高速公路橋面排水設(shè)計總結(jié)

趙立巖

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院，遼寧 沈陽 110166)

高速公路橋面排水設(shè)計總結(jié)

趙立巖

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院，遼寧 沈陽 110166)

橋面排水是高速公路設(shè)計過程中一項非常重要的內(nèi)容，排水是否順暢直接影響到行車的安全，甚至影響到結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。一般設(shè)計過程中，都是根據(jù)經(jīng)驗選用排水措施，缺乏精細計算。按照規(guī)范的要求，介紹橋面排水的簡易設(shè)計方法，并針對設(shè)計中常見的典型情況，給出相關(guān)結(jié)論和建議，為設(shè)計人員提供參考。

橋面排水；泄水管；截水管；設(shè)計徑流量；降雨強度

1 概 述

高速公路橋面排水系統(tǒng)主要由泄水口、泄水管及截水管等部分組成。泄水口的主要作用是將路面水集中到泄水管中，而泄水管的作用是將橋面水集中排至橋下。但部分橋梁需要跨越鐵路、高速公路、市政路等高等級道路，為保證橋下道路的通行要求，避免因橋上落水對橋下道路行車安全造成影響，需要設(shè)置雨水收集系統(tǒng)，將橋面上的水集中后再沿著橋梁縱向統(tǒng)一排至所跨道路的路基寬度以外再排至地面。

從目前的工程情況上看，截水管是最為常見的一種雨水收集措施。它具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、維修簡便、造價低等優(yōu)點。常見的截水管材料有金屬管、PVC管等種類，常見的截水管斷面形式有圓形、方形等形式。

目前設(shè)計中，泄水管的間距、尺寸，截水管的形式、管徑等通常是根據(jù)橋長、橋?qū)?、橋面縱坡等數(shù)據(jù)按經(jīng)驗確定，缺乏對降雨、匯流、縱坡等數(shù)據(jù)的詳細計算和考慮。本文以遼寧省新建4車道高速公路為例，依據(jù)《公路排水設(shè)計規(guī)范》9.1節(jié)中的計算方法，詳細介紹高速公路橋面排水的設(shè)計過程。

2 設(shè)計徑流量

本文以單孔30 m跨徑橋梁為例進行設(shè)計徑流量的計算，其他已知條件為橋面橫坡2%，橋面縱坡2%，橋面凈寬10.5 m，瀝青混凝土橋面的徑流系數(shù)為0.95。根據(jù)《公路排水設(shè)計規(guī)范》中路界內(nèi)各項排水設(shè)施所需排泄的設(shè)計徑流量計算公式9.1.1計算徑流量

Q=16.67×Ψ×qp,t×F

(1)

式中：Q為設(shè)計徑流量，m3/s；qp,t為設(shè)計重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的平均降雨強度，mm/min；Ψ為徑流系數(shù)；F為匯水面積，km2。

由于沒有自記雨量計資料，故需利用降雨強度等值線圖和有關(guān)轉(zhuǎn)換系數(shù)計算降雨強度：qp,t=cpctq5,10，其中cp為重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)，可由規(guī)范表9.1.7.1查取。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，高速公路路面和路肩表面排水的設(shè)計降雨重現(xiàn)期為5年，故cp=1.00。ct為降雨歷時轉(zhuǎn)換系數(shù)，計算ct首先要計算降雨歷時t，因本文算例以單向2車道為例，故t=5 min，查表9.1.7.2，ct=1.25。根據(jù)圖9.1.7-1，查得q5,10在2.0～2.5之間，偏安全考慮，取q5,10=2.5 mm/min，故q=1×1.25×2.5=3.125 mm/min。匯水面積F=10.5×30×1×10-6km2。綜合以上數(shù)據(jù)，設(shè)計徑流量Q=16.67×0.95×3.125×30×10.5×1×10-6=0.015 6 m3/s=15.6 L/s。

3 泄水管尺寸及間距

常規(guī)設(shè)計時，當(dāng)橋梁長度較小(<50 m)且寬度較小時，可不在橋梁上設(shè)置泄水管，而是將路面水自然匯流至橋梁兩側(cè)路基泄水槽處排除。但一般情況下，只有高速公路天橋滿足上述要求。而對于高速公路主線橋梁，均需要設(shè)置泄水管。

根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，一般來說，橋上泄水管的間距不大于5 m；對于橋上縱坡較小的情況，應(yīng)適當(dāng)加密泄水管間距至3～4 m；對于位于凹曲線內(nèi)的橋梁，其泄水管間距一般按2～3 m布設(shè)。按照《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》表4.9.22中要求，若采用直立塑料管排水，選擇公稱直徑90 mm的管，其排水能力為7.4 L/s，故需要在30 m單孔范圍內(nèi)設(shè)置3道豎向塑料泄水管可以滿足泄水要求。高速公路橋面排水一般情況下采用直通鑄鐵泄水管，公稱直徑100 mm。其排水能力為9.5 L/s，故需要在30 m單孔范圍內(nèi)設(shè)置2道豎向鑄鐵泄水管可以滿足泄水要求。但考慮實際運營過程中的進口堵塞等因素，實際設(shè)計過程中通常會適當(dāng)加密泄水管間距。

4 截水管尺寸

現(xiàn)以某橋為例，介紹截水管的計算步驟，假定需要排水的橋長為500 m，橋面凈寬10.5 m，橋面橫坡和縱坡均按2%計算。

t2=500/60/2.513=3.316 min

因此，降雨歷時t=t1+t2=5+3.316=8.316 min。查表9.1.7-2，其中本地區(qū)c60=0.4，按線性插值ct=1.084，q5,10可查圖9.1.7-1，本區(qū)域位于2.0～2.5區(qū)域間，偏于安全考慮，取2.5，故qp,t=cpctq5,10=1.084×1×2.5=2.71 mm/min。另外，公式(1)中的Ψ查表3.0.8得0.95，F(xiàn)可以認為等于橋面面積為10.5×500=5 250 m2。因此Q=16.67×Ψ×q×F=16.67×0.95×2.71×5 250×10-6=0.225 m3/s。而流速v經(jīng)前面計算等于2.513 m/s，所以需要的過水面積S=0.225/2.513=0.089 5 m2。直徑30 cm的PVC管截面面積為0.070 7 m2，不能滿足要求?，F(xiàn)假設(shè)取直徑40 cm的PVC管，經(jīng)計算，此時需要的過水面積為0.073 6 m2，直徑40 cm的PVC管截面面積為0.125 7 m2，管的利用率為0.073 6/0.125 7=0.586，利用率較低。綜上，取PVC管的直徑為35 cm較為合適，此時利用率是0.854。

按照以上的計算方法，對各種典型情況的截水管管徑進行試算，得出不同橋長及縱坡時時所取PVC排水管的理想直徑。

表1 PVC截水管理想直徑

表1管道的利用率均在60%～90%之間。從表1結(jié)果中可以看出，截水管的管徑與橋長成正比與橋面縱坡成反比。為了不使截水管的直徑較大，對于縱坡較小的情況，應(yīng)該考慮對長橋分段設(shè)置截水管。

5 應(yīng)用實例

現(xiàn)以某大橋為例，介紹泄水管與截水管的設(shè)置情況。

橋梁基本情況如下：15孔30 m小箱梁結(jié)構(gòu)，橋梁全長456 m，橋面橫坡2%，橋面位于凸曲線上，小樁號側(cè)平均縱坡0.983%，大樁號側(cè)平均縱坡-1.121%。設(shè)計時速100 km/h，路基寬度26 m，橋面凈寬11.25 m。因橋梁跨越水源地河流，故全橋設(shè)置截水管，將橋面水分別排至大、小樁號側(cè)橋頭的蒸發(fā)池中。

根據(jù)上述條件計算如下：設(shè)計徑流量：Q=16.67×Ψ×qp,t×F=16.67×0.95×3.125×11.25×30×10-6=0.016 7 m3/s=16.7 L/s。根據(jù)理論計算結(jié)果，采用內(nèi)徑10 cm的鑄鐵管，需要在單孔30 m范圍內(nèi)設(shè)置2道泄水管，但考慮實際情況與理論計算之間的差別，最終設(shè)計時按間距5 m設(shè)置泄水管。

截水管直徑，按照上述條件計算，小樁號側(cè)的管徑采用0.3 m，其利用率達到86.3%。大樁號側(cè)的管徑采用0.3 m，其利用率達到78.2%。綜合以上因素，本橋截水管采用直徑0.3 m的PVC圓管。具體形式見圖1、圖2。

圖1 泄水管設(shè)置情況

圖2 截水管設(shè)置情況

6 結(jié) 語

(1)泄水管間距應(yīng)根據(jù)實際情況在計算的基礎(chǔ)上進行加密，一般間距4～5 m，對于縱坡較小或位于凹曲線內(nèi)的橋梁，泄水管間距可加密至2～3 m。

(2)截水管的管徑與橋長成正比與橋面縱坡成反比。為了不使截水管的直徑較大，對于縱坡較小的情況，應(yīng)該考慮對長橋分段設(shè)置截水管。

[1] 公路排水設(shè)計規(guī)范(JTG/T D33-2012)[S].

[2] 建筑給排水設(shè)計規(guī)范(GB50015-2010)[S].

The summary of the deck drainage on highway bridge design

ZHAO Li-yan

(Liaoning Provincial Communication Planning & Design Institute,Shenyang，Liaoning 110166,China)

Deck drainage is a very important part of the design of highway. It directly influence the safety of driving and even the durability and the service life of the structure. The designers usually select the drainage measures by design experience and lack the fine calculation in general design. this paper introduces the design method of deck drainage and gives the relevant conclusions and recommendations aimed at the typical cases in the design which will provide some beneficial references for the designers.

deck drainage;drain pipe;intercepting drain;design runoff amount;rainfall intensity

2016-05-01

趙立巖(1981-)，男，遼寧東港人，高級工程師，研究方向：橋梁與隧道工程。

U442.5

C

1008-3383(2017)02-0003-02