城市立交道路排水設計分析

何 斐 戴旭東

（1、杭州城市規(guī)劃設計咨詢有限公司，浙江 杭州 310000 2、浙江大學建筑設計研究院市政交通分院，浙江 杭州 310000）

1 前言

城市道路立交作為交通樞紐，對城市交通的正常運營起著重要的作用，立交排水設計能否妥善解決排水問題，是確保道路交通正常運行的關鍵。立交排水的主要任務是排除降雨的地面徑流水和影響道路功能的地下水。根據(jù)立交部位和排水特點不同，立交排水可分為立交區(qū)域一般道路路面排水、立交橋面排水、下穿道路路面排水、下穿道路地下水排水以及立交綠化區(qū)域排水5個部分。立交排水形式結合當?shù)匾?guī)劃、場地水文地質條件以及立交型式等因素確定，一般采用自流排水、提升排水及先蓄后排。

2 立交排水的重要性

城市的交通是城市經(jīng)濟發(fā)展和城市建設中的重要問題，為了解決交通的擁擠和不暢，就需要疏導，避免或減少各種交通工具的交叉，設置道路立交橋是解決這一問題的有效辦法。道路立交分道路與道路立交及道路與鐵路立交兩大類。按交叉的結構形式分上跨式和下挖式立交兩種。下挖式立交橋的下層路面最低點標高，一般低于附近地面高程3～6m。道路立交是一項包括有各種專業(yè)的綜合性工程，它不僅包括道路及橋梁主體工程，還包括有關的配合專業(yè)工程，如立交雨水、給水、電力、照明、通信等各種市政管線的綜合埋設。道路立交排水是與立交道路密切相關的工程，解決好立交排水問題，關系到交通的正常運行，人民生命財產(chǎn)安全以及立交方案是否經(jīng)濟合理的重要環(huán)節(jié)。因此，在立交工程中，必須同時解決好立交的排水問題，應當選擇經(jīng)濟合理、安全可靠的排水方案，這也是近年來在排水工程設計中，新發(fā)展起來的設計課題。

3 立交排水設計方案研究

根據(jù)立交各部分排水特點，立交排水應采用不同的設計方案。

3.1 立交區(qū)域一般道路路面排水

立交區(qū)域內(nèi)處于原地標高以上的道路路面排水需結合城市排水總體規(guī)劃，敷設管道排人城市排水系統(tǒng)或單獨作為一個系統(tǒng)進行設計。立交區(qū)域內(nèi)一般道路路面排水納入城市排水系統(tǒng)中，其暴雨重現(xiàn)期的確定除滿足城市排水系統(tǒng)要求外，還必須滿足立交區(qū)域的特定要求，確保立交區(qū)域排水達到較高的標準。立交區(qū)域內(nèi)匯水面積的確定，是確定立交排水規(guī)模的重要依據(jù)之一。由于立交排水標準較高，應盡量避免匯水面積的增加，在條件許可的情況下，將立交周圍部分匯水面積劃歸附近另外排水系統(tǒng)或道路中，以減少立交排水設計流量，降低工程造價。受立交匝道繁雜、縱坡變化較大影響，立交道路雨水的布設不同于一般道路，設計要便于攔截徑流，避免立交中標高較低的主線及匝道集水，設計除考慮分散設置雨水口外，在匝道最低點路段增加雨水口集中收水。立交區(qū)域排水管道的布設與其它市政管道綜合考慮，并避開立交橋墩基礎和與其它市政設施.在不能避開時從結構上考慮管道加固、設置柔口或改用鑄鐵管材等，以解決承載力和不均勻下沉問題。此外，由于立交交通量大，排水管道的維護管理較困難，設計斷面宜適當放大。根據(jù)杭州實際情況，起點最小斷面不小于D=600mm，以下各段設計斷面，均應比計算的加大一級。

3.2 立交橋面排水

城市互通式立交存在較多的高架道路，其排水系統(tǒng)主要由雨水進水口、排水立管和地面接收井三部分組成。對于縱坡較緩的高架道路，其橋面排水通過每個橋墩處設置的排水立管分散排泄，但對立交縱坡較大的高架道路，雨水集中在橋面低洼地帶，通過較小的雨水口及排水立管無法及時排除。

3.2.1 縱坡太小對橋面排水的影響

高架道路及立交匝道橋縱坡的大小對橋面排水產(chǎn)生較大的影響。在道路縱坡小于0.3%時，橋面雨水遲滯現(xiàn)象較為嚴重，雨水不能順利地往低處流動，此時雨水主要依靠橋面每一個雨水泄水孔排放，因此當立交橋梁縱坡小于0.3%時，每一個雨水泄水孔需承擔周圍橋面的匯水面積內(nèi)的雨水流量。在道路縱坡處于大于0.3%、小于2%狀況下，橋面雨水順縱坡往下游流動，在橋面橫坡不大的情況下，實際水面寬度大于雨水泄水孔寬度，一部分雨水被雨水泄水孔截流，另一部分雨水順流而下，在下流低洼處匯集。在這種狀況下，位于坡道處的高架及匝道橋面雨水泄水孔應采用更有效的截流形式，并在橋面低洼處進行特殊設計，增加雨水泄水孔的數(shù)量和尺寸，以便及時排放橋面雨水。

3.2.2 橋面雨水泄水孔的形式和效果分析

從橋面雨水泄水孔型式看有頂向進水、側向進水及側頂向組合進水三種方式。

對于頂向進水的雨水口在水量不大、水流未漫過篦柵時進水以跌水為主，在水流漫過篦柵面、有漫篦匯流時進水以孔口人流為主；對于側面進水的雨水口(如Ⅱ型雨水口)，其流態(tài)相當于渠道上的側堰泄流，但是在局部地方應看作是自由寬頂堰人流；而對于聯(lián)合式雨水口而言，兩者兼而有之，但以頂向進水特性為主。從理論計算方法上來看，側向式雨水口的Q隨H的增加速率大，頂向式雨水口的的Q隨H的增加速率小。聯(lián)合式雨水口的優(yōu)點之一，就是在充分利用頂向式雨水口大泄水量的同時，在道路允許的一定積水深度的情況下，充分發(fā)揮側向式雨水口的作用來加大對雨水的吞吐量。

3.2.3 排水立管對橋面排水的影響

立交排水立管由于空氣阻力等因素的關系，其排水能力受到較大影響。立管中水流呈氣液兩相的流動狀態(tài)，其水流運動與許多因素有關，如水量、水質、管壁粗糙度、進水入口的幾何特性、水流充滿度、立管高度等。其中最主要的因素是立管充滿度亦即進水量的太小。

研究表明，要改善排水立管內(nèi)的流態(tài).加強排水的通行能力，可以有三種方法：增大管徑：增加管道粗糙度促使水膜形成；保證立管上下端的通氣良好，減少管內(nèi)氣壓波動。

從工程設計角度來看，如果排水立管管徑太大，不利景觀效果，而且從目前已建高架的立管選用管徑來看，已經(jīng)能滿足通水要求；如果增加管道粗糙度，則容易造成管道堵塞。工程中最簡單可行且經(jīng)濟合理的方法為上述第三種，即保證立管上下端的良好通氣條件，在設計中可以在立管與橫管交會的上方設置自動通氣閥或采用橫管通過雨水斗接入立管中等等方法來解決上部的通氣問題。

3.2.4 立交橋面排水模型的研究

在橋面道路徑流條件相同情況下，橋面低洼路段的雨水量與道路縱坡大小成正比，與雨水口間距成反比，與雨水口排泄能力成反比，即：Q=f(i，l，x)

其中 Q—蛞洼地段雨水流量；i—道路縱坡；I—雨水口間距；r—雨水口形式

式中當橋面道路縱坡較小時，雨水口的型式和間距對橋面的排水起主要作用：而當橋面縱坡較大時，雨水口的型式和間距作用相對減弱，橋面排水主要通過低洼路段來排放。橋面道路縱坡越小、雨水口越便于截水、其設置間距越短，橋面低洼處的匯水量就越小。

3.3 下穿道路路面排水

城市立交中受環(huán)境及地形地物影響，部分立交需設置下穿道路及人行地道。

3.3.1 匯水面積的確定

下穿道路的匯水面積影響到立交泵站設置的規(guī)模，其匯水面積應合理控制。立交下穿道路在分水嶺范圍內(nèi)為立交設計范圍，本著"高水高排、低水低排"的原則，將高于系統(tǒng)雨水管道部分路段的路面排水匯入排水系統(tǒng)中，而對進入低洼路段的雨水則匯入排水泵站中。

3.3.2 暴雨重現(xiàn)期的確定

立交下穿道雨水流量及暴雨重現(xiàn)期的確定需根據(jù)下穿道的等級和作用而確定暴雨重現(xiàn)期，為保證立交的交通暢通和整體發(fā)揮作用，暴雨重現(xiàn)期選用各條道路中等級最高的標準。

3.3.3 路面排水形式

立交下穿道一般道路縱坡較大，路面排水宜采用坡道截流，低洼路段集中排水的原則，確保下穿道低洼路段不存在積水現(xiàn)象。

3.4 立交綠化區(qū)域排水

立交綠化區(qū)域面積較大，在雨量較大情況下將會出現(xiàn)積水，并且會影響到道路正常的交通，因此立交綠化區(qū)域內(nèi)的排水必須納入立交排水系統(tǒng)中去。立交綠化區(qū)域內(nèi)可采用明渠或管道匯集雨水，并且可以與匝道排水結合起來，納入立交排水系統(tǒng)中。

4 結語

立交道路排水在整個立交工程設計中，所占比重較小，但它的作用是不可低估的，它對道路交通的正常運行和人民生命安全都至關重要，必須引起設計和建設部門的高度重視，同時應選擇經(jīng)濟合理、安全可靠的排水方案。以上是筆者結合實際工程的設計經(jīng)驗體會，提出自己的淺見，不妥之處，請批評指正。