成安渝高速公路成洛互通C匝道排水渠方案比選

(中國水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

1　工程概況

成安渝高速成洛互通C匝道涵洞出口段改造工程——排水渠改造，該排水渠原為東風渠南五支渠一號支渠，由于城市化進程，該支渠上游接東風渠南五支渠段已廢棄，該渠不再具有灌溉功能，通過改造后保留該渠的排洪功能。新建排水渠沿繞城高速公路方向敷設，起點位于成洛互通C匝道涵洞出口，終點止于十陵河。

2　改渠方案比較

成洛互通位于成洛路、繞城高速公路和成安渝高速公路三路交叉口處，地勢南高北低，排水方向為從南往北，最后匯入北側(cè)十陵河中。本次改造的排水渠為成洛互通的排水主渠，主要解決成洛互通及互通周邊范圍的降雨地表匯水。因整個渠道位于成都市500m環(huán)城生態(tài)帶范圍內(nèi)，渠道兩側(cè)居住區(qū)已完成環(huán)城生態(tài)區(qū)拆遷，故在設計和施工過程中，還需注意對周邊環(huán)境做保護。

2.1　原施工圖文件改渠線位(方案一)

原施工圖設計文件完成時間為2010年10月左右，設計線位在出成洛互通C匝道涵洞后采用明渠的方式朝北前行，于渠道里程K0+550m左右接入地方排洪溝渠，并未對接入后的溝渠做改建。

因成安渝項目自身原因，項目在2014年后基本處于停滯狀態(tài)，于2016年8月重新啟動。該項目停滯期間，渠道范圍內(nèi)的地形地貌發(fā)生了較大的變化，原起點至K0+500m段由于外來棄方，地面線較2010年抬高較多，若仍采用明渠方案，則水渠需在既有地面線標高基礎上下挖8m左右。成洛互通區(qū)內(nèi)上部地表分布有“成都粘土”，由于土中蒙脫石含量較高，土體多具弱～中等膨脹性。因此若開挖8m左右，改渠邊坡需放緩至1∶2左右，改渠地表開挖開口達到約30m寬，土方開挖量巨大，占用土地面積大，不利于環(huán)保，不利于將來成都市環(huán)保生態(tài)區(qū)的打造。同時該改渠線位兩次跨越運營中的燃氣管線成德線，協(xié)調(diào)難度大，工程造價高。

2.2　平行于成德線改渠線位(方案二)

通過現(xiàn)場實地調(diào)查、踏勘，燃氣管成德線走向由南向北，同時在成德線以西約100m處新發(fā)現(xiàn)一條在建燃氣管，燃氣管走向由南向北，平行于繞城高速公路。

為避免改渠與既有及新建燃氣管發(fā)生交叉，設計中采用在出成洛互通C匝道涵洞后采用暗渠的方式朝北前行，暗渠位于既有及新建燃氣管間。

該方案能避開燃氣管的影響，采用暗涵能解決成洛路排水問題，但該方案在改渠里程K0+500m以后蓋板涵涵頂高程就將高過地面，景觀上較差，若將K0+500m以后改為新建渠道，將與既有路側(cè)原溝渠平行，兩溝渠間間距約為80m，將既有的一個整體地塊劃分得比較零碎，對將來打造環(huán)城生態(tài)區(qū)不利，同時新建溝渠需新增用地，開挖土方、基礎處理等費用也較多，造價較高。

2.3　綜合優(yōu)化后推薦方案(方案三)

在方案一和方案二的基礎上，綜合優(yōu)化后形成了改溝渠前段平行于成德線設置，后段利用原改渠線位的推薦方案。前段為避免改渠與既有及新建燃氣管發(fā)生交叉，設計中采用在出成洛互通C匝道涵洞后采用暗渠的方式朝北前行，暗渠位于既有及新建燃氣管間，于改渠里程K0+550m左右下穿新建的燃氣管接既有路側(cè)原溝渠。由于原溝渠於堵、部分垮塌，故后段改渠與原溝渠共線，在不破壞原溝渠排水系統(tǒng)的條件下對原溝渠進行改擴建。因下穿新建燃氣管的原因，改建水渠分前段后段設置不同排水縱坡，前段暗涵采用-0.80%，縱坡較大，流速較快，避免涵內(nèi)於堵；后段明渠采用-0.12%，確保與十陵河的水頭差，過水斷面較大，流速較緩，滿足排水要求，減少沖刷。

該方案能避開既有燃氣管，降低對在建燃氣管的影響，采用暗涵能解決成洛路排水問題，減少挖方，對暗涵上方土地利用無較大影響；暗涵接明渠后，因明渠與既有渠共線，能最大限度地減少新增用地規(guī)模，減少土方開挖、外運，能有效地保護環(huán)境；同時明渠與既有渠共線，不改變既有的地塊劃分，對將來環(huán)城生態(tài)區(qū)的打造影響較小。綜合比選，造價最省。

綜上所述，根據(jù)現(xiàn)場實地考察，結(jié)合經(jīng)濟施工合理性最終決定采用方案三。

3　改渠方案設計

3.1　改渠平縱設計

成洛互通C匝道涵洞出口排水渠設計起點坐標X=3392798.134、Y=471867.092；成洛互通C匝道涵洞出口排水渠設計終點坐標X=3393678.087、Y=471906.702；成洛互通C匝道涵洞出口排水渠改造總長953.1m?？v斷面設計根據(jù)下游渠道實測標高、上游涵洞出口排水標高及天然氣管道標高綜合確定。起點設計高程486.431m，終點設計高程484.20，全線縱坡暗板涵-0.80%，明渠-0.12%。

改造后渠道接入十陵河，接入處十陵河河床實測高程為483.85m，十陵河河堤(土質(zhì))堤頂實測高程為484.944m。改造后的渠頂高程高于十陵河河堤高程。

3.2　改渠水文、水力計算

參照《成都市中心城區(qū)水生態(tài)環(huán)境保護與修復規(guī)劃》：“按照《成都市城市總體規(guī)劃》和《成都市城市防洪規(guī)劃》，成都市城市防洪采用按水系分區(qū)防護的原則，府河、清水河、沙河三條較大河道防洪標準為200年一遇，摸底河、江安河為100年一遇，其它城市中小河道防洪標準為50年一遇”。因此，成洛互通C匝道涵洞出口排水渠防洪標準按50年一遇考慮。

根據(jù)《城市防洪工程設計規(guī)范》，50年一遇的防洪工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級，次要建筑物等級為3級。

3.2.1水文計算(雨水設計流量計算)

雨水設計流量采用下式計算：

Q=qψF(L/s)

式中：q——降雨強度，按照成都市水務局2015年5月21日發(fā)布的公告，采用新的成都市暴雨強度公式計算：

ψ——綜合徑流系數(shù)，ψ=0.24。根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》(GB50014-2006)中3.2.2規(guī)定，給排水設計中雨水設計徑流系數(shù)取值加權平均得到，瀝青路面取0.9，公園綠地取0.15；

F——匯水面積，取84hm2。

根據(jù)上述參數(shù)，計算得Q=qψF=397.1×0.24×84=8005.54L/s=8m3/s。

3.2.2水力計算

天然河道中的水流一般為漸變非均勻流，動水壓強分布可近似地看成與靜水壓力分布相同，在河道坡降較小時，水面高程就等于代表位置水頭和壓力水頭之和的測壓管水頭，這時水流的能量方程可以寫為如下形式：

式中：Z——水面高程；

α——動能修正系數(shù)；

V——斷面平均流速；

g——重力加速度；

he——斷面間的能量損失；下標1，2分別代表下游斷面和上游斷面。

兩斷面間能量損失he包括摩阻損失和斷面放大或收縮能量損失。能量損失可寫為下式：

式中：L——斷面間距；

Sf——摩阻坡度；

C——斷面放大或收縮能量損失系數(shù)。

兩斷面間摩阻坡度Sf可用上下游兩斷面摩阻坡度的幾何平均值來計算：

某斷面摩阻坡度可用曼寧公式計算：

式中：n——曼寧系數(shù)；

R——斷面水力半徑。

該段河道50年一遇的洪水計算成果見下表1。由于下游生態(tài)復式斷面阻水，本次設計河道末端按3m高梯形河堤斷面設計，除尾端約300m范圍主槽高程略低于洪水位以外，基本可滿足行洪要求。

表1成洛互通C匝道排水渠50年一遇的水力計算成果

圖1　排水渠暗板涵剖面(1∶100)

圖2　排水渠明渠剖面(1∶100)

3.3　改渠工程措施

(1)排水渠暗板涵基礎均采用C25混凝土澆筑，涵臺采用C30混凝土，蓋板采用C35混凝土；排水渠明渠基礎及側(cè)(邊)墻均采用C35混凝土，明渠靠道路側(cè)設置波形護欄；

(2)挖方邊坡暗板涵采用1∶2、明渠采用1∶1的開挖坡率；

(3)排水渠每隔4m～6m設置一道沉降縫，沉降縫貫穿整個斷面，縫寬2cm，縫內(nèi)填充瀝青杉板，沉降縫設防水油毛氈并涂刷熱瀝青防水層。

4　存在問題及建議

(1)本次設計遵循路基排洪標準將改渠工程防洪頻率確定為50年一遇。本段改渠在成洛路地下管網(wǎng)改造完成前，渠道排洪能力滿足50年一遇暴雨流量，但富裕度較低，在暗涵與明渠交界位置會局部雍水，雍水對排洪存在一定的影響，遠期地下管網(wǎng)改造完成后，通過上游匯區(qū)分流，能有效降低排洪流量，排洪渠滿足排洪要求。鑒于此，請龍泉驛區(qū)政府盡快開展成洛路地下管網(wǎng)的改造工作；

(2)本次設計以改渠設計終點為控制位置，計算其上游匯水區(qū)域的暴雨徑流洪峰流量，考慮改渠工程將成為城市重要的景觀休閑區(qū)域，而整齊劃一的改渠斷面景觀性更強，故沒有沿改渠分段計算各設計流量，采用統(tǒng)一斷面尺寸。為確保渠道的景觀性，渠道按不出露地面設計；

(3)本排洪渠終點位置為十陵河，通過十陵河規(guī)劃流量，推算出十陵河50年一遇排洪水位略高于排洪渠出口附近排洪水位，十陵河對排洪渠頂托影響范圍約為排洪渠出口附近120m左右。