下穿式道路防排水技術(shù)研究

劉欣

【摘要】在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)以及城市發(fā)展進(jìn)程深入推進(jìn)的新時(shí)期下，城市交通網(wǎng)絡(luò)也變得越來越健全，城市下穿通道數(shù)量越來越多，很大程度上對(duì)城市的交通現(xiàn)狀進(jìn)行了改善，為城市可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)條件。但是，因?yàn)槭艿揭恍┲饔^因素以及客觀因素的制約，使得下穿式道路積水問題日益顯著。通過大量的新聞報(bào)道得知，由于降雨等因素的制約，致使部分下穿式道路出現(xiàn)了嚴(yán)重的積水情況，深度大約在一米到兩米，最終導(dǎo)致車輛不能正常行駛，交通不順暢。所以，在道路設(shè)計(jì)過程中，路基必須要具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性和耐久性，排水設(shè)施的功能要健全，方便維修，保證可以將道路排水結(jié)構(gòu)方面存在的問題高效解決?；诖?，在本文的研究中，主要從下穿式道路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，并結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外城市道路建設(shè)排水設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)下穿式道路排水工程事故進(jìn)行了剖析，包括降雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)參數(shù)缺乏合理性、排水泵站設(shè)計(jì)與控制不科學(xué)、排水管道設(shè)計(jì)不規(guī)范，然后在了解成因的基礎(chǔ)上，制定了具有一定可行性的下穿式道路防排水設(shè)計(jì)方法，希望能夠讓施工企業(yè)在修建下穿式道路期間，減少對(duì)道路以及地下水的破壞，進(jìn)而對(duì)行車問題進(jìn)行合理緩解，最大限度地延長(zhǎng)道路使用壽命。

【關(guān)鍵詞】下穿式通道;排水系統(tǒng);設(shè)計(jì)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.078

引言：

在國民經(jīng)濟(jì)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(shí)，對(duì)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(duì)城市交通問題進(jìn)行了緩解。但近年來，部分城市因?yàn)閺?qiáng)降雨等因素的干擾，使得下穿式道路出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的積水問題，對(duì)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(wù)必要加大對(duì)下穿式道路積水問題的重視，結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)的對(duì)下穿式道路防排水技術(shù)進(jìn)行利用，規(guī)范設(shè)計(jì)，增強(qiáng)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(yùn)輸設(shè)施、儲(chǔ)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(wù)、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(duì)于一個(gè)給定的點(diǎn)，排水系統(tǒng)是獨(dú)立的，排水目標(biāo)是明確的，但是對(duì)于一條線或一個(gè)面，排水系統(tǒng)必須相互作用，整個(gè)道路排水系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，是一個(gè)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(huì)對(duì)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(jì)。

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(shí)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(jìn)場(chǎng)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(shí)，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(yán)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(fù)雜性和特殊性。從立交排水特點(diǎn)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(diǎn)，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(jìn)行自排水;立交橋地下通道積水大，破壞大，應(yīng)重視地下通道的排水;一般來說，這座橋的排水系統(tǒng)會(huì)積水，低洼處集水面積大，不能及時(shí)排水，會(huì)導(dǎo)致沉淀物更為嚴(yán)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(qiáng)度設(shè)計(jì)參數(shù)缺乏合理性

通過對(duì)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)。

經(jīng)研究，導(dǎo)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(qiáng)度設(shè)計(jì)參數(shù)缺乏合理性。

①氣象材料不健全，暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式針對(duì)性不強(qiáng)。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(gè)城市在發(fā)展期間，暴雨強(qiáng)度也大有不同。因此，在對(duì)計(jì)算暴雨強(qiáng)度的公式進(jìn)行應(yīng)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(shí)施的法律法規(guī)來看，只是單純的給出了暴雨強(qiáng)度的計(jì)算公式的具體統(tǒng)計(jì)辦法，而因?yàn)楦鱾€(gè)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(duì)這一公式進(jìn)行完善，只是一味地借鑒現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，最終導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)了很大的偏差[1]。

③結(jié)合當(dāng)下所應(yīng)用的暴雨強(qiáng)度計(jì)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(jì)與控制不科學(xué)

在對(duì)排水泵進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，存在很多不合理以及不規(guī)范之處，不能科學(xué)的進(jìn)行控制，最終導(dǎo)致下穿式道路積水問題出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了人們的出行。

（1）排水泵設(shè)計(jì)排水能力不高

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

②通過對(duì)下穿式道路工程的進(jìn)一步分析可知，與周邊的地表建筑相比，其高程要相對(duì)低一些。所以，在出現(xiàn)降雨天氣的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)聚集很多的水。但是，在對(duì)排水泵進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，所設(shè)計(jì)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(huì)降低，根本不能得到工程建設(shè)的具體標(biāo)準(zhǔn)和要求。

（2）排水泵在突發(fā)情況下失去控制能力

依照當(dāng)前已經(jīng)有的下穿式道路工程在建設(shè)過程中，對(duì)于設(shè)置的排水泵站，為了可以最大限度的提升經(jīng)濟(jì)效益，在控制方面，對(duì)自動(dòng)分級(jí)啟動(dòng)及等的應(yīng)用比較廣泛。但是，對(duì)于一些設(shè)計(jì)等級(jí)低點(diǎn)的排水泵站，依舊在對(duì)人工口控制的方式進(jìn)行利用。因?yàn)榉旨?jí)啟動(dòng)的水泵一般是在排水量不大的條件下運(yùn)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(dòng)控制的能力就會(huì)失去，甚至?xí)霈F(xiàn)啟動(dòng)不了的現(xiàn)象。

2.3排水管道設(shè)計(jì)不規(guī)范

（1）排水管道設(shè)計(jì)施工不合理

①在遇到降雨天氣的時(shí)候，下穿式道路的雨水路徑就會(huì)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(yīng)該的增大。但是，在具體道路設(shè)計(jì)或者施工工作開展階段，設(shè)計(jì)和施工人員并沒有對(duì)這一特征予以高度的關(guān)注，大多是應(yīng)用某個(gè)固定的過水面積[3]。

②與其他的工程項(xiàng)目不同，對(duì)于排水管道工程來說，隱蔽性很強(qiáng)。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(yán)格依照要求和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，最終導(dǎo)致排水管道工程細(xì)部施工存在了很多問題。嚴(yán)重影響了工程施工質(zhì)量和效果的提高。

（2）排水能力與預(yù)期設(shè)計(jì)存下出入

針對(duì)雨水灌渠設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式，具體為Q=ψqF，由此可以得出，對(duì)設(shè)計(jì)流程影響最大的就是徑流系數(shù)。其中，

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(jìn)一步的分析可知，影響徑流系數(shù)的因素有很多，諸如植被分布、暴雨強(qiáng)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。

3、下穿式道路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1道路幾何設(shè)計(jì)與路面排水

（1）線路縱斷面設(shè)計(jì)

在對(duì)線路縱斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要可以體現(xiàn)在兩個(gè)方面，分別是豎曲線與縱坡。為保證設(shè)計(jì)的合理性以及規(guī)范性，應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，橫向排水不通暢、路塹較長(zhǎng)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(shí)，在道路工程實(shí)際建設(shè)過程中，為了能夠讓路面的排水更加暢通，實(shí)效性更強(qiáng)，合成的坡度應(yīng)該大于0.5%。通常，如果坡度相對(duì)大一些，形成的合成坡度也會(huì)相應(yīng)變大，可以很大程度上對(duì)雨水在路面停留的時(shí)間進(jìn)行減少，讓雨水的排除能夠更加快速[4]。

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

在這一路段中，針對(duì)長(zhǎng)度的計(jì)算，公式具體為：

S=2R

通過計(jì)算公式可以明確：

S所代表的是縱坡小于允許的縱坡最小值。其中，S的單位是米;

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

所代表的是曲線半徑。其中，的單位是米;

在公式中，對(duì)于縱坡而言，要比既定的最小坡度長(zhǎng)度小，和豎曲線半徑有正比關(guān)系。因而，將線形設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)作為主要的依據(jù)，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)，不能私自對(duì)豎曲線半徑進(jìn)行增加。

（2）平縱組合設(shè)計(jì)

在對(duì)平縱組合進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，為確保設(shè)計(jì)的有效性，讓后續(xù)的道路通行可以更加便利，應(yīng)該對(duì)駕駛員心理、視覺要求等進(jìn)行綜合考量。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，盡可能地讓豎曲線與平曲線相對(duì)應(yīng)，針對(duì)這種方式，可以讓路面排水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到預(yù)期。并且，在設(shè)計(jì)階段，一定要防止豎曲線頂點(diǎn)與S形曲線的拐點(diǎn)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(jì)

（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(chǎng)以及建筑物、綠化情況、土壤情況等。原則上，應(yīng)該設(shè)置在匯水點(diǎn)和截水點(diǎn)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(diǎn)及道路轉(zhuǎn)彎曲線段、建筑物門口。一般，對(duì)于下穿式道路來說，雨水口的設(shè)置較為重要，對(duì)道路的排水影響很大。所以，在進(jìn)行雨水口設(shè)計(jì)的過程中，一定要與立交地道匯水快的特點(diǎn)相適應(yīng)，流量集中，在最短的時(shí)間內(nèi)排除。在雨水口設(shè)計(jì)期間，在引道進(jìn)、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(duì)雨水進(jìn)行高效攔截的效果。同時(shí)，在下穿式道路的兩側(cè)位置，對(duì)排水邊溝進(jìn)行科學(xué)地設(shè)置，提升過水能力。

（2）雨水口間距

在對(duì)雨水口進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要控制好間距，不能太多，保證不會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)的現(xiàn)象，也不能太少，以免達(dá)不到日寸收集路面雨水的效果，需要結(jié)合工程的實(shí)際建設(shè)現(xiàn)狀，科學(xué)計(jì)算。

3.3排水泵站設(shè)計(jì)

在對(duì)排泵站進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，需要合理的對(duì)設(shè)備進(jìn)行選擇和利用，將機(jī)泵控制系統(tǒng)設(shè)置于地面上，保證在遇到暴雨天氣的時(shí)候，即便隧道會(huì)被淹沒，但機(jī)泵控制系統(tǒng)的運(yùn)行依然能夠處于穩(wěn)定的狀態(tài)。同時(shí)，在泵站的設(shè)計(jì)方面，必須要嚴(yán)格依照規(guī)定進(jìn)行，流入水泵中的水流應(yīng)該盡量做到均勻平穩(wěn)的，不會(huì)出現(xiàn)渦流問題，也沒有夾雜空氣。此外，針對(duì)進(jìn)水池的進(jìn)水口，應(yīng)該和泵進(jìn)口間預(yù)留出足夠的長(zhǎng)度，以便水流到達(dá)泵入口的前期階段，空能夠一直升到水表面，并可以在短時(shí)間內(nèi)逸散。在水落下期間，控制耗能，以使進(jìn)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(duì)下穿式道路防排水技術(shù)進(jìn)行了詳盡的分析，剖析了下穿式道路防排水的具體設(shè)計(jì)，并對(duì)下穿式道路結(jié)構(gòu)主體的破壞機(jī)理進(jìn)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(shí)在結(jié)合實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，制定了預(yù)防排水事故的具體辦法。同時(shí)，根據(jù)下穿式道路防排水設(shè)計(jì)的具體特征，分析了排水泵站、雨水口等設(shè)計(jì)方法，最后提出了下穿通道內(nèi)部排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及技術(shù)建議。

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