跨水源地保護(hù)區(qū)的橋面徑流收集處理設(shè)計(jì)方案研究

周 鋮

（國(guó)家林業(yè)局昆明勘察設(shè)計(jì)院，云南 昆明650000）

0 引 言

橋梁跨越水體時(shí)通常設(shè)置橋面落水井收集橋面雨水后直接排入水體。但研究表明，初期雨水徑流中含有相當(dāng)數(shù)量的污染物質(zhì)，直排雨水將造成水體污染；且運(yùn)輸危險(xiǎn)化工材料車(chē)輛在橋梁上發(fā)生事故時(shí)，泄漏的危險(xiǎn)品將通過(guò)橋面排水系統(tǒng)直接排入水體，也將對(duì)水體造成污染[1-3]。

2007 年，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)公路規(guī)劃和建設(shè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的通知》（環(huán)發(fā)[2007]184 號(hào)），規(guī)定公路建設(shè)設(shè)計(jì)路線(xiàn)應(yīng)盡量避開(kāi)飲用水水源保護(hù)區(qū)?？缭斤嬘盟炊?jí)保護(hù)區(qū)、準(zhǔn)保護(hù)區(qū)和二類(lèi)以上水體的橋梁，為防范危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)在橋梁上設(shè)計(jì)橋面徑流收集系統(tǒng)，并在橋梁兩側(cè)設(shè)置沉淀池，對(duì)發(fā)生污染事故后的橋面徑流進(jìn)行處理，確保飲用水的安全[4]。因此，橋梁跨越水源地保護(hù)區(qū)應(yīng)在設(shè)計(jì)前期就要深入研究橋面徑流收集處理方案，排水設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)橋面徑流收集處理設(shè)計(jì)方案對(duì)橋面縱坡和結(jié)構(gòu)形式提出建議，否則，設(shè)計(jì)后期容易出現(xiàn)重大修改。

本文以拉薩市某跨河特大橋?yàn)槔?，?duì)設(shè)計(jì)前期應(yīng)考慮的橋面徑流收集處理方案進(jìn)行分析，以期對(duì)類(lèi)似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作起到一定的參考作用。

1 工程概況

本項(xiàng)目橫跨拉薩河，橋位處屬于水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)。與本項(xiàng)目連接的拉薩河南北兩岸道路為規(guī)劃主干路，高程為北高南低，橋梁縱坡有調(diào)整空間，設(shè)計(jì)速度為50 km/h，瀝青混凝土路面，主橋跨河段紅線(xiàn)寬度分為31 m，雙向4 車(chē)道外加非機(jī)動(dòng)車(chē)道與人行道的橫斷面形式，橋梁長(zhǎng)約1.14 km。

2 總體方案

本項(xiàng)目采用目前常用的橋面徑流收集處理方案，橋面徑流通過(guò)管道全部匯流至橋梁端部，在橋梁端部設(shè)置橋面徑流應(yīng)急池，該池平時(shí)沉淀雨水，事故時(shí)具有應(yīng)急的作用。

雨天時(shí)匯集的雨水先進(jìn)入應(yīng)急池沉淀后排出，雨停后用潛水排污泵排出池底沉積的雨水。

事故時(shí)橋面溢流的污染物全部通過(guò)管道收集入應(yīng)急池，同時(shí)關(guān)閉應(yīng)急池出水閥門(mén)，應(yīng)急管理人員可根據(jù)污染物情況用潛水排污泵將污水排入污水管網(wǎng)或排入污水收集車(chē)運(yùn)至相關(guān)單位處理。

3 收集管道設(shè)計(jì)

針對(duì)橋梁連接的南北兩側(cè)道路高程特點(diǎn)，提出四種橋梁縱斷面布置和徑流收集管道設(shè)計(jì)方案，管材均采用聚氯乙烯塑料管。

方案一：橋梁縱坡采用單向坡，取值1%，最大匯水長(zhǎng)度為1 000 m；管道采用橋底雙側(cè)布管，徑流收集后統(tǒng)一排入南側(cè)應(yīng)急沉淀池內(nèi)處理。

方案二：橋梁縱坡采用單向坡，取值2%，最大匯水長(zhǎng)度為1 000 m；管道采用橋底雙側(cè)布管，徑流收集后統(tǒng)一排入南側(cè)應(yīng)急沉淀池內(nèi)處理。

方案三：橋梁縱坡采用雙向坡，取值1%，最大匯水長(zhǎng)度為650 m；管道采用橋底雙側(cè)布管，徑流收集后向南北兩側(cè)排入應(yīng)急沉淀池內(nèi)處理。

方案四：橋梁縱坡采用雙向坡，取值2%，最大匯水長(zhǎng)度為650 m；管道采用橋底雙側(cè)布管，徑流收集后向南北兩側(cè)排入南側(cè)應(yīng)急沉淀池內(nèi)處理。

我國(guó)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范主要包括《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D33—2012）、《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014—2006）、《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011）。

（1）依據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D33—2012）計(jì)算：

以降雨強(qiáng)度等值線(xiàn)圖和降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)等值線(xiàn)圖為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)徑流量計(jì)算，設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期5 a，標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度q5，10= 0.8 mm/min，徑流系數(shù)取值0.9，如表1 所示。

表1 等值線(xiàn)圖為基礎(chǔ)計(jì)算

（2）依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014—2006）計(jì)算：

以暴雨強(qiáng)度公式為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)徑流量計(jì)算，設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期5 a，采用拉薩市暴雨強(qiáng)度公式：

式中：i為降雨強(qiáng)度；P為重現(xiàn)期；t為降雨歷時(shí)。

徑流系數(shù)取值0.9，降雨歷時(shí)取值17 min（考慮雨水流行時(shí)間7 min）如表2 所示。

表2 暴雨強(qiáng)度公式為基礎(chǔ)計(jì)算

（3）依據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011）校核：

《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011），第9.2.3條第4 款規(guī)定，橋面排水設(shè)施的設(shè)置應(yīng)符合下列規(guī)定：排水管道的間距可根據(jù)橋梁匯水面積和橋面縱坡大小確定，當(dāng)縱坡大于2%時(shí)，橋面設(shè)置排水管的截面積不宜小于60 mm2/m2；當(dāng)縱坡小于1%時(shí)，橋面設(shè)置排水管的截面積不宜小于100 mm2/m2。

根據(jù)上述規(guī)定，采用DN400 管道，縱坡大于2%時(shí)，最大匯水面積為2 093 m2，雙側(cè)布管時(shí)最大匯水長(zhǎng)度為135 m。但本項(xiàng)目橋面長(zhǎng)度總長(zhǎng)1 000 m，明顯無(wú)法滿(mǎn)足該條規(guī)定。

但根據(jù)本條規(guī)定的條文說(shuō)明，該條文參照《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中的水力計(jì)算并考慮了2 倍的安全率制定，且計(jì)算用的管道基準(zhǔn)管徑為150 mm，舉例地區(qū)為北京。因此本項(xiàng)目以該條文說(shuō)明中的計(jì)算過(guò)程作為校核，以拉薩市降雨條件為基礎(chǔ)，管道基準(zhǔn)管徑采用400 mm，則計(jì)算出每平米橋面面積所需設(shè)置的排水管面積為：1%縱坡時(shí)，6.2 mm2/m2；2%縱坡時(shí)，4.37 mm2/m2?？紤]2 倍安全率，1%縱坡時(shí)，12.4 mm2/m2；2%縱坡時(shí)，8.8 mm2/m2。

校核結(jié)果如表3 所示。

表3 校核計(jì)算

（4）收集管道設(shè)計(jì)結(jié)論

經(jīng)計(jì)算校核，可選方案為橋面排水管道采用雙側(cè)布管，單面坡排水時(shí)，設(shè)計(jì)縱坡1%，設(shè)計(jì)管徑DN500；雙面坡排水時(shí)，最大匯水長(zhǎng)度650 m，設(shè)計(jì)縱坡1%，設(shè)計(jì)管徑DN400?？紤]到橋梁景觀性，建議選取管徑小的設(shè)計(jì)方案，即橋梁縱坡盡可能采用雙面坡，縱坡取值1%比較合適，將縱坡增大到2%仍無(wú)法減小排水管徑。

4 應(yīng)急沉淀池設(shè)計(jì)

（1）事故時(shí)一次危險(xiǎn)品泄漏量

根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程實(shí)際[1，5]，一次危險(xiǎn)品泄漏量取值50 m3。

（2）應(yīng)急處理反應(yīng)時(shí)間

根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程實(shí)際[6]，應(yīng)急處理反應(yīng)時(shí)間取值30 min，即發(fā)生事故30 min 內(nèi)應(yīng)急管理部門(mén)應(yīng)到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)對(duì)污染物進(jìn)行處理。

（3）應(yīng)急池容積計(jì)算

應(yīng)急池容積應(yīng)按最不利情況設(shè)計(jì)，即暴雨的同時(shí)發(fā)生事故，應(yīng)急池應(yīng)收集30 min 暴雨量和危險(xiǎn)品泄露量。

式中：V為應(yīng)急池容積，m3；Q為設(shè)計(jì)暴雨流量，m3/min；t為應(yīng)急處理反應(yīng)時(shí)間，min；V1 為一次危險(xiǎn)品泄漏量。

應(yīng)急池容積計(jì)算中的暴雨流量計(jì)算尚無(wú)規(guī)范規(guī)定，有研究表明考慮暴雨強(qiáng)度隨降雨歷時(shí)逐漸減小，采用暴雨強(qiáng)度公式在降雨歷時(shí)上的積分計(jì)算方法更為合理[7]。但本項(xiàng)目為提高水源地保護(hù)區(qū)橋面徑流的安全性，未考慮暴雨強(qiáng)度隨降雨歷時(shí)的減小，計(jì)算結(jié)果為Q=188.7 L/hm2·s，換算為30 min 降雨強(qiáng)度即為34.0 mm，根據(jù)國(guó)家氣象局頒布的降水強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)12 h 降雨總量超過(guò)30 mm 即為暴雨。故該應(yīng)急池容積計(jì)算結(jié)果可靠。

為減小應(yīng)急池容積，在本項(xiàng)目南北兩側(cè)各設(shè)置兩個(gè)應(yīng)急沉淀池，分別處理本段道路分幅匯流雨水，如圖1 所示。應(yīng)急池容積計(jì)算結(jié)果如表4 所示。

圖1 橋面徑流應(yīng)急沉淀池平面圖

表4 橋面徑流雨水水力計(jì)算表及應(yīng)急池設(shè)計(jì)

5 結(jié) 論

通過(guò)設(shè)計(jì)前期對(duì)橋面徑流收集處理方案的深入分析，排水設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)橋面縱坡和結(jié)構(gòu)形式提出如下建議。

（1）建議橋梁縱坡采用雙面坡，且一端坡長(zhǎng)不大于650 m，縱坡不小于1%，這樣可減小排水管徑到DN400。

（2）建議橋面下方預(yù)留出DN400 排水管道的布置空間，并注意主橋和引橋的橋面結(jié)構(gòu)連接處應(yīng)便于管道穿過(guò)。

（3）橋梁南北兩側(cè)橋頭處應(yīng)留出應(yīng)急沉淀池的布置空間。

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加速發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的不斷加強(qiáng)，橋面徑流收集處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)必然成為跨越重要水體橋梁設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵因素，因此今后在類(lèi)似工程設(shè)計(jì)中應(yīng)在前期規(guī)劃及方案研究中做好統(tǒng)籌考慮。