道路立交排水工程設(shè)計(jì)

張國堂

1 城市立交排水的特點(diǎn)及方式

1.1 城市立交排水的特點(diǎn)

1.1.1 重要性

道路立交排水是與道路系統(tǒng)密切相關(guān)的系統(tǒng)工程。排水系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否,將直接關(guān)系到道路立交系統(tǒng)甚至較大范圍的道路交通系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否。因此,道路立交排水是道路立交建設(shè)工程中十分重要的環(huán)節(jié),排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要高于一般道路。

1.1.2 復(fù)雜性

道路立交系統(tǒng),特別是下穿式立交范圍內(nèi),有可能出現(xiàn)自流排水系統(tǒng)、抽升排水系統(tǒng)、地下水排水系統(tǒng)、人工島地域的排水和區(qū)域(過境)排水系統(tǒng);同時(shí)多個(gè)排水系統(tǒng)又與道路、橋梁結(jié)構(gòu)、鐵路涵洞以及其他配套市政管線等設(shè)計(jì)密切相關(guān),因此,立交排水工程具有一定的復(fù)雜性。

1.1.3 特殊性

由于道路立交系統(tǒng)復(fù)雜,為確保橋梁、鐵路涵洞結(jié)構(gòu)的安全,排水管道穿越其基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)時(shí),需要進(jìn)行特殊加固處理,并征得對方的同意。由于立交排水系統(tǒng)較多,各個(gè)排水系統(tǒng)之間的連接方式與普通排水工程中的管道連接可能有所不同,有時(shí)候部分雨水抽升、地下水系統(tǒng)需要單獨(dú)獨(dú)立設(shè)置,有時(shí)需設(shè)置防止倒流設(shè)施。

1.2 城市立交排水的方式

1.2.1 自流排水

當(dāng)?shù)缆妨⒔幌到y(tǒng)內(nèi),道路最低設(shè)計(jì)路面高程高于附近下游低點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)水面(該點(diǎn)的設(shè)計(jì)水面系根據(jù)下游河湖水體20年一遇標(biāo)準(zhǔn)的洪水位推算并計(jì)算沿程水頭損失)0.5 m以上時(shí),該立交的排水系統(tǒng)可采用自流排水方式。

北京市已建成的立交橋中,大部分上跨式立交和部分下穿式立交排水下游受納系統(tǒng)滿足自流排水要求,采用了自流排水方式。

在條件允許的前提下,自流排水是最經(jīng)濟(jì)、最安全的措施,在設(shè)計(jì)立交排水方案時(shí),在總體規(guī)劃允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡可能推薦使用自流排水方式。

1.2.2 調(diào)蓄排水

一般來說調(diào)蓄排水,即在降雨洪峰時(shí),排水下游受納系統(tǒng)的水位高于道路立交系統(tǒng)中最低點(diǎn)的路面高程,雨水不能自流排除,將洪峰期的雨水暫時(shí)收集至調(diào)蓄設(shè)施內(nèi),錯(cuò)開歷時(shí)較短的洪峰,待下游受納系統(tǒng)水位回落后,再采用自流排除。

調(diào)蓄排水,要求進(jìn)入調(diào)蓄設(shè)施內(nèi)的全部雨水都能夠自流排空,在立交匯水面積較小、周圍有較大的排水受納系統(tǒng),同時(shí)道路沒有地下水排水要求的工程中應(yīng)用。

1.2.3 抽升排水

當(dāng)?shù)缆妨⒔慌潘掠问芗{水體的水位無法滿足立交范圍內(nèi)雨水自流排水,同時(shí)又不具備調(diào)蓄排水的條件時(shí),需要采用抽升排水的方式排除立交范圍內(nèi)的雨水。北京已經(jīng)建設(shè)的道路立交排水系統(tǒng)中,投資建了近百座抽升排水泵站,經(jīng)過十幾年的運(yùn)轉(zhuǎn),大部分抽升排水泵站在正常工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

1.2.4 人工島地域的排水

某島的立交排水則基本屬于調(diào)蓄排水,立交雨水通過雨水口收集進(jìn)入排水管道后再排入內(nèi)河淡水收集系統(tǒng),作為淡水源供有關(guān)部門使用,既起到調(diào)蓄作用,又有循環(huán)利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,目前人造島地域區(qū)別于一般立交排水,均為上跨立交式,路面水被收集后進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)加以利用。

1.2.5 區(qū)域(過境)排水系統(tǒng)

修建立交橋的道路系統(tǒng),往往是城市快速道路或主要干路系統(tǒng),通常情況下,該道路建設(shè)的同時(shí)需要敷設(shè)城市區(qū)域范圍內(nèi)的各種市政管道。因此,該范圍內(nèi)的排水系統(tǒng)管道(雨、污水管道)有可能穿越道路立交后,再進(jìn)入下游受納系統(tǒng)中。

在道路立交范圍內(nèi),特別是下穿式立交范圍內(nèi),有可能出現(xiàn)區(qū)域排水管道高程與道路路面高程矛盾的現(xiàn)象。需要將區(qū)域的排水管道移出下穿式立交的范圍,以保證區(qū)域管道的自流排水。同時(shí),該區(qū)域排水系統(tǒng)中的雨水干線,往往也是道路立交范圍內(nèi)雨水排除的下游受納管道,因此,在設(shè)計(jì)中,必須重視區(qū)域系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),使道路立交范圍的各個(gè)排水系統(tǒng)能夠有機(jī)的結(jié)合。

2 立交排水管道設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)資料

道路立交排水工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料,主要包括相關(guān)立交工程的排水規(guī)劃(其中包含區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)、管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、下游受納系統(tǒng)出路)、下游受納河湖的控制水位、工程地區(qū)的地質(zhì)勘察報(bào)告以及道路立交施工圖設(shè)計(jì)等。

2.2 雨水量計(jì)算

雨水設(shè)計(jì)流量公式:Q=ψ×q×F。其中,Q為雨水設(shè)計(jì)流量,L/s;ψ為綜合徑流系數(shù);F為匯水面積,hm2;q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度,L/(s·hm2)。

根據(jù)北京市現(xiàn)行的防洪標(biāo)準(zhǔn)和通常的排水規(guī)劃要求,常規(guī)的道路立交系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為:重現(xiàn)期不小于3年,重要區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)提高,立交范圍常用值為P=3;立交范圍內(nèi)鋪裝路面的徑流系數(shù)為 0.9;地面集水時(shí)間 t1=5 min～10 min。渤海灣地區(qū)某人造島地域目前多為上跨立交,采用重現(xiàn)期不小于2年,立交范圍常用值為P=2;立交范圍內(nèi)鋪裝路面的徑流系數(shù)為0.8～1.0;地面集水時(shí)間t1=5 min～10 min。在立交范圍內(nèi)由于地面坡度大,管內(nèi)流行時(shí)間不宜乘折減系數(shù)2。

2.3 管道水力計(jì)算

2.3.1 水力計(jì)算公式

流量公式:Q=A×V。其中,Q為流量,m3/s;A為水流有效斷面面積,m2;V為流速,m/s。

2.3.2 粗糙系數(shù)

排水管道的粗糙系數(shù)主要取決于不同管材管壁結(jié)膜和管底沉積情況,而這兩者又取決于水質(zhì)及其流動(dòng)情況。排水管渠多為重力流,一般均按粗糙型紊流考慮。水泥管道粗糙系數(shù) n值一般采用0.013,聚乙烯管道粗糙系數(shù)n值一般采用0.010。

2.3.3 流速范圍

最小設(shè)計(jì)流速:雨水管在滿流時(shí)最小設(shè)計(jì)流速為0.75 m/s;

最大設(shè)計(jì)流速:非金屬管道為5.0 m/s。

2.3.4 設(shè)計(jì)充滿度

雨水管道設(shè)計(jì)按滿流計(jì)算。

3 管材

雨水管道工程通常采用鋼筋混凝土管。根據(jù)北京市有關(guān)部門的文件規(guī)定,對于管徑小于600 mm管道的排水管道限制使用平口混凝土管道。通?？梢圆捎闷罂诨炷凉艿阑蚓垡蚁┕懿奶娲τ诠軓酱笥?00 mm的雨水管道,仍采用鋼筋混凝土管道。

4 附屬構(gòu)筑物

道路立交范圍內(nèi)路面高程低點(diǎn)必須設(shè)置雨水口,雨水管應(yīng)滿足雨水口支管接入要求。由于立交道路縱坡較大,造成雨水的地面徑流流速較快,接近甚至超過管道排放的流速,在引道上設(shè)置雨水口效果并不理想,所以一般采取在立交最低點(diǎn)處設(shè)置多篦雨水口來收集雨水,就近排入泵站集水池。當(dāng)?shù)缆房v坡較緩時(shí),可適當(dāng)在坡道上布置雨水口以減輕雨水大量集中匯于道路低點(diǎn)處,但是并不折減道路低點(diǎn)雨水口數(shù)量。多篦雨水口一般沿道路縱坡方向?qū)ΨQ布置于道路兩側(cè)的低點(diǎn)處,道路低點(diǎn)雨水口數(shù)量應(yīng)按匯集到低點(diǎn)的雨水量計(jì)算,每個(gè)雨水口的泄水能力按15 L/s計(jì)算,實(shí)際布置的雨水口數(shù)量應(yīng)增加20%～25%。

5 地基處理

不同道路立交工程,應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)勘察報(bào)告,了解工程地質(zhì)、地下水位情況,以確定是否需要對雨水管道施工現(xiàn)場進(jìn)行地下降水和地基處理,以保證管道運(yùn)行安全可靠,尤其像填海造地新興起的城市必定還會(huì)有許多問題。在穿越道路立交路面基礎(chǔ)或橋梁結(jié)構(gòu)、其他管線基礎(chǔ)時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,對雨水管道基礎(chǔ)進(jìn)行校核,確定是否需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)或管道基礎(chǔ)的加固處理。

6 結(jié)語

隨著城市高速發(fā)展,立交排水已經(jīng)愈來愈成為一項(xiàng)專門的工程技術(shù)而得到有關(guān)人員的關(guān)注,并且在立交橋整體的配套設(shè)計(jì)中,已經(jīng)成為重要的組成部分。立交排水設(shè)計(jì)的是否合理,可直接影響到日后立交橋的使用情況。以上從一般城市道路立交排水工程設(shè)計(jì)和新興島嶼城市道路立交排水工程設(shè)計(jì)方法與特點(diǎn),提出了在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)根據(jù)不同立交的特點(diǎn)來選擇不同的排水方法。