平原地區(qū)特大型橋梁橋面徑流收集處理設(shè)計(jì)

王磊　仝凱　徐鳳娟　胡婕

摘 要：常熟至嘉興高速公路沿線跨越澄湖、白蜆湖、三白蕩、太浦河等敏感水體，針對跨越上述水體的特大型橋梁橋面徑流污染控制，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了雨水管+水渠的雙管方式收集初期雨水，并設(shè)置沉淀隔油池對初期橋面徑流進(jìn)行處理。

關(guān)鍵詞：平原地區(qū)；高速公路；特大型橋梁；橋面徑流；收集處理

中圖分類號：U443 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）36-0083-03

1 設(shè)計(jì)背景

由初期雨水形成的公路徑流污染負(fù)荷高且難以控制，主要含有油類、重金屬、懸浮顆粒物等特征污染物。當(dāng)路線靠近水源保護(hù)地、清水通道等具有較高功能等級的地表水體，公路徑流的直接排放會對受納水體造成污染破壞；同時(shí)敏感水域路段一旦發(fā)生危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故，危險(xiǎn)泄漏物可能直接排入水域，嚴(yán)重破壞水生生態(tài)環(huán)境，甚至導(dǎo)致城市供水中斷、大規(guī)模人群疏散等社會性突發(fā)事件。

隨著近年來省內(nèi)交通工程建設(shè)的飛速發(fā)展，公路建設(shè)及運(yùn)營對敏感地表水域的影響受到社會各界的廣泛關(guān)注。2007年交通部與原國家環(huán)保局184號文件《關(guān)于加強(qiáng)公路規(guī)劃和建設(shè)環(huán)境影響評價(jià)工作的通知》中明確規(guī)定：“對跨越飲用水源二級保護(hù)區(qū)、準(zhǔn)保護(hù)區(qū)和二類以上水體的公路建設(shè)項(xiàng)目，在確保安全和技術(shù)可行的前提下，對初期雨水形成的公路徑流進(jìn)行收集處理，防范危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”。

2 工程概況

常嘉高速公路路線起自蘇昆太和蘇滬高速公路交叉設(shè)置的 直樞紐，在搖籃圩附近止于蘇浙省界。路線長度約28.452公里。全線采用平原微丘區(qū)雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度120km/h，設(shè)計(jì)汽車荷載等級采用公路-I級，路基寬度34.5m。

公路沿線地區(qū)水系發(fā)達(dá)，途經(jīng)澄湖、白蜆湖、三白蕩、太浦河等眾多敏感地表水體。水面以上橋梁長度約8.9km，占路線總長約30%。水體功能區(qū)劃等級高，環(huán)保要求嚴(yán)格。

其中，澄湖、白蜆湖和三白蕩等3個(gè)列入江蘇省湖泊保護(hù)名錄的淺水湖泊，太浦河做為上海市、浙江嘉善市重要水源地，水質(zhì)要求高。

項(xiàng)目跨敏感水域特大型橋梁徑流收集系統(tǒng)，存在匯水面積廣、雨水輸送量大、管道布置限制條件多等設(shè)計(jì)難點(diǎn)，常規(guī)設(shè)計(jì)難以兼顧環(huán)境保護(hù)、排水迅速、外形美觀、行車安全、管理方便、經(jīng)濟(jì)合理等多重指標(biāo)要求，本項(xiàng)目創(chuàng)新性采用了雨水管+水渠的雙管收集方案來實(shí)現(xiàn)雨水輸送量大，管道布置難度大，橋梁景觀要求高等諸多功能要求。

3 總體原則

（1）確保橋梁范圍內(nèi)降水產(chǎn)生的橋面徑流能夠及時(shí)通暢

的排走，保證橋面不積水。

（2）對橋面初期雨水進(jìn)行收集處理，并保證一定的危險(xiǎn)事故廢水收集儲存能力。

（3）收集處理前期初期雨水（污染物濃度較大），排放后期干凈雨水。

（4）減少管道和水渠對橋梁外立面景觀影響，最大程度保證橋梁景觀效果。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 收集范圍

根據(jù)地形分布及橋梁結(jié)構(gòu)，收集范圍及長度如下：

澄湖特大橋：全橋收集，總長度為3630m。

白蜆湖特大橋：全橋收集，收集長度為2732m。

三白蕩特大橋：兩側(cè)大堤范圍內(nèi)收集，總收集長度1120m。

太浦河特大橋：兩側(cè)大堤范圍內(nèi)收集，總收集長度1292m。

4.2 水力計(jì)算

橋面徑流收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要確定設(shè)計(jì)流量Q，它決定了系統(tǒng)的規(guī)模和收集能力。Q應(yīng)按下列公式計(jì)算：

（式1）

式中：Q-設(shè)計(jì)流量（L/s）；q-設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（L/（s·hm2））；Ψ-徑流系數(shù)，取0.9；F-匯水面積（hm2）。

本項(xiàng)目位于蘇州地區(qū)，根據(jù)蘇州地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式：

式中：Q-設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（L/（s·hm2））；P-設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期（a）；t-設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)（min）。

設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)t可依據(jù)下式確定：

t=t1+mt2 （式3）

式中：t-設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)（min）；t1-地面集水時(shí)間（min）；t2-管渠內(nèi)流行時(shí)間（min）；m-延緩系數(shù)，暗管m=1。

其中，t1可按下式計(jì)算確定：

（式4）

式中：t1-坡面匯流歷時(shí)（min）；Ls-坡面流的長度（m）；is-坡面流的坡度；m1-地表粗糙系數(shù)，瀝青路面、水泥混凝土路面m1=0.013。

根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/TD33-2012）規(guī)定，國內(nèi)高速公路排水設(shè)計(jì)的降雨重現(xiàn)期P=5年，太浦河水質(zhì)要求較高，按暴雨重現(xiàn)期P=100年進(jìn)行計(jì)算，其他參數(shù)的取值參見設(shè)計(jì)規(guī)范。

根據(jù)各橋梁的水力學(xué)計(jì)算結(jié)論，如在橋梁翼緣板下懸掛單根雨水管，所需管徑達(dá)到DN400和DN500，太浦河要求懸掛DN600雨水管，所需管徑非常大，市場上難以買到且管道安裝難度大，管道支架要求高，對橋梁結(jié)構(gòu)影響較大。

4.3 徑流收集方案

對國內(nèi)現(xiàn)有特大型橋梁收集方案進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，并考慮后期維護(hù)方便，進(jìn)行多方案比選后，綜合特大橋梁雨水輸送量大，管道布置難度大，橋梁景觀要求高等要求，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)采用懸掛雨水管+雨水渠的雙管收集方案。

其中一根設(shè)置在翼緣板下，另外一根設(shè)置在外側(cè)兩個(gè)箱梁之間，均采用懸掛支架固定。在兩跨連接處，用橫管互通兩根雨水管道。外側(cè)雨水管可采用常規(guī)DN250及以下管徑的管道，減輕自重。內(nèi)側(cè)雨水管可根據(jù)各橋梁水力計(jì)算確定。掛管收集方式詳見圖1所示。

雨水管+水渠收集方案既可滿足雨水收集的水力學(xué)計(jì)算要求，同時(shí)，外側(cè)管徑控制在DN315以內(nèi)，吊桿支架固定，施工難度、景觀、對橋梁主體結(jié)構(gòu)影響等均較小。內(nèi)側(cè)水渠置于橋梁箱體之間，距粱體頂部預(yù)留一定空間，因水渠為開放式，便于后期清洗和維護(hù)。各特大橋橋面徑流收集方式匯總詳見表2所示。

4.4 徑流處理方案

橋面徑流收集后進(jìn)入橋下兩側(cè)設(shè)置的橋面徑流收集處理設(shè)施。處理設(shè)施的設(shè)計(jì)，綜合考慮了隔油與沉淀，另一方面，對于危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸事故造成的消防污水，該裝置可起到收集、暫時(shí)儲存的作用，為贏得救援時(shí)間、減輕?；愤\(yùn)輸事故造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供有力保障。各特大橋處理水池及容積匯總詳見表3所示。

為了方便管理和維護(hù)，池型采用平流式結(jié)構(gòu)，為了在平流式池型中創(chuàng)造良好穩(wěn)定的流態(tài)，在細(xì)化進(jìn)出口堰的基礎(chǔ)上，增加了布水墻；通過隔油設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了隔油沉淀一體化，高程布置滿足重力排放，兼顧排放去向選擇，沉淀隔油池結(jié)構(gòu)示意圖詳見圖2所示。

5 結(jié)束語

常嘉高速公路對跨敏感水域的橋梁進(jìn)行了橋面徑流收集，避免橋梁徑流直接排入敏感水域，污染水體。創(chuàng)新性提出對跨澄湖等特大型橋梁采取了雨水管+水渠的雙管收集方案，既可滿足雨水收集的水力學(xué)計(jì)算要求，又能解決管道布置難度大，橋梁景觀要求高，對橋梁主體結(jié)構(gòu)影響小等諸多問題。沉淀隔油池的設(shè)計(jì)滿足對橋面徑流的隔油與沉淀作用，并能兼顧危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸事故廢水的收集、暫時(shí)儲存作用，可有效減輕?；愤\(yùn)輸事故造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

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