道路排水設(shè)計(jì)步驟和要點(diǎn)探討

潘金鋒 （合肥學(xué)院 城市建設(shè)與交通學(xué)院，安徽 合肥 230601）

0 引言

城市雨、污水主要依靠沿市政道路敷設(shè)的雨、污水管涵排放，雨水經(jīng)收集和轉(zhuǎn)輸后排入受納水體，污水經(jīng)收集、轉(zhuǎn)輸、處理后排放或回用。城市道路雨、污水管涵往往隨城市道路同步設(shè)計(jì)、建設(shè)，習(xí)慣稱為道路排水。道路排水不僅收集道路及兩側(cè)地塊的雨、污水，同時也轉(zhuǎn)輸上游匯水范圍的雨、污水，是城市排水系統(tǒng)的主要組成部分。城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)狀況，直接關(guān)系到城市居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。每至汛期城市內(nèi)澇屢屢發(fā)生，一部分是超標(biāo)降雨引起的,更多的是城市排水設(shè)施本身存在的問題引起的,城市道路排水設(shè)計(jì)、運(yùn)維的不足之處，需要充分重視。排水系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成和確保城市排水安全的重要支撐，根據(jù)目前的發(fā)展趨勢，未來我國的排水系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)壓力將進(jìn)一步加大[1]。所以道路排水設(shè)計(jì)應(yīng)該被充分重視。

道路排水設(shè)計(jì)時系統(tǒng)分析是否全面、總體設(shè)計(jì)是否科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)選取是否合理、關(guān)鍵點(diǎn)是否被重視等直接影響城市雨、污水的排放安全。目前國內(nèi)針對道路排水設(shè)計(jì)的某一方面進(jìn)行了不少研究，為城市道路排水設(shè)計(jì)提供了寶貴財(cái)富。本文探討道路排水設(shè)計(jì)全過程步驟的要點(diǎn)，對指導(dǎo)道路排水系統(tǒng)性、全面性及針對性設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的實(shí)踐意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

城市雨、污水設(shè)施構(gòu)成了龐大排水系統(tǒng)，道路排水設(shè)計(jì)時應(yīng)從整個系統(tǒng)出發(fā)，統(tǒng)籌考慮。道路排水設(shè)計(jì)不僅要解決設(shè)計(jì)段道路及其兩側(cè)地塊的雨、污水排放，同時也必須全面考慮設(shè)計(jì)段雨、污水所屬排水系統(tǒng)上游匯水面積內(nèi)的雨、污水排放。近年來極端降雨事件發(fā)生越來越頻繁,和雨水設(shè)施建設(shè)未與城市防洪、河道水系、道路交通等其他規(guī)劃相銜接[2]。排水設(shè)計(jì)時應(yīng)綜合分析雨、污水系統(tǒng)內(nèi)和排水相關(guān)的總體規(guī)劃、各專項(xiàng)規(guī)劃及其實(shí)施情況，對道路排水設(shè)計(jì)有制約和影響的規(guī)劃主要有城市總體規(guī)劃和其他專項(xiàng)規(guī)劃，如排水規(guī)劃、防洪規(guī)劃、河道水系規(guī)劃、豎向規(guī)劃等。

道路排水包括道路雨水和污水，應(yīng)依照相關(guān)規(guī)劃、設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)合實(shí)際建設(shè)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)城市總體規(guī)劃確定雨、污水服務(wù)范圍內(nèi)不同地塊的城市建設(shè)性質(zhì)；依據(jù)排水規(guī)劃確定設(shè)計(jì)路段雨、污水所屬的系統(tǒng)，不同建設(shè)性質(zhì)地塊采用的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)，管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點(diǎn)標(biāo)高等；依據(jù)防洪規(guī)劃確定雨水受納水體的防洪標(biāo)準(zhǔn)及水文資料；依據(jù)河道水系規(guī)劃確定水系溝通方式和標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)；依據(jù)城市豎向規(guī)劃推算設(shè)計(jì)道路排水管道的標(biāo)高。

在城市雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)時，通常使用推理公式法或數(shù)學(xué)模型法來計(jì)算管網(wǎng)徑流量。對城市內(nèi)澇模型的研究，國內(nèi)目前還處于初期階段[3]。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于推理公式法計(jì)算簡便、所需資料不多，加之我國數(shù)學(xué)模型法的發(fā)展不夠完善且沒有規(guī)范性的使用指導(dǎo)、指南，設(shè)計(jì)人員采用較多的依然是推理公式法[4]。故在此探討的是目前廣泛使用的推理公式法的道路雨水設(shè)計(jì)。推理公式法計(jì)算暴雨強(qiáng)度公式如下。

式中：q——暴雨強(qiáng)度公式[L（/hm2·s）]

p——設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（年）

t——降雨歷時（min）

A1，C，b，n——參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算確定。

2 雨、污水設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

道路排水設(shè)計(jì)時先根據(jù)城市或者區(qū)域排水規(guī)劃，結(jié)合區(qū)域排水設(shè)施建設(shè)情況，確定匯水范圍，依據(jù)規(guī)劃結(jié)合已建排水設(shè)施資料整理設(shè)計(jì)范圍的總的雨水和污水管網(wǎng)系統(tǒng)圖。根據(jù)排水規(guī)劃及現(xiàn)狀，分別確定設(shè)計(jì)道路范圍內(nèi)雨、污水出口，同時確定每個出口的匯水范圍及雨、污水管網(wǎng)圖。

道路雨、污水設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行雨、污水的平面和縱斷面設(shè)計(jì)。道路紅線寬度超過40m的城市干道宜兩側(cè)布置排水管道[5]。平面設(shè)計(jì)時首先按照設(shè)計(jì)道路紅線寬度結(jié)合道路排水的實(shí)際情況確定道路下雨、污水管是單側(cè)布置或兩側(cè)布置。設(shè)計(jì)時需要注意沿道路敷設(shè)雨、污水管及其外接管與其他類型管道的平面和豎向的相互避讓，按照管線避讓原則，壓力管、易彎曲的管道避讓排水管。

2.2 雨水設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)確定

根據(jù)城市或者區(qū)域排（雨）水規(guī)劃，確定設(shè)計(jì)段所屬雨水系統(tǒng)為泵排區(qū)還是重力自排區(qū)，分別對應(yīng)規(guī)劃中泵排區(qū)和重力自排區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)（往往泵排區(qū)標(biāo)準(zhǔn)高于自排區(qū)）確定雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P、地面積水時間t1等參數(shù)；根據(jù)城市總體規(guī)劃結(jié)合實(shí)際建設(shè)情況，分析匯水范圍的下墊面，確定徑流系數(shù)ψ；以上范圍、參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等確定后，按照城市暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算出道路不同管段的設(shè)計(jì)雨水量；結(jié)合道路豎向初定各段雨水管涵斷面尺寸和坡度，初步進(jìn)行道路雨水設(shè)計(jì)。

2.2.2 道路最低點(diǎn)標(biāo)高推算

雨水設(shè)計(jì)的另外一個任務(wù)是為道路豎向設(shè)計(jì)提出要求，通過水力計(jì)算確定道路最低點(diǎn)標(biāo)高限值，道路設(shè)計(jì)標(biāo)高不應(yīng)低于該值，以避免在降雨不超標(biāo)時，道路出現(xiàn)積水現(xiàn)象。道路最低點(diǎn)標(biāo)高，根據(jù)雨水泵站（泵排區(qū)）或受納水體（自排區(qū)）的水位進(jìn)行推算。設(shè)計(jì)管段位于泵排區(qū)時根據(jù)雨水規(guī)劃（泵站未建時）或已建雨水泵站運(yùn)行資料查閱雨水泵站的最高運(yùn)行水位，位于重力自排區(qū)時根據(jù)防洪規(guī)劃查閱受納水體的設(shè)計(jì)洪水位，以上水位確定后，根據(jù)設(shè)計(jì)段至雨水泵站或受納水體之間的管涵規(guī)劃、建設(shè)情況（管道路由、控制點(diǎn)標(biāo)高、斷面尺寸、坡度等），按照水力坡降按雨水泵站最高水位或受納水體設(shè)計(jì)洪水位反推設(shè)計(jì)段道路豎向最低設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.2.3 平面設(shè)計(jì)

道路雨水設(shè)計(jì)流量由以下三部分雨水構(gòu)成：上游系統(tǒng)來水（雨水系統(tǒng)為起始管道時不含該部分）、道路兩側(cè)地塊的雨水、路面雨水。

采用單側(cè)布置雨水管時，設(shè)計(jì)前先確定同一出口范圍內(nèi)道路外接雨水管的位置、斷面尺寸、底標(biāo)高、流量等資料，外接雨水管主要指需要轉(zhuǎn)輸?shù)南嘟坏缆酚晁?、道路兩?cè)匯水范圍的雨水收集管（如道路兩側(cè)地塊未開發(fā)建設(shè)，在平面設(shè)計(jì)時每80m～120m預(yù)留一處雨水收集管）；根據(jù)道路豎向確定同一出口范圍內(nèi)道路最高、最低點(diǎn)（如果道路豎向起伏，則有一個以上的局部最高點(diǎn)或最低點(diǎn)）位置。

設(shè)計(jì)時首先在道路最高點(diǎn)、道路最低點(diǎn)、外接雨水管處布置檢查井，之后根據(jù)路面雨水收水要求加密檢查井。道路最高點(diǎn)的雨水管為起頭管時，取消該檢查井及與其相鄰檢查井之間的雨水管；道路最高點(diǎn)的雨水管不為起頭管時，可取消該最高點(diǎn)處的檢查井，復(fù)核其相鄰兩檢查井的間距是否滿足規(guī)范要求，如不滿足檢查井最大間距規(guī)范要求，需對道路最高點(diǎn)附近的檢查井位置進(jìn)行局部調(diào)整。

設(shè)計(jì)采用兩側(cè)布管雨水管時，從建設(shè)成本和后期運(yùn)維等方面考慮兩側(cè)雨水管宜為一主管一輔管的布置方式，而不是道路兩側(cè)各自獨(dú)立布置從起始端至雨水出口貫通的雨水管。同一出口范圍內(nèi)雨水主管道應(yīng)從起始端至雨水出口連續(xù)敷設(shè)；另一側(cè)雨水管為輔管，沿道路敷設(shè)一定長度后橫穿道路接入另外一側(cè)的雨水主管，故同一出口范圍內(nèi)雨水輔管從起始端至雨水出口通常不是連續(xù)敷設(shè)。值得注意的是在道路最低點(diǎn)需要適當(dāng)加大雨水口的收水能力。道路坡度偏小時雨水口間距需適當(dāng)減??；道路坡度較大時，雨水口間距可適當(dāng)加大，但要加大設(shè)置雨水口的收水能力，避免雨水越過雨水口流入下游路面。在連續(xù)坡度道路上，越往下游，雨水口承擔(dān)的泄流任務(wù)越大，故在下游宜將雨水口布置成雙箅、多箅來提高下游排水效率[6]。

2.2.4 縱斷面設(shè)計(jì)

縱斷面設(shè)計(jì)時管道埋設(shè)高程控制至關(guān)重要，設(shè)計(jì)雨水管道應(yīng)能承接上游規(guī)劃或建設(shè)的雨水管來水、能接入下游規(guī)劃或建設(shè)的雨水設(shè)施或排入受納水體，同時設(shè)計(jì)雨水管道應(yīng)接納道路兩側(cè)地塊雨水，在滿足以上要求前提下盡量減小管道埋深，以降低工程投資，便于后期運(yùn)行維護(hù)。設(shè)計(jì)時首先根據(jù)雨水規(guī)劃中的系統(tǒng)控制點(diǎn)標(biāo)高和上、下游已建雨水管資料，確定道路設(shè)計(jì)雨水管道起點(diǎn)、終點(diǎn)的管底設(shè)計(jì)標(biāo)高范圍值，往往根據(jù)以上資料確定設(shè)計(jì)范圍起點(diǎn)管的最高設(shè)計(jì)管底標(biāo)高和設(shè)計(jì)終點(diǎn)的最低設(shè)計(jì)管底標(biāo)高，之后結(jié)合地塊雨水收集管的資料進(jìn)行雨水縱斷面設(shè)計(jì)。平面和縱斷面在設(shè)計(jì)時應(yīng)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，根據(jù)其相互制約關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，合理確定管徑、埋深、管道坡度。

2.3 污水設(shè)計(jì)

2.3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定

依據(jù)城市總體規(guī)劃及建設(shè)情況，確定設(shè)計(jì)管段及上游服務(wù)范圍內(nèi)工業(yè)用地、生活用地、商業(yè)用地等產(chǎn)生污水的各種性質(zhì)城市建設(shè)用地面積；根據(jù)污水規(guī)劃查閱不同性質(zhì)城市建設(shè)用地的污水量指標(biāo)；各類性質(zhì)城市建設(shè)用地的面積及對應(yīng)的污水量指標(biāo)確定后，進(jìn)行設(shè)計(jì)污水量計(jì)算，然后進(jìn)行道路污水設(shè)計(jì)。

2.3.2 平、縱面設(shè)計(jì)

道路污水管的收水由兩部分組成：轉(zhuǎn)輸上游系統(tǒng)的污水，收集道路兩側(cè)地塊產(chǎn)生的污水。污水平、縱面設(shè)計(jì)和雨水管設(shè)計(jì)過程大致相同，主要區(qū)別：污水管設(shè)計(jì)時不需考慮雨水口的布設(shè)，檢查井的布置主要受外接污水管、規(guī)范要求檢查井最大間距和當(dāng)?shù)氐墓艿鲤B(yǎng)護(hù)條件確定；由于雨水出口宜分散就近排入受納水體，而污水要統(tǒng)一排入污水處理廠處理，所以污水系統(tǒng)中主管道往往較長，同時地塊內(nèi)污水管道埋深往往比雨水管道深，所以在縱斷面設(shè)計(jì)時往往污水管道的埋設(shè)較雨水管道深。

污水預(yù)留管布置時盡量靠近雨水預(yù)留管，以便于后期地塊的接入。

3 注意事項(xiàng)

為了保證雨、污水的正常排放和城市水系的正常使用，在道路排水設(shè)計(jì)時應(yīng)該注意以下事項(xiàng)。

3.1 雨、污水出口

道路排水設(shè)計(jì)時必須對雨、污水出口進(jìn)行調(diào)查、分析，雨、污水出口必須可靠，以保證排水安全。

如果設(shè)計(jì)雨水管直接接入下游已建雨水管、泵站或已經(jīng)形成的受納水體，則認(rèn)為雨水出口可靠；如不是前面三種情況，則認(rèn)為雨水出口不可靠，需要進(jìn)行臨時出口設(shè)計(jì)。臨時出口通常采用開挖臨時明渠方式，雨水通過明渠接入系統(tǒng)下游已建雨水管、泵站或受納水體。臨時明渠沿規(guī)劃道路布置時，如有條件明渠宜設(shè)置在規(guī)劃道路紅線外，主要原因有兩個：一是臨時出口明渠段道路修建時明渠能正常工作，如臨時出口明渠在道路紅線內(nèi)，道路施工期間需要將臨時出口遷改至道路紅線外，臨時出口需要二次改遷，增加工程投資；二是避免了臨時明渠開挖和運(yùn)行對道路范圍原狀土的破壞，減小路基處理量和臨時明渠的填筑工程量，縮短工期并節(jié)約工程投資。

當(dāng)下游污水系統(tǒng)已全部建成貫通，污水可以直接接入下游已建污水設(shè)施；如下游污水系統(tǒng)未貫通或污水沒有出路，設(shè)計(jì)段的污水管道可以在建成后暫不啟用，如啟用必須采取必要措施，保證污水處理達(dá)標(biāo)后排放。

3.2 過路水系的溝通

過路水系的溝通大致分為兩類：一類為永久溝通，是城市總體規(guī)劃、防洪規(guī)劃和水系規(guī)劃中需要保留或者未來修建的永久水體的過路溝通，常用的方式為修建橋梁或者管涵進(jìn)行溝通；另一類為臨時溝通，這種情況是穿道路的現(xiàn)狀水體在規(guī)劃中不保留，但由于道路兩側(cè)尚未完全開發(fā)，過路水體暫時還承擔(dān)著輸水、排水、灌溉、養(yǎng)殖等功能，這種情況下也需要對現(xiàn)有的溝、渠、塘等進(jìn)行必要的過路溝通，溝通的方式往往采用過路管涵溝通。

3.3 淹沒出流

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50014-2021），重力流雨水管道應(yīng)按滿流計(jì)算[7]。實(shí)際中雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的排水口通常連接于江河，河道水位對其排水能力的影響不容忽視[8]。雨水設(shè)計(jì)時通常所選取的管道敷設(shè)坡度和計(jì)算水力坡度基本匹配，但值得注意的是，受景觀要求、管道避讓等因素的影響，雨水自排進(jìn)受納水體時，雨水管往往采用淹沒出流，即雨水出口及其前面部分雨水管淹沒于水面之下，管道內(nèi)充滿水，此時由于受納水體頂托作用，管道敷設(shè)坡度和運(yùn)行時實(shí)際水力坡度往往有一定差別，在設(shè)計(jì)時需要特別注意。

淹沒出流雨水管道設(shè)計(jì)時，加大管道坡度并不能增加管道的實(shí)際輸水能力[9]。應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)雨水流量和實(shí)際運(yùn)行水力坡度確定管徑，不能根據(jù)設(shè)計(jì)雨水流量和設(shè)計(jì)管道坡度確定管徑。如設(shè)計(jì)管道坡度大于實(shí)際運(yùn)行水力坡度，按照設(shè)計(jì)管道坡度確定的雨水管管徑往往偏小，造成管道的實(shí)際過流能力小于設(shè)計(jì)雨水流量，增加上游道路內(nèi)澇風(fēng)險，排水安全無法得到保證，所以淹沒出流時雨水管徑應(yīng)按照實(shí)際運(yùn)行水力坡度確定。在難以保證自由出流的地區(qū),應(yīng)增大雨水管道管徑應(yīng)對城市內(nèi)澇[10]。

圖1 淹沒出流管道坡度、水力坡度示意圖

4 結(jié)語

①道路排水設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)城市總體規(guī)劃、排水規(guī)劃、防洪規(guī)劃、水系規(guī)劃、豎向規(guī)劃等合理確定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)。

②應(yīng)分析和調(diào)查所屬排水系統(tǒng)規(guī)劃和已建排水設(shè)施情況，保證系統(tǒng)內(nèi)排水設(shè)施的順利銜接。在具體設(shè)計(jì)時應(yīng)全面考慮，使設(shè)計(jì)成果盡可能的優(yōu)化。

③要對雨、污水進(jìn)行系統(tǒng)分析，考慮匯水范圍內(nèi)雨、污水排放，不能僅考慮道路及兩側(cè)地塊的雨、污水的范圍。道路排水設(shè)計(jì)時要根據(jù)下游雨、污水系統(tǒng)的建設(shè)情況，采用必要的臨時出口，保證雨水安全排放；設(shè)計(jì)污水管道建成啟用時，下游污水應(yīng)用出路，保證污水得到處理、達(dá)標(biāo)排放。

④根據(jù)過路水系的性質(zhì)，采用臨時溝通或者永久溝通，保證水體的功能；淹沒出流雨水管應(yīng)按管道運(yùn)行時的實(shí)際水力坡度和雨水流量確定管徑，保證雨水排放安全。