天津市快速路排水工程設計要點分析

黃 俊，史如萃，喬建剛

（天津市政工程設計研究總院有限公司，天津市300392）

0 引 言

快速路系統(tǒng)是城市立體交通網(wǎng)絡的重要組成部分，道路排水設施的正常運行對保證快速路系統(tǒng)的通暢順達至關重要。天津外環(huán)線東北部調(diào)線工程路線全長約27.24 km，設計速度：80 km/h，全線路段均采用雙向八車道快速路標準，標準段規(guī)劃紅線50 m。起點位于現(xiàn)狀外環(huán)線津漢立交，向北依次跨越京津塘高速、北環(huán)鐵路、規(guī)劃金鐘路、現(xiàn)狀津蘆公路、新開河，與志成道延長線相交后，跨越永金引河、豐產(chǎn)河后上跨津薊高速公路、津榆公路，并再次跨越永金引河后向西與規(guī)劃津圍快速相交，然后繼續(xù)向西，跨過京津塘高速，在鐵東路接至現(xiàn)狀外環(huán)線。外環(huán)線東北部調(diào)線工程作為天津外環(huán)線向東北部的延伸，對天津外環(huán)線的功能起到有力的補充及加強，所形成的新快速外環(huán)是天津規(guī)劃的“二環(huán)十四射”快速骨架路網(wǎng)中至關重要的一環(huán)[1]。

為保證快速路的行車安全，避免道路積水，合理的排水工程設計尤為重要，本文以外環(huán)線東北部調(diào)線工程為例，從排水系統(tǒng)劃分、雨水系統(tǒng)設計標準、重要節(jié)點設計等方面分析天津市快速路排水設計要點。

1 工程概況

外環(huán)線東北部調(diào)線工程路線全長約27.24 km，其中工程修筑范圍K0+000 至K20+275 為第一設計標段，道路主線全長約21 km，排水工程包括雨水管道工程和雨水泵站工程，雨水管道全長約49.6 km，共設置5 座雨水泵站。

快速路排水主要考慮排除道路路面和兩側綠化暴雨徑流，雨水管道系統(tǒng)沿道路呈線性分布，由于本工程周邊地塊尚未開發(fā)，不考慮周邊地塊雨水收集，雨水排放自成系統(tǒng)。

2 排水系統(tǒng)劃分

快速路排水系統(tǒng)沿道路呈線性分布，沿線往往與多條河流交叉。雨水系統(tǒng)劃分主要根據(jù)排放水體進行合理分割。排放水體的確定是十分重要的，它關系到排水系統(tǒng)建成后使用效果和排水保證程度。

天津市河道水系縱橫交錯，本工程路段涉及5 條河道，其中Ⅰ級河道2 條，分別是新開河、永金引河。Ⅱ級河道3 條，分別是外環(huán)河、北塘排污河、西減河。沿途還有眾多中小河道和灌溉渠道。考慮雨水排放出路必須可靠，排放水體應為Ⅱ級河道及以上，并保證其過流能力能滿足接納要求。

排水設計應按照充分利用地形，盡量考慮雨水就近自流入河；不能自流入河的雨水應通過雨水泵站提升強排入河。天津作為沿海城市，地處華北平原，整體地勢較低，暴雨時容易出現(xiàn)河道水位上漲外溢現(xiàn)象，因此，泵站強排是天津市雨水排放的主要形式。

本工程根據(jù)道路主線與河道交叉情況，共劃分為7 個雨水系統(tǒng)。天津市雨水管道埋深不宜超過7 m[2]；當河道高水位標高與道路沿線最不利低點標高扣除管道水力損失相差不足1.0 m，應采取泵站強排的雨水排放形式。考慮管道埋深、河道水位及防洪等級等情況，本工程與Ⅱ級河道交叉的雨水管道采用自流入河的排放形式；與Ⅰ級河道交叉的雨水管道采用泵站強排的排放形式。

3 雨水系統(tǒng)設計標準

雨水設計重現(xiàn)期：天津市雨水管道設計重現(xiàn)期應滿足《天津市雨水徑流量計算標準》[3]和《室外排水設計標準》[4]等相關標準的要求，中心城區(qū)城市快速路（不含地下道路）設計重新期不應低于5 a。

地面集水時間：快速路一般路段宜取5 min，高架道路橋頭段縱坡較大路段，《室外排水設計標準》[4]規(guī)定宜為2～10 min，或者按《公路排水設計規(guī)范》[5]第9.1.4 條坡面匯流歷時t1=1.445（sLp/ip0.5）0.467進行計算確定。

4 重要節(jié)點設計

4.1 出水口的設計

天津市河道水位一般較高，為使雨水和河道水體較好混合，同時滿足景觀要求，出水口的設計通常采用淹沒式八字出水口型式，出水口與水體岸邊連接處應采取防沖、加固等措施，一般用漿砌塊石座護墻和護底。

根據(jù)天津市河道管理部門的相關要求，為便于檢修和維護，出水口需設置雙向止水閘門，閘門采用反向安裝；同時在閘門兩側分別預留疊梁閘閘槽，以便在閘門發(fā)生故障時，方便對閘門進行檢修，見圖1。此外，泵站出水口的閘井頂板標高不應低于壅高水位。

圖1 出水口剖面簡圖

4.2 橋頭變坡點收水的設計

快速路是采用全封閉、全立交、控制出入的城市道路，本工程全線新建互通式立交5 座、主線上跨菱形立交4 座、主線上跨分離式立交2 座、預留支線上跨分離立交2 座；設置跨河大橋3 座[6]。雖然本工程全線均為高架立交，道路一般不易積水，但在道路低點和橋頭變坡點處，引橋長度在200～550 m 之間，而且坡度較大，導致暴雨徑流量大，流速快，應在橋頭變坡點處加強收水。為保證行車車速和舒適性，高架立交一般不采用橫截溝收水，而采用偏溝式雨水口。應按暴雨強度公式計算整段引橋部分的雨水，收水口和雨水連接管的流量應為管渠設計重現(xiàn)期計算流量的1.5～3 倍，通常按2 倍考慮。當計算流量較大時，可以在變坡點附近連續(xù)設置多座多聯(lián)篦收水井，本工程一般采用7 聯(lián)篦收水井，聯(lián)篦收水井不應串聯(lián)，應分別單獨接入雨水檢查井。特別是本工程一段在連續(xù)立交中間路段的道路低點，經(jīng)計算需連續(xù)設置2 座13 聯(lián)篦收水井，同時此處雨水連接管需穿過道路擋墻接入位于輔道的雨水干管，為保證擋墻結構穩(wěn)定，通過設置豎井穿過擋墻底板，雨水連接管采用360°混凝土包管。同時位于輔道雨水干管的檢查井設置壓力井蓋的雙層井蓋，以防跌水較大導致檢查井蓋受到?jīng)_擊，見圖2。

圖2 聯(lián)篦井穿擋墻剖面簡圖

4.3 高架橋區(qū)排水設計

高架橋排水系統(tǒng)由橋梁排水口、集水槽、雨水立管組成。橋面雨水匯流至橋面排水口，經(jīng)集水槽后通過排水立管排至地面雨水系統(tǒng)。結合高架橋雨水立管高程大、流速快的特點，為避免水流對地面的沖擊，應在橋梁雨水立管出口處設置消能措施。天津市快速路高架橋區(qū)下方多為設置鋪裝或綠化，為避免水流對地面的沖刷和冬季橋面溶鹽水對植物的侵害，本工程中考慮將雨水立管排水經(jīng)立管消能井收集后排入地面雨水收集系統(tǒng)。

雨水立管采用管卡固定在墩柱上，為避免接口脫落，采用2 個45°彎頭與消能井連接；管道建議采用承插口塑料管連接，承口與水流方向相反；考慮后期清通維護，管道采用中粗砂回填；消能井內(nèi)設置Ф10-Ф20 cm 的卵石或塊石，并設置帶過水孔的固定堰，以減少水流對檢查井的沖擊，并過濾一部分雜質(zhì)，見圖3。經(jīng)消能井處理后的雨水可以排入輔道雨水干管，也可以經(jīng)滲溝接入下凹綠地或生物滯留池等海綿設施[7]。

圖3 高架橋雨水立管消能排水示意圖

4.4 穿越公路排水管道設計

天津快速路主線與相交道路交叉時，一般采用立交高架型式，但地面輔路與相交道路仍需平面交叉，本工程沿線需多次穿越現(xiàn)狀公路，為減少對現(xiàn)狀公路的影響，穿越現(xiàn)狀津圍公路、津圍公路的重力自流管線均采用鋼筋混凝土頂管專用管材直接頂進施工，頂管管徑不小于d800 mm，頂距一般不大于100 m。穿越津蘆公路為泵站壓力出水管線，考慮到壓力管道的安全運行，采用外套頂管的施工方式，外套頂管管徑一般比內(nèi)穿管大600 mm 以上，以方便內(nèi)穿管道的安裝。內(nèi)穿管的安裝可以采用漂管法[8]進行施做，以減少對管道外防腐層的損傷。此外，根據(jù)天津市公路管理的相關要求，頂管覆土與小于1.5 倍管外徑，并應大于2 m。頂管基坑距離道路邊線或坡腳線不應小于5 m。

5 結 語

以天津市外環(huán)線東北部調(diào)線工程為例，結合天津市城市地形、河道水系分布、地方標準和快速路高標準建設特點，提出了天津市快速路排水工程設計中如下設計要點：

（1）應根據(jù)管道埋深、河道水位及防洪等級合理劃分排水系統(tǒng)；

（2）應根據(jù)天津市地方標準和相關行業(yè)規(guī)范合理選擇雨水系統(tǒng)設計標準；

（3）對于出水口、橋頭變坡點收水、高架橋區(qū)排水、穿越公路排水管道等重要節(jié)點應采取專項設計，在保證排水設施的安全、高效運行的同時，滿足后期相關管理部門的維護和檢修要求。

目前天津市外環(huán)線東北部調(diào)線工程已竣工交付使用，道路排水設施運行良好，在歷次降雨過程中均未出現(xiàn)道路積水現(xiàn)象。