廣州市某公路市政化改造中排水工程設(shè)計與研究

張昶凱，張雨飛

（1、廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司 廣州510060；2、廣州市交通設(shè)計研究院有限公司 廣州510060）

隨著我國城市化進程有序推進，一些城市公路亟需市政化改造，提供與城市需求相匹配的市政配套服務(wù)［1］。同時，市政排水系統(tǒng)作為重要的配套設(shè)施，與城市的建筑物布置和排水管道布置密切相關(guān)［2］，更須因地制宜制定改造方案。

1 項目概況

廣州市花都區(qū)某公路市政化改造工程位于廣州市花都區(qū)花東鎮(zhèn)，路線總體為東西走向，起點與機場高速北延線花山立交相交，之后路線沿花都大道向東，經(jīng)花東鎮(zhèn)城區(qū)，終點為機場第二高速公路花東立交，路線全長約6.23 km，道路寬度60 m，雙向十車道，主線設(shè)計速度80 km∕h，輔道設(shè)計速度40 km∕h，如圖1 所示。全線包含機場北進場路立交跨線橋1 座（1.49 km）、永星路立交跨線橋1座（0.77 km）、花東立交1座、人行過街天橋6處及中小橋5座。

2 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

圖1 項目總體平面Fig.1 Overall Site Plan of the Project

本項目現(xiàn)狀雨水系統(tǒng)是典型的公路排水形式，即在道路兩側(cè)設(shè)置公路邊溝，將路基范圍積水引至河涌或路基范圍以外的指定地點，從而減少地表水對路基和路面的侵蝕以及對行車安全的不利。隨著城市發(fā)展，部分路段已形成墟鎮(zhèn)，道路邊溝大部分被附近居民自行暗渠化。墟鎮(zhèn)路段的排水暗渠為簡易漿砌片石結(jié)構(gòu)，斷面尺寸b×h 從1.2 m×1.2 m～2.3 m×1.2 m 不等。非墟鎮(zhèn)路段大部分為填方路段，道路兩側(cè)邊溝為漿砌片石結(jié)構(gòu)，斷面尺寸b×h從0.6 m×0.6 m～2 m×1 m不等。

根據(jù)《廣州市花都區(qū)污水處理系統(tǒng)總體規(guī)劃》（2008～2020）和《廣州市花都區(qū)污水處理系統(tǒng)詳細規(guī)劃》（2013～2020），本項目現(xiàn)狀污水管道屬于花東污水處理系統(tǒng)，為后期建設(shè)，管道運行正常。除約1 km 路段無污水管外，其余路段均有污水主管，管徑為D600～D1 000，埋深1.5～7.3 m。現(xiàn)狀污水管主要埋于北側(cè)（單側(cè)）行車道下，內(nèi)、外側(cè)車道均有分布。

現(xiàn)狀排水系統(tǒng)存在以下幾點問題：

⑴現(xiàn)狀道路邊溝和簡易排水暗渠存在排水性能差、建設(shè)標準低和維修養(yǎng)護難等問題，此外，道路擴建后兩側(cè)現(xiàn)狀邊溝和暗渠將位于行車道下，結(jié)構(gòu)單薄的渠體難以滿足行車荷載要求。

⑵該公路兩側(cè)呈北高南低態(tài)勢，雨水一般是經(jīng)現(xiàn)狀過路排水涵洞自北向南排放，但隨著南側(cè)地塊開發(fā)，一些天然溝渠也被人為收窄、改道、甚至封堵，導(dǎo)致北側(cè)地塊的水浸問題頻現(xiàn)。如三鳳村路段（碧桂園—機場北進場路段，道路里程范圍為K0+425-K1+945）以北地塊，每逢雨季均出現(xiàn)不同程度的內(nèi)澇（“水浸街”）情況，小雨小浸，大雨大浸。2017 年5 月7 日，廣州市發(fā)生特大暴雨，該片區(qū)曾出現(xiàn)大面積的內(nèi)澇。

⑶現(xiàn)狀雨水系統(tǒng)中部分排水通道不滿足遠期排水需求，或排水收納水體為灌溉渠。如K2+257 處的逕口涌（渠），具備一定的排澇功能，但其下游去向曲折，最終被收窄成現(xiàn)狀D1 350排水管道，同時根據(jù)《廣州市花都區(qū)水系規(guī)劃》和相關(guān)地塊控規(guī)文件，該涌（渠）不是規(guī)劃河涌，遠期將被填埋；再如K5+640 處的灌溉渠道（寬約13 m，深約3.7～4.0 m，梯形斷面），是現(xiàn)狀道路邊溝和兩側(cè)地塊的排水受納水體，但是經(jīng)向水務(wù)、農(nóng)林主管部門了解，該渠為一條仍在使用，且具有灌溉功能的干渠（水質(zhì)為Ⅲ類水），為白云機場周邊花都區(qū)和白云區(qū)提供農(nóng)業(yè)灌溉用水，不得作為排水收納水體。

⑷該公路為S118線，路寬約22.5 m，道路擴寬至60 m 后，單側(cè)布管不滿足《室外排水設(shè)計規(guī)范（2016版）：GB 50014-2006》［3］中“道路紅線寬度超過40 m 的城鎮(zhèn)干道，宜在道路兩側(cè)布置排水管道”的要求。另外，為優(yōu)化道路通行能力，需在部分路段設(shè)置跨線橋，新建構(gòu)筑物會對現(xiàn)狀污水管造成影響。

⑸經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀排水系統(tǒng)存在雨污水管混接情況。一些生活污水未經(jīng)處理直接排到道路邊溝或排水暗渠中，也有部分雨水口連接管錯接現(xiàn)狀污水管。

3 排水工程總體設(shè)計

3.1 排水體制

本項目排水體制采用雨污分流制。

3.2 設(shè)計標準和參數(shù)

3.2.1 雨水系統(tǒng)

⑴雨水量計算公式

根據(jù)文獻［3］，規(guī)劃雨水量按目前我國普遍采用的公式計算，即：

Q=qψ F

式中：Q 為 雨水設(shè)計流量（L∕s）；q 為設(shè)計暴雨強度（L∕s·ha）；ψ 為徑流系數(shù)；F為匯水面積（ha）。

其中，設(shè)計暴雨強度根據(jù)設(shè)計重現(xiàn)期P 和設(shè)計降雨歷時t確定。

⑵設(shè)計重現(xiàn)期

根據(jù)《廣州市排水管理辦法實施細則》（穗水［2013］10 號，以下簡稱“細則”）和文獻［3］的規(guī)定，新建項目、新建區(qū)域和成片改造區(qū)域設(shè)計重現(xiàn)期一般不小于5a，重要地區(qū)（含立交橋）重現(xiàn)期不小于10年。

因此，本工程常規(guī)路段的重現(xiàn)期統(tǒng)一采用P＝5a，而對于現(xiàn)狀存在內(nèi)澇（“水浸街”）問題的區(qū)域地塊，重現(xiàn)期采用P＝50a。

⑶降雨歷時

降雨歷時t按以下公式計算：

t=t1+t2

式中：t 為降雨歷時（min）；t1為地面集水時間（min）；t2為管道內(nèi)雨水流行時間（min）。

按文獻［3］，地面集水時間t1一般采用5～15 min。本項目地面集水時間取t2=10 min。

⑷設(shè)計暴雨強度

按照以上設(shè)定參數(shù)，本工程采用廣州市花都區(qū)單一重現(xiàn)期暴雨強度公式：

當P＝5a時：

當P＝50a時：

設(shè)計暴雨強度q 值均采用《廣州市花都區(qū)暴雨公式及計算圖表》數(shù)值。

⑸徑流系數(shù)

根據(jù)文獻［3］，徑流系數(shù)ψ 按市區(qū)標準采用0.5～0.8，而根據(jù)規(guī)范條文說明提供的地方性數(shù)值，廣州地區(qū)采用0.5～0.9。由于規(guī)劃范圍內(nèi)，建設(shè)用地絕大部分為物流倉儲用地，小部分為商業(yè)用地和二類居住用地，其地表種類主要以碎石、塊石、混凝土和瀝青鋪面，徑流系數(shù)取值范圍在0.6～0.9 之間。根據(jù)上述情況綜合考慮，本工程規(guī)劃建設(shè)用地徑流系數(shù)ψ 值綜合取0.65。

⑹設(shè)計充滿度、設(shè)計流速及最小管徑

雨水管道按滿流設(shè)計。管道最小流速為0.75 m∕s，管內(nèi)最大流速不超過5 m∕s。根據(jù)《細則》，雨水管最小管徑為500 mm（雨水口連接管為300 mm）。本項目位于低地坪高潮位地區(qū)，為盡可能降低水位雍高對雨水管的不利影響，故采用小坡降、低流速、大管徑雨水系統(tǒng)［4］，同時保證雨水排水口底高程高于河道底高程0.5 m以上［5］。

3.2.2 污水系統(tǒng)

⑴污水計算方法

本項目采用單位建設(shè)用地法預(yù)測污水量，計算公式如下：

平均日平均時污水量=（最高日用水量×污水排放系數(shù)∕日變化系數(shù)）×1.1。

綜合污水排放系數(shù)取0.85，日變化系數(shù)1.30，地下水滲入量按0.10考慮。

⑵設(shè)計充滿度、設(shè)計流速及最小管徑

污水管道按非滿流設(shè)計。管道最小流速為0.6 m∕s，管內(nèi)最大流速不超過5 m∕s。根據(jù)《細則》，污水主管最小管徑為500 mm，針對雨污分流制排水工程，新建污水管道應(yīng)采用3倍的旱流污水量復(fù)核管道過流能力。

3.3 雨水管道設(shè)計

⑴本次設(shè)計對現(xiàn)狀路邊溝和簡易排水暗渠均不再保留，配合道路擴寬方案，新建道路雨水管渠系統(tǒng)，以滿足道路和周邊地塊雨水排放需要。新建跨線橋的雨水由橋面雨水口收集，經(jīng)獨立豎管接至橋下落水井進行消能處理后，排防至新建雨水管渠系統(tǒng)。

⑵新建雨水系統(tǒng)收集的雨水就近排放至安全可靠的雨水通道和受納水體：K0+425 處的天和涌、K1+400 處的花安東路擴容改造的雨水渠箱系統(tǒng)、K2+770處的大沙河（高溪河）和K6+100處的老山水河。

⑶新建雨水系統(tǒng)與過路管（涵）和K2+257 處的徑口涌進行連通處理；新建雨水箱涵與K5+640 灌溉渠道立體交叉、互不連通，采用倒虹吸方式穿越灌溉渠，但考慮到倒虹吸水力條件差，建議遠期對該段雨水系統(tǒng)進行重力流改造。

⑷“水浸街”成因分析及整治措施：

①成因分析：現(xiàn)狀三鳳村路段（碧桂園-機場北進場路，道路里程K0+425～K1+945）以北地塊的雨水，經(jīng)既有過路排水涵洞自北向南排至下游排水溝渠，隨著地塊的開發(fā)建設(shè)，道路以南的下游天然排水溝渠已被人為收窄、改道或填埋，過流能力嚴重削弱?，F(xiàn)狀花安東路雨水渠箱系統(tǒng)（設(shè)計流量約為10 971 L∕s）是當前機場北進場路以西、天和涌以東、花都大道以北、九湖村等村莊以南地塊（匯水面積約89 公頃，設(shè)計流量約為29 000 L∕s）的主要排水通道，目前該現(xiàn)狀管渠系統(tǒng)已難以滿足排水需求。暴雨期間，該路段路面雨水和過路排水涵洞的雨水不能及時排放，從而形成片區(qū)排水不暢，出現(xiàn)內(nèi)澇。

②整治措施：一是提高內(nèi)澇處雨水系統(tǒng)建設(shè)標準，對于三鳳村段以北“水浸街”嚴重區(qū)域采用高標準的重現(xiàn)期（50年）；二是協(xié)調(diào)水務(wù)部門對下游雨水箱涵進行改造，經(jīng)協(xié)調(diào)，由花都區(qū)水務(wù)部門對三鳳村路段以南的花安東路雨水箱涵系統(tǒng)進行擴容改造。

雨水管道總平面及水力計算如圖2、表1所示。

3.4 污水管道設(shè)計

⑴保留道路北側(cè)現(xiàn)狀D600～D1 000 污水主管，在南側(cè)新建D500～D600 污水管。對于無現(xiàn)狀污水管的路段，則在道路兩側(cè)按需新建污水管道，由西往東接入定溪路現(xiàn)狀D800 污水主管。另外，對沿線排水預(yù)埋管進行梳理，確保無錯接或漏接，同時在雨水排出口末端進行截污處理。

⑵由于橋梁引道大大增加現(xiàn)狀污水管道的覆土，為了確?，F(xiàn)狀污水管安全運行，對引道范圍內(nèi)的污水管進行遷改。另外，為避免重復(fù)建設(shè)，對新建橋梁下的現(xiàn)狀污水管進行全線保留，施工期間采取保護措施確保管線安全。

污水管道總平面及水力計算如圖3、表2所示。

表1 雨水管道水力計算Tab.1 Hydraulic Calculation Result of Rainwater Pipeline

圖2 雨水管道總平面Fig.2 Overall Site Plan of Rainwater Pipeline

3.5 管線綜合設(shè)計

經(jīng)物探后可知，本項目沿線管線規(guī)格較大、種類較多，主要有排水邊溝（渠）（b×h=0.6 m×0.6 m～2.3 m×1.2 m）、污 水 管（D600～D1000）、給 水 管（DN100～DN1200）、軍用和民用通信（31～43孔）、廣州白云國際機場電力專線（1～2回110 kV）、電力管（1～8 線10 kV）、燃 氣 管（DN400）等。經(jīng)與機場方面協(xié)調(diào)，機場電力專線暫不具備遷改條件，需對此管線就地保護，新建電力管溝已按遠期機場電力專線入溝考慮；由于DN1000和DN1200 給水主干管供水范圍廣、遷移成本高，經(jīng)與自來水公司協(xié)調(diào)，對此給水主干管原則上不予遷改；現(xiàn)狀污水管道為近期建設(shè)，目前運行正常，除新建橋梁引道范圍內(nèi)的污水管進行遷改外，對絕大部分現(xiàn)狀污水管道予以保留。

道路改造工程的設(shè)計應(yīng)側(cè)重現(xiàn)況分析和基礎(chǔ)調(diào)研［6］，鑒于地下市政管線種類繁多且多單位各自管理［7］，設(shè)計前需對既有管線情況進行調(diào)查，并與各管線的權(quán)屬單位積極對接。管線綜合設(shè)計中各管線凈距應(yīng)滿足文獻［8］要求，并征得各管線權(quán)屬單位意見，報規(guī)劃部門審查后方可實施。另外，為確保行人和車輛安全，井蓋設(shè)施需嚴格執(zhí)行文獻［9］相關(guān)標準。

4 結(jié)語

表2 污水管道水力計算Tab.2 Hydraulic Calculation Result of Sewage Pipeline

在公路市政化改造設(shè)計中，不僅要對現(xiàn)狀排水系統(tǒng)進行詳細分析，還要平衡好新建管渠與現(xiàn)狀管線、既有建筑和新建構(gòu)筑物的關(guān)系。此外，設(shè)計方案應(yīng)嚴格執(zhí)行地方標準和技術(shù)規(guī)范，廣泛聽取有關(guān)部門、專家和社會公眾的意見［10］。因此，在新時代的高標準建設(shè)背景下，排水工程更應(yīng)切合實際，改善城市水環(huán)境，提高居民幸福感。