下凹式綠地雨水調(diào)蓄技術(shù)在城市立交排水中的應(yīng)用

杜建康

(合肥市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,安徽 合肥 230041)

在工程項(xiàng)目中,難免因設(shè)計(jì)、施工、管理等因素造成工程事故,導(dǎo)致工程質(zhì)量不合格,既造成了經(jīng)濟(jì)損失,又會(huì)導(dǎo)致不利的社會(huì)影響。合理地選擇改造方案是降低經(jīng)濟(jì)損失、減少社會(huì)影響的關(guān)鍵。

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,下穿式立交在交通干道上的應(yīng)用越來(lái)越多。立交排水系統(tǒng)作為立交橋的一個(gè)重要組成部分,其能否妥善解決立交的排水問(wèn)題,是確保交通正常運(yùn)行的關(guān)鍵。若下穿式立交排水工程出現(xiàn)工程事故,將對(duì)整個(gè)立交造成嚴(yán)重的影響,嚴(yán)重威脅下穿式立交在雨天的正常通行。

1 工程概況

本工程為中部某城市一快速路下穿式立交排水工程,快速路下穿主干道和高速公路及高速公路匝道,快速路平縱示意圖分別見(jiàn)圖1、2。快速路下穿主干道及高速公路段道路高程較低,雨水無(wú)法自排,須設(shè)置泵站提升排除。

圖1 工程平面示意圖

圖2 快速路縱斷面示意圖

排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為P=5a,原排水方案為設(shè)置兩座提升泵站：快速路(匝道以西段)由西泵站排除,匯水面積約2.7ha,綜合徑流系數(shù)為0.9,設(shè)計(jì)流量約1.0m3/s；快速路(匝道以東段)由東泵站排除,匯水面積約14ha,綜合徑流系數(shù)為0.7,設(shè)計(jì)流量約2.94m3/s。原排水系統(tǒng)圖及各泵站匯水面積見(jiàn)圖3。

圖3 下穿式立交原排水設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖

在下穿式立交施工圖設(shè)計(jì)之前,東泵站及進(jìn)水管道提前建成,泵站總規(guī)模為3.2m3/s,進(jìn)水管道管徑d1800,坡度0.002,泵站及進(jìn)水管道總建造費(fèi)用約800萬(wàn)元。設(shè)計(jì)圖紙中所標(biāo)注的高程均為吳淞高程系,但由于施工時(shí)錯(cuò)按85國(guó)家高程系施工,導(dǎo)致整個(gè)泵站及進(jìn)水管道高程較設(shè)計(jì)高程抬高了約1.9m,建成后的進(jìn)水管道管底高程為14.90m,而服務(wù)范圍內(nèi)的道路最低點(diǎn)為16.15m,經(jīng)推算,在進(jìn)水管道充滿(mǎn)度僅為0.50時(shí),最低點(diǎn)路面即將積水,此時(shí)過(guò)水能力為2.39m3/s,使得匝道東側(cè)局部低點(diǎn)處存在很大的積澇隱患,嚴(yán)重威脅道路運(yùn)行安全。

2 工程事故分析和改造方案的確定

2.1 工程事故分析

原設(shè)計(jì)排水標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期P=5a,即管道在重力滿(mǎn)流時(shí)可排除5年一遇的設(shè)計(jì)雨水。在地面開(kāi)始積水時(shí),排水管道中形成壓力流,管道實(shí)際水力坡度變大,排水能力增強(qiáng),即原設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)能夠保證在遭遇超過(guò)重現(xiàn)期P=5a一定范圍內(nèi)的降雨時(shí)地面不積水。經(jīng)計(jì)算,工程事故造成東泵站排水系統(tǒng)僅能保證遭遇重現(xiàn)期P=2a的降雨時(shí)地面不積水,使得東泵站的實(shí)際排水能力遠(yuǎn)低于原設(shè)計(jì)排水標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 改造方案的確定

由于此處存在較大的積澇風(fēng)險(xiǎn),須采取措施以解決問(wèn)題。經(jīng)過(guò)綜合考慮,提出如下三個(gè)改造方案：①對(duì)已建成的東泵站和進(jìn)水管道進(jìn)行改建,使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；②將該排水系統(tǒng)高速公路以西段的雨水部分分流至西泵站排水系統(tǒng)中,減少東泵站進(jìn)水量,同時(shí)增大西泵站的設(shè)計(jì)規(guī)模；③結(jié)合綠地設(shè)計(jì),將高速公路匝道內(nèi)側(cè)的綠地建造成下凹式綠地,超過(guò)東泵站排水能力的雨水溢流排入下凹式綠地貯存調(diào)蓄,在西泵站完成自身服務(wù)范圍內(nèi)的排水任務(wù)后將調(diào)蓄的雨水經(jīng)管道引至西泵站提升排除。

在以上三個(gè)方案中：方案①：主要工程內(nèi)容包括將已建成的泵站主體結(jié)構(gòu)和d1800進(jìn)水管道降至原設(shè)計(jì)高程,改造費(fèi)用約530萬(wàn)元；方案②：主要工程內(nèi)容包括新建將高速公路西側(cè)雨水分流至西泵站的雨水管道,同時(shí)增大西泵站的設(shè)計(jì)規(guī)模,共增加投資費(fèi)用約370萬(wàn)元；方案③：主要工程內(nèi)容建造下凹式綠地、新建配套的雨水管道和控制閘,共增加投資費(fèi)用約210萬(wàn)元。

從上可知,方案①不僅投資費(fèi)用最大,而且社會(huì)影響惡劣；方案③投資費(fèi)用最小,對(duì)新建工程的影響最小,且利于匝道內(nèi)綠地的生態(tài)景觀(guān)建設(shè)。因此,選擇方案③作為實(shí)施方案。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1.1 設(shè)計(jì)流量

下凹式綠地的雨水不進(jìn)入東泵站,東泵站排水系統(tǒng)的匯水面積減少至10.0ha,綜合徑流系數(shù)為0.85,按重現(xiàn)期P=5a計(jì)算出設(shè)計(jì)流量為2.55m3/s,此流量超過(guò)了東泵站的排水能力,須采取分流措施,將一部分雨水分流至下凹式綠地內(nèi)。為進(jìn)一步提高下立交的排水安全性,按重現(xiàn)期P=20a地面不積水的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),此標(biāo)準(zhǔn)下的設(shè)計(jì)流量為3.31m3/s。

為有效利用東泵站的排水能力,其排水規(guī)模取2.39m3/s。

則分流管道的設(shè)計(jì)流量為：3.31-2.39=0.92m3/s。

3.1.2 調(diào)蓄容積

下凹式綠地所需的調(diào)蓄容積按下式[1]計(jì)算：

式中,V—調(diào)蓄池有效容積,m3；α—脫過(guò)系數(shù),取值為東泵站排水規(guī)模和排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量之比；Q—調(diào)蓄池上游設(shè)計(jì)流量,m3/min,取值為東泵站排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量；b、n—暴雨強(qiáng)度公式參數(shù)；t—降雨歷時(shí),min。

將α=0.72,Q=198.6,b=14,n=0.84,t=14代入計(jì)算,得V=613.7m3

3.2 平面布置

在保證道路排水安全的前提下,盡量利用東泵站的排水能力且避免初期雨水對(duì)下凹式綠地的污染,通過(guò)設(shè)置溢流設(shè)施,將超量雨水排入下凹式綠地。溢流設(shè)施設(shè)置在道路中的兩個(gè)綠化分隔帶內(nèi)。超量雨水經(jīng)溢流堰溢流后,經(jīng)管道排至下凹式綠地。西泵站雨天仍負(fù)責(zé)其自身服務(wù)范圍的排水任務(wù),雨后,下凹式綠地內(nèi)的積水經(jīng)放空管道流至西泵站內(nèi),經(jīng)泵站提升后排至下游雨水系統(tǒng),放空管道采用d1000鋼筋混凝土管,坡度為0.002,過(guò)水能力1.07m3/s,放空管道末端設(shè)置控制閘。平面布置圖見(jiàn)圖4。

圖4 平面布置示意圖

3.3 溢流設(shè)施設(shè)計(jì)

溢流設(shè)施設(shè)置在綠化帶內(nèi),由進(jìn)水管、溢流井、泄流井、出水管道組成,共設(shè)置兩組溢流設(shè)施,北側(cè)的溢流設(shè)施平面圖和剖面圖詳見(jiàn)圖5。進(jìn)水管道和出水管道均采取d800鋼筋混凝土管,坡度為0.005。溢流井的堰頂標(biāo)高為16.05m,堰長(zhǎng)12m,路面開(kāi)始積水時(shí),堰上水頭為0.1m,此時(shí)溢流能力為0.69m3/s。溢流堰共兩座,溢流排水能力為1.38m3/s。

圖5 溢流設(shè)施示意圖

3.4 下凹式綠地設(shè)計(jì)

下凹式綠地總面積約2ha,被匝道分成東西兩處。為保證下穿段的排澇安全,調(diào)蓄的空間留有一定的富余量。本工程中將調(diào)蓄和景觀(guān)功能有機(jī)結(jié)合,建成后的綠地底高13.50m,四周匝道高約24～25m,在保證地面積水的情況下的,最高水位為15.9m,總調(diào)蓄容積約6000m3,足以滿(mǎn)足調(diào)蓄要求。設(shè)計(jì)放空管道起端管底標(biāo)高13.60m,設(shè)計(jì)放空流量為1.07m3/s,設(shè)計(jì)放空時(shí)間約2.5h。東西兩處綠地通過(guò)d1000管道連通,管底高13.60m。

下凹式綠地16.0m以上的部分搭配種植易生長(zhǎng)蔓延的草花類(lèi)灌木,16.0m以下的部分種植耐水性植物(池杉、垂柳等),綠地內(nèi)均鋪滿(mǎn)草皮(狗牙草),各管道的進(jìn)出水口周?chē)蕴趽?、造景[2],以增強(qiáng)景觀(guān)效果。

4 結(jié)論

東泵站的改造工程與整個(gè)快速路下穿工程一并實(shí)施,其中西泵站設(shè)計(jì)規(guī)模為1.2m3/s。目前,該快速路已建成7年多,經(jīng)歷過(guò)多次特大暴雨的考驗(yàn),下穿段均未出現(xiàn)積澇問(wèn)題,下凹式綠地內(nèi)出現(xiàn)的最大水深約1.2m。

針對(duì)立交排水泵站的工程事故,本工程結(jié)合周邊情況,巧妙地通過(guò)建造下凹式綠地進(jìn)行調(diào)蓄,在耗費(fèi)較少改造費(fèi)用情況下,妥善處理了工程事故,解決了下穿段的排水問(wèn)題,降低了工程事故造成的不利影響。本文將此工程事故改造的思路、過(guò)程進(jìn)行了總結(jié),以期為類(lèi)似工程事故的處理以及下穿式立交排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

圖6 建成后的下凹式綠地(暴雨后)