; rainwater utilization; LID facilities
U417
A
1008-1151(2022)12-0058-03
2022-09-27
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）。
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。
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