下穿式道路防排水技術(shù)研究

文／劉欣 中壤建設(shè)股份有限公司 北京 100000

引言：

在國民經(jīng)濟水平不斷提升的新形態(tài)下，我國城市的發(fā)展也發(fā)生了翻天覆地的變化，但與此同時，對于城市交通網(wǎng)絡(luò)的要求也越來越高。所以，在這種背景下，市政道路工程發(fā)展越來越好，立交橋數(shù)量持續(xù)增加，很大程度上對城市交通問題進行了緩解。但近年來，部分城市因為強降雨等因素的干擾，使得下穿式道路出現(xiàn)了較為嚴重的積水問題，對交通的順利通行造成了非常大的影響。所以，為保證人們的出行更加便利，在道路工程建設(shè)階段，務必要加大對下穿式道路積水問題的重視，結(jié)合實際情況，科學的對下穿式道路防排水技術(shù)進行利用，規(guī)范設(shè)計，增強城市道路的順暢度，讓來往車輛地行駛能夠更加安全。

1、下穿式道路排水工程

1.1 道路排水系統(tǒng)和設(shè)備

道路排水系統(tǒng)由不同的地下水和地表水排水系統(tǒng)、構(gòu)筑物、運輸設(shè)施、儲存設(shè)施組成。排水系統(tǒng)根據(jù)水源可分為地下排水系統(tǒng)和地面排水系統(tǒng)；根據(jù)排水工程的位置、任務、目的和范圍，道路排水系統(tǒng)可分為下穿式道路排水系統(tǒng)、地下水排水系統(tǒng)、路面內(nèi)部排水系統(tǒng)、路界地表排水系統(tǒng)、構(gòu)造物排水系統(tǒng)、地面徑流排水系統(tǒng)等。但無論怎么劃分，對于一個給定的點，排水系統(tǒng)是獨立的，排水目標是明確的，但是對于一條線或一個面，排水系統(tǒng)必須相互作用，整個道路排水系統(tǒng)是一個系統(tǒng)工程，是一個比較全面的工程。排水系統(tǒng)是道路技術(shù)的重要組成部分，排水系統(tǒng)不完善，會對道路造成水損害，因此，為了保證道路的質(zhì)量，我們必須做好道路排水系統(tǒng)的設(shè)計。

1.2 下穿式道路排水系統(tǒng)的功能

在雨天，下穿式道路排水系統(tǒng)的主要功能是，及時排走立交橋范圍內(nèi)的雨水，保證交通的順暢。但是，由于這類交叉口兩側(cè)的進場道路坡度大，積水迅速，很容易影響響徹安全，造成道路上的交通中斷。同時，一般情況下，立交橋都處于城市交通網(wǎng)絡(luò)的中心位置，一旦交通中斷將產(chǎn)生嚴重后果，這也是要做好立交橋排水的重要原因。

與其他道路排水相比，立交排水具有一定的復雜性和特殊性。從立交排水特點和排水部位出發(fā)，可將立交排水分為立交綠化區(qū)域排水、下穿道路地下水排水、下穿道路路面排水、立交橋面排水、一般道路路面排水。以上五部分的排水有其自身的特點，如：綠化區(qū)的排水需要有出路支撐，排水量大；由于道路下方地下排水水位較高，容易入侵道路結(jié)構(gòu)，因此通常無法進行自排水；立交橋地下通道積水大，破壞大，應重視地下通道的排水；一般來說，這座橋的排水系統(tǒng)會積水，低洼處集水面積大，不能及時排水，會導致沉淀物更為嚴重；一般路面縱向傾斜大，匯水面積大，低水位易積水，積水可排入城市排水系統(tǒng)。

2、下穿式道路排水工程事故分析

2.1 降雨強度設(shè)計參數(shù)缺乏合理性

通過對道路排水系統(tǒng)的分析可知，其組成部分有很多，諸如排放設(shè)施、各種地下水、輸送設(shè)施等，具體如圖1所示為道路排水系統(tǒng)。

圖1 道路排水系統(tǒng)

經(jīng)研究，導致下穿式道路積水問題出現(xiàn)的因素有很多，而最為明顯的就是降雨強度設(shè)計參數(shù)缺乏合理性。

①氣象材料不健全，暴雨強度計算公式針對性不強。通常，由于地理位置以氣候條件等存在的差異比較大，使得各個城市在發(fā)展期間，暴雨強度也大有不同。因此，在對計算暴雨強度的公式進行應用階段，存在的局限性很顯著。

②綜合我國現(xiàn)階段推行和實施的法律法規(guī)來看，只是單純的給出了暴雨強度的計算公式的具體統(tǒng)計辦法，而因為各個地區(qū)的發(fā)展情況差異很大，所以很多地區(qū)在發(fā)展期間，并沒有對這一公式進行完善，只是一味地借鑒現(xiàn)有經(jīng)驗，最終導致計算結(jié)果出現(xiàn)了很大的偏差[1]。

③結(jié)合當下所應用的暴雨強度計算公式，使用的樣本資料缺乏創(chuàng)新性，很多資料都比較陳舊，并且樣本的容量很小。

2.2 排水泵站設(shè)計與控制不科學

在對排水泵進行設(shè)計的過程中，存在很多不合理以及不規(guī)范之處，不能科學的進行控制，最終導致下穿式道路積水問題出現(xiàn)，嚴重影響了人們的出行。

（1）排水泵設(shè)計排水能力不高

①通常情況下，在對道路進行設(shè)計或者建設(shè)期間，應該在結(jié)合實際現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，最大程度的對直接接入路塹部分的周邊支路進行減少，保證范圍之外的水不會流動低點的反坡。但是，在我國目前實施的規(guī)范中，對支線接入主干道的設(shè)計并沒有提出明確的要求，所以在組織開展泵站排水設(shè)計工作的時候，應該對支路未知數(shù)量進行綜合的考量和設(shè)計[2]。

②通過對下穿式道路工程的進一步分析可知，與周邊的地表建筑相比，其高程要相對低一些。所以，在出現(xiàn)降雨天氣的時候，經(jīng)常會聚集很多的水。但是，在對排水泵進行設(shè)計的時候，所設(shè)計的匯水面積通常比較小。因而，一旦城市下起暴雨，排水能力就會降低，根本不能得到工程建設(shè)的具體標準和要求。

（2）排水泵在突發(fā)情況下失去控制能力

依照當前已經(jīng)有的下穿式道路工程在建設(shè)過程中，對于設(shè)置的排水泵站，為了可以最大限度的提升經(jīng)濟效益，在控制方面，對自動分級啟動及等的應用比較廣泛。但是，對于一些設(shè)計等級低點的排水泵站，依舊在對人工口控制的方式進行利用。因為分級啟動的水泵一般是在排水量不大的條件下運行，真正能遇到突發(fā)暴雨的情況屈指可數(shù)。故而，若有突發(fā)問題出現(xiàn)，自動控制的能力就會失去，甚至會出現(xiàn)啟動不了的現(xiàn)象。

2.3 排水管道設(shè)計不規(guī)范

（1）排水管道設(shè)計施工不合理

①在遇到降雨天氣的時候，下穿式道路的雨水路徑就會發(fā)生改變，從兩側(cè)開口端匯水地表流向路兩側(cè)的排水管道，然后順著排水泵房借助水泵排放出去。從上到下，排水管道的水量應該的增大。但是，在具體道路設(shè)計或者施工工作開展階段，設(shè)計和施工人員并沒有對這一特征予以高度的關(guān)注，大多是應用某個固定的過水面積[3]。

②與其他的工程項目不同，對于排水管道工程來說，隱蔽性很強。但是，部分規(guī)模較小的工程在建設(shè)階段，經(jīng)常忽視這方面的重要性，不能嚴格依照要求和規(guī)范進行設(shè)計和計算，最終導致排水管道工程細部施工存在了很多問題。嚴重影響了工程施工質(zhì)量和效果的提高。

（2）排水能力與預期設(shè)計存下出入

徑流系數(shù)ψ=徑流量/降雨量

=降雨量－地面滲水量/降雨量

=降雨量（1－滲透系數(shù)）/降雨量

=1－滲透系數(shù)〈1

通過進一步的分析可知，影響徑流系數(shù)ψ的因素有很多，諸如植被分布、暴雨強度等。結(jié)合目前的規(guī)定和要求，各種地面種類下的徑流系數(shù)如表1所示。

表1 各種地面種類下的徑流系數(shù)

3、下穿式道路排水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 道路幾何設(shè)計與路面排水

（1）線路縱斷面設(shè)計

在對線路縱斷面進行設(shè)計的時候，設(shè)計要點主要可以體現(xiàn)在兩個方面，分別是豎曲線與縱坡。為保證設(shè)計的合理性以及規(guī)范性，應該結(jié)合現(xiàn)行的標準和規(guī)定，橫向排水不通暢、路塹較長的路段位置的縱坡值〉0.3%，其他的路段的縱坡值需要大于0.5%.同時，在道路工程實際建設(shè)過程中，為了能夠讓路面的排水更加暢通，實效性更強，合成的坡度應該大于0.5%。通常，如果坡度相對大一些，形成的合成坡度也會相應變大，可以很大程度上對雨水在路面停留的時間進行減少，讓雨水的排除能夠更加快速[4]。

在對線路縱斷面開展設(shè)計工作期間，必須要對排水對縱坡的要求進行充分分析，特別是要讓坡度達到車道數(shù)量多的實際需求。在對后坡為上坡（下坡）、前坡為下坡（上坡）的豎曲線進行設(shè)計的過程中，應該從多個角度進行研究，不能不加考慮的對半徑過大的豎曲線進行利用，具體如圖2所示為全凹豎曲線。

圖2 全凹豎曲線

在這一路段中，針對長度的計算，公式具體為：

Sv=2Rimin

通過計算公式可以明確：

Sv所代表的是縱坡小于允許的縱坡最小值。其中，Sv的單位是米；

imin所代表的是允許的最小坡度值。通常，imin的取值是0.5%，如果條件比較特殊，imin的取值具體為0.3%；

R所代表的是曲線半徑。其中，R的單位是米；

在公式中，對于縱坡而言，要比既定的最小坡度長度小，和豎曲線半徑有正比關(guān)系。因而，將線形設(shè)計標準作為主要的依據(jù)，合理地進行設(shè)計，不能私自對豎曲線半徑進行增加。

（2）平縱組合設(shè)計

在對平縱組合進行設(shè)計的過程中，為確保設(shè)計的有效性，讓后續(xù)的道路通行可以更加便利，應該對駕駛員心理、視覺要求等進行綜合考量。在設(shè)計環(huán)節(jié)，盡可能地讓豎曲線與平曲線相對應，針對這種方式，可以讓路面排水標準達到預期。并且，在設(shè)計階段，一定要防止豎曲線頂點與S形曲線的拐點出現(xiàn)重合的情況，從而讓道路額排水能夠更加順暢。

3.2 雨水口的設(shè)計

（1）雨水口布置原則

雨水口的布設(shè)位置需要考慮多種影響因素，比如道路方向、周邊廣場以及建筑物、綠化情況、土壤情況等。原則上，應該設(shè)置在匯水點和截水點上，比如建筑物落水管的附近，道路低洼地帶，小區(qū)出入口等，不宜設(shè)置在分水點及道路轉(zhuǎn)彎曲線段、建筑物門口。一般，對于下穿式道路來說，雨水口的設(shè)置較為重要，對道路的排水影響很大。所以，在進行雨水口設(shè)計的過程中，一定要與立交地道匯水快的特點相適應，流量集中，在最短的時間內(nèi)排除。在雨水口設(shè)計期間，在引道進、出涵洞的前方位置，可以合理地設(shè)置橫截溝，保證能夠起到對雨水進行高效攔截的效果。同時，在下穿式道路的兩側(cè)位置，對排水邊溝進行科學地設(shè)置，提升過水能力。

（2）雨水口間距

在對雨水口進行設(shè)計的過程中，需要控制好間距，不能太多，保證不會出現(xiàn)浪費的現(xiàn)象，也不能太少，以免達不到日寸收集路面雨水的效果，需要結(jié)合工程的實際建設(shè)現(xiàn)狀，科學計算。

3.3 排水泵站設(shè)計

在對排泵站進行設(shè)計期間，需要合理的對設(shè)備進行選擇和利用，將機泵控制系統(tǒng)設(shè)置于地面上，保證在遇到暴雨天氣的時候，即便隧道會被淹沒，但機泵控制系統(tǒng)的運行依然能夠處于穩(wěn)定的狀態(tài)。同時，在泵站的設(shè)計方面，必須要嚴格依照規(guī)定進行，流入水泵中的水流應該盡量做到均勻平穩(wěn)的，不會出現(xiàn)渦流問題，也沒有夾雜空氣。此外，針對進水池的進水口，應該和泵進口間預留出足夠的長度，以便水流到達泵入口的前期階段，空能夠一直升到水表面，并可以在短時間內(nèi)逸散。在水落下期間，控制耗能，以使進水池中不致產(chǎn)生過大的不規(guī)則的流速。

結(jié)語：

在本文的研究中，主要對下穿式道路防排水技術(shù)進行了詳盡的分析，剖析了下穿式道路防排水的具體設(shè)計，并對下穿式道路結(jié)構(gòu)主體的破壞機理進行了深入探究，總結(jié)出影響下穿通道排水的主要因素，同時在結(jié)合實際情況的基礎(chǔ)上，制定了預防排水事故的具體辦法。同時，根據(jù)下穿式道路防排水設(shè)計的具體特征，分析了排水泵站、雨水口等設(shè)計方法，最后提出了下穿通道內(nèi)部排水系統(tǒng)的設(shè)計方案及技術(shù)建議。