城市道路高填方路基排水設(shè)計研究

魏 朋，馬國綱

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計院，甘肅 蘭州 730030）

城市道路高填方路基排水設(shè)計研究

魏 朋，馬國綱

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計院，甘肅 蘭州 730030）

蘭州毅德國際商貿(mào)城規(guī)劃五路雨水工程3#雨水排出口設(shè)計，需要研究解決過大的雨水落差問題，同時還需要研究高填方路基邊坡上的暗埋管道及跌水井的布設(shè)問題，有關(guān)經(jīng)驗可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

雨水落差；高填方邊坡；暗埋管道；跌水井

1 概述

近年來，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)容以及城鎮(zhèn)化程度的不斷提高，國內(nèi)許多城市都在打造新城或建設(shè)園區(qū)。受土地資源和地形條件的限制，這些新開拓的新城或園區(qū)往往遠(yuǎn)離老城，通過削山造地增加可供利用的土地面積，進(jìn)而擴(kuò)大新城或園區(qū)的影響范圍。例如第五個國家級新區(qū)—蘭州新區(qū)，就是在濕陷性黃土地區(qū)通過深填高挖整平場地，增加了土地面積，從而為整個新區(qū)的發(fā)展提供了土地保障。基于此種條件下規(guī)劃的新城或園區(qū)道路，難免會出現(xiàn)高填方路基，這會增加城市道路的建設(shè)難度。

蘭州毅德國際商貿(mào)城位于蘭州市榆中縣和平鎮(zhèn)，距蘭州市區(qū)5 km2，占地面積約400 hm2，總建筑面積達(dá)到680萬m2，是一座現(xiàn)代綜合商貿(mào)物流新城。商貿(mào)城西側(cè)緊靠大山頂山梁，東側(cè)有柳溝河自南向北貫穿而過，原始地貌基本為山體，地形起伏較大，溝壑縱橫，局部有較深的河溝，地勢南高北低，相差約110 m，西高東低，相差約20 m，低溝處與周邊落差約40 m。商貿(mào)城范圍內(nèi)主要以Ⅳ級濕陷性黃土狀粉土層為主，厚度約35～50 m。整個商貿(mào)城首先是對自然地貌進(jìn)行削山填溝處理，形成臺階狀場地整平區(qū)，隨后再進(jìn)行園區(qū)道路和商貿(mào)建筑的建設(shè)。

規(guī)劃五路為新建的城市次干路，位于商貿(mào)城園區(qū)東側(cè)邊緣，縱貫園區(qū)南北，長度約2.4 km，東側(cè)靠近柳溝河自然河道，二者高差最大值為54 m，道路采用高填方路基方案建設(shè)。根據(jù)商貿(mào)城園區(qū)排水總體規(guī)劃，規(guī)劃五路承擔(dān)著整個園區(qū)的雨水匯集功能，道路沿線共設(shè)置4處排出管道最終將雨水排入柳溝河，這需要克服過大的雨水落差。

2 規(guī)劃五路3#雨水排出口設(shè)計

規(guī)劃五路雨水工程設(shè)計，需要反復(fù)研究過大的雨水落差問題，將雨水最終排入柳溝河；需要多方案比較后提出科學(xué)合理的設(shè)計方案。

根據(jù)商貿(mào)城園區(qū)排水總體規(guī)劃，規(guī)劃五路沿線4處獨立的雨水排出口，分別位于規(guī)劃五路與其它道路的平面交叉口處。各雨水排出口的通過流量，為規(guī)劃五路暗埋雨水管道匯集的流量，與相交道路暗埋雨水管道匯集的其它片區(qū)流量之和。本文將選擇3#雨水排出口的設(shè)計方案進(jìn)行闡述，其它雨水排出口的設(shè)計方案與之相同。

3#雨水排出口承擔(dān)的通過流量為規(guī)劃五路暗埋雨水管道（長度866 m）所匯集的流量，與相交道路暗埋雨水管道（長度778 m）所匯集的其它片區(qū)流量之和。 依據(jù)蘭州市暴雨強度公式進(jìn)行計算，規(guī)劃五路暗埋雨水管道最大管徑為DN1000，最大設(shè)計坡度2.5%，終端處累計通過流量最大值為2 986.927 L/s；相交道路暗埋雨水管道最大管徑為DN1000，最大設(shè)計坡度1.7%，終端處累計通過流量最大值為1 740.283 L/s，因此3#雨水排出口入口端通過流量最大值為4 727.21 L/s。

3#雨水排出口入口端位于高填方路基頂端的道路人行道內(nèi)，出口端位于高填方路基坡腳處并與柳溝河相接，二者高差42.8 m。經(jīng)過方案比選與優(yōu)化階段后，最終確定了高填方路基邊坡上“暗埋雨水管道+分級布設(shè)跌水井”的設(shè)計方案。

首先，暗埋雨水管道選擇和確定管道坡度。根據(jù)鋼筋混凝土圓管（滿流，粗糙系數(shù)n=0.013）水力計算結(jié)果，管徑DN1200的鋼筋混凝土圓管坡度i=1.5%時，其流速 v=4.222 m/s，流量 Q=4 774.96 L/s＞4 727.21 L/s（3#雨水排出口入口端通過流量最大值）。據(jù)此確定雨水管道采用DN1200的鋼筋混凝土圓管，管道坡度按照i=1.5%設(shè)置。

其次，跌水井選擇。依據(jù)高填方路基填料土體性質(zhì)及選用的雨水管道管徑，選用《國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集—排水檢查井（02S515）》中的跌水井。項目所在區(qū)域為濕陷性黃土區(qū)，本著就地取材、節(jié)約投資的原則，高填方路基填料選用黃土。基于此，宜選用階梯式混凝土跌水井，其跌差為2 m，井底標(biāo)高距離高填方路基邊坡坡面的距離控制為4.75 m，確保跌水井蓋板頂覆土不小于0.4 m。

再次，高填方邊坡上布設(shè)雨水排出系統(tǒng)，尤其是確定跌水井平面位置和豎向高程較為復(fù)雜，具體設(shè)計時需要考慮以下2個因素：

（1）規(guī)劃五路總體地勢南高北低，其下暗埋管道內(nèi)的雨水，依道路縱坡由南至北排放。在高填方邊坡上布設(shè)雨水管道時，可由北向南進(jìn)行布管，管道走向與道路走向基本呈150°夾角，使管道坡度與道路坡度相反，由此可以減少管道長度，跌水井的布設(shè)范圍也較小，減小了高填方路基邊坡的開挖面積，降低了施工難度，有效解決了過大的雨水落差問題。

（2）充分結(jié)合本項目高填方路基的邊坡形式進(jìn)行設(shè)計。規(guī)劃五路高填方路基邊坡采用臺階式邊坡，形式如下：

第一級邊坡：自土路肩外邊緣以下0～8 m坡率 1∶1.5；

第二級邊坡：8 m～20 m坡率1∶1.75；

第三級邊坡：20 m～30 m坡率1∶2；

第四級邊坡：30 m～40 m坡率1∶2；

第五級邊坡：40 m以下坡率1∶2.25。

在每級邊坡坡腳處設(shè)置2 m寬的填方平臺，平臺上設(shè)置平臺排水溝。暗埋管道及跌水井設(shè)計時，需要結(jié)合邊坡坡率和填方平臺的位置計算邊坡坡面標(biāo)高，并據(jù)此控制管道頂標(biāo)高和跌水井井底標(biāo)高，雨水管道和跌水井的覆土厚度需滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，不切斷填方平臺和平臺排水溝。

3#雨水排出口在高填方邊坡上共設(shè)置20座階梯式混凝土跌水井，每座跌水井跌差2 m；跌水井間的雨水管道長度均為10 m，共19段，每段管道坡度均為1.5%，克服的雨水落差為20×2 m+19×10 m×1.5%=42.85 m。此方案解決了商貿(mào)城園區(qū)雨水克服落差排入柳溝河的問題，見圖1。

圖1 3#雨水排出口高填方路基邊坡平面布設(shè)圖

最后，采用黃土填筑的高填方路基，通常情況下前期沉降量較大，路基穩(wěn)定性較差。如果雨水工程與道路路基同步施工，過大的路基沉降量會造成暗埋雨水系統(tǒng)破壞，引起各種路基病害發(fā)生。因此，設(shè)計建議高填方路基應(yīng)設(shè)置至少2 a的沉降期，沉降期結(jié)束后需對高填方路基進(jìn)行檢測，待路基的安全性與穩(wěn)定性滿足要求后，方可進(jìn)行雨水排水系統(tǒng)的施工。

3 結(jié)語

高填方路基一直是公路或城市道路設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，尤其是城市道路設(shè)計，工程內(nèi)容涵蓋范圍較廣，往往涉及給排水等道路附屬工程。城市道路的高填方路基設(shè)計除了要考慮路基的安全與穩(wěn)定，同時還需對高填方路基內(nèi)部的道路附屬設(shè)施進(jìn)行重點處理，避免道路及其附屬工程相互產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而影響道路的整體服務(wù)水平。

本文重點闡述了城市道路高填方路基邊坡上的雨水系統(tǒng)設(shè)計過程，并對設(shè)計過程中采用的一些方法和經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)研究，這些方法和經(jīng)驗同樣適用于污水工程等其它附屬工程，希望能給以后的城市道路高填方路基附屬工程設(shè)計提供幫助。

U417.3

B

1009-7716（2017）12-0086-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.12.024

2017-01-18

魏朋（1979-），男，陜西咸陽人，高級工程師，從事道路設(shè)計工作。