低海拔海島地區(qū)公路排水處理方法

嚴(yán)文學(xué)　周銘偉

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京　100088)

低海拔海島地區(qū)公路排水處理方法

嚴(yán)文學(xué)周銘偉

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京100088)

摘要:結(jié)合某珊瑚礁海島地區(qū)的氣候特點(diǎn)，介紹了該地區(qū)常用的道路排水設(shè)施，并分析了滲透設(shè)施的滲透能力，據(jù)此擬定了某公路項(xiàng)目的排水方案，提出了排水滲溝的結(jié)構(gòu)要求，以達(dá)到良好的排水效果。

關(guān)鍵詞:道路，排水設(shè)施，滲透系數(shù)，排水滲溝

1　項(xiàng)目概況

本文的工程實(shí)例位于某珊瑚礁海島地區(qū)，該島海拔很低，自然地面最高僅2.4 m，平均1.5 m，超過80%的海島面積海拔不足1 m。擬建公路縱坡非常小，多為平坡，縱向排水較為困難，并且該地區(qū)土地資源極其珍貴，用地非常緊張。項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段就如何解決公路排水問題作了相應(yīng)的研究。

2　常規(guī)的公路排水措施

根據(jù)公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范要求，公路路面表面水應(yīng)通過橫向排流的方式匯集于邊溝、排水溝內(nèi)，并通過排水溝排出公路路基范圍外的自然溝渠、蒸發(fā)池等。而邊溝、排水溝的縱坡坡度應(yīng)結(jié)合路線縱坡、地形、地質(zhì)、出水口位置等情況選定，宜與路線縱坡坡度一致，且不宜小于0.3%。當(dāng)路線縱坡坡度小于溝底最小不淤積縱坡坡度時(shí)，邊溝宜采用溝底最小不淤積縱坡坡度，并縮短邊溝出水口的間距。

由于項(xiàng)目所在地地勢(shì)平坦、海拔低、用地緊張，因此采用邊溝、排水溝加蒸發(fā)池的排水措施不適用，無法滿足溝底縱坡不小于0.3%的要求。

3　當(dāng)?shù)爻Ｓ玫缆放潘O(shè)施

項(xiàng)目所在區(qū)域年平均降水量1 800 mm～2 000 mm，且集中在雨季。珊瑚島礁的地形特點(diǎn)是海拔很低且地勢(shì)非常平坦，因此傳統(tǒng)的邊溝或者埋設(shè)排水管的排水方式在此地并不常用。經(jīng)調(diào)查當(dāng)?shù)爻Ｓ玫膸追N排水方式如下: 1)地下滲溝:當(dāng)?shù)卮蟛糠止凡捎门潘厹霞訚B溝的排水形式，即雨水先從地面匯集至路側(cè)邊溝，然后流入路面下的滲溝，最后滲入地下。2)滲井:部分瀝青道路設(shè)置滲井排水設(shè)施，具體為設(shè)置了圓形PVC雨水管和滲井，雨水由PVC雨水管導(dǎo)入路幅外的綠化帶中的滲井，然后滲入地下。3)路側(cè)散排入滲或綠化帶入滲設(shè)施:該地區(qū)新建的居民聚集區(qū)，有很多新建道路和房建項(xiàng)目，所建道路較寬闊，瀝青路面與人行道之間設(shè)置了樹池，同時(shí)兼做排水的滲溝。4)滲水池:該島居民房屋屋頂一般都設(shè)置了雨水收集裝置，然后將雨水導(dǎo)入蓄水池或者滲水池。5)排水管:在部分靠近海岸堤壩的位置，用排水管集中排水，直接排入海中。

根據(jù)項(xiàng)目的具體情況結(jié)合當(dāng)?shù)氐呐潘O(shè)施使用情況，項(xiàng)目擬采用改進(jìn)的排水滲溝設(shè)施排除路面徑流，具體分析如下。

4　滲水能力分析(滲透計(jì)算)

1) (設(shè)計(jì)原則)根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，滲透設(shè)施的日滲透能力不宜小于其匯水面上重現(xiàn)期2年的雨水設(shè)計(jì)徑流總量。也就是說，滲透設(shè)施的日滲透能力依據(jù)日雨水量當(dāng)日滲透完的原則而定，設(shè)計(jì)雨水量重現(xiàn)期取為2年。由于每天的雨水量不是均勻的，因此如果采用日雨水量當(dāng)日滲透完的原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)，則滲水設(shè)施有可能在雨量最集中的幾個(gè)小時(shí)來不及滲水。根據(jù)搜集到的當(dāng)?shù)赜晁^測(cè)資料，2002年—2011年這十年的最大日觀測(cè)降雨量為123.1 mm，2003年—2012年這十年的最大3 h間隔觀測(cè)降雨量為87.2 mm。將123.1 mm平均到每3 h間隔可得到15.4 mm，這與87.2 mm相差5.66倍。本項(xiàng)目為城市道路，為了提高排水設(shè)施的保障率，本項(xiàng)目按照3 h的雨水量在3 h內(nèi)滲透完的原則來進(jìn)行排水設(shè)計(jì)。

2) (設(shè)計(jì)降雨量)根據(jù)搜集到的2003年—2012年這十年的每3 h間隔觀測(cè)降雨量，運(yùn)用年最大值法，每年的最大3 h間隔觀測(cè)降雨量見表1。

表1　2003年—2012年每年的最大3 h間隔觀測(cè)降雨量

采用維泊爾公式計(jì)算年最大值的經(jīng)驗(yàn)頻率，并利用海森機(jī)頻表格繪制經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，可得重現(xiàn)期為2年對(duì)應(yīng)的3 h間隔降雨量約為74 mm。

3)設(shè)計(jì)徑流總量。根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》，雨水設(shè)計(jì)徑流總量按下述推理公式確定:

其中，W為雨水設(shè)計(jì)徑流總量，m3;ψ為雨量徑流系數(shù); h為設(shè)計(jì)降雨量厚度，mm; F為匯水面積，hm2。

匯水面積按道路長(zhǎng)度每延米計(jì)算:

參照規(guī)范的條文說明，徑流系數(shù)按瀝青混凝土路面取ψ=0.9(規(guī)范值為0.8～0.9)。

根據(jù)前述設(shè)計(jì)降雨量的計(jì)算，h =74 mm。

由此計(jì)算可得每延米道路的設(shè)計(jì)徑流總量。

4)最小有效滲透面積。根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》，滲透設(shè)施的滲透量與有效滲透面積有以下關(guān)系式:

其中，Ws為滲透量，m3;α為綜合安全系數(shù)，反映滲透設(shè)施積淀塵土顆粒后滲透效率的下降，取中值0.65(規(guī)范值0.5～0.8) ; K為滲透系數(shù)，m/s; J為水力坡降，取1.0(規(guī)范值1.0) ; A為有效滲透面積，m2; t為滲透時(shí)間，s。

滲透時(shí)間取t =3 h =10 800 s。

滲透系數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)滲透試驗(yàn)得到，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了5組共11次滲透試驗(yàn)，得到的現(xiàn)場(chǎng)滲透速度分別為: 4.0×10－4，1.4×10－4，1.0× 10－4，4.0×10－4，4.2×10－4，2.03×10－4，保守起見，本項(xiàng)目滲透系數(shù)取為K =1.0×10－4m/s。

取Ws= W =0.499 5 m3。

代入上述公式，可得到每延米滲透設(shè)施所需的有效滲透面積為:

5　項(xiàng)目排水設(shè)施的擬定

參照當(dāng)?shù)爻Ｓ玫呐潘Y(jié)構(gòu)，結(jié)合本項(xiàng)目的橫斷面布置情況，本項(xiàng)目擬定了滲溝排水和路側(cè)散排兩種排水方案。

在沒有設(shè)置突起式人行道、路側(cè)排水不受限制的路段，直接散排至路側(cè)，然后滲透至地下。

在設(shè)置有突起式人行道的路段，人行道下設(shè)置拼裝式鋼筋混凝土矩形邊溝(下底開口)和珊瑚砂滲透層，共同組成滲溝排水系統(tǒng)，見圖1。

雨水首先通過進(jìn)水口進(jìn)入鋼筋混凝土矩形邊溝，然后通過邊溝底面的開口滲入兩層粗粒式珊瑚砂，最后通過珊瑚砂滲透層的底面，直接滲入地下。根據(jù)前述計(jì)算，雨水是否能在設(shè)計(jì)時(shí)段內(nèi)順暢排入地下而不在鋼筋混凝土邊溝內(nèi)滯留，取決于設(shè)計(jì)時(shí)段內(nèi)的進(jìn)水量和有效滲透面積。根據(jù)3 h的雨水量在3 h內(nèi)滲透完的原則，對(duì)應(yīng)重現(xiàn)期2年的3 h間隔降雨量，需要的有效滲透面積為0.711 m2，換算到每延米排水設(shè)施，所需的最小滲透層寬度為B = 0.711 m。同理，可計(jì)算出將重現(xiàn)期調(diào)整為5年(對(duì)應(yīng)重要建筑物)時(shí)，所需的最小滲透層寬度為B =0.838 m。

圖1　滲溝排水系統(tǒng)

本項(xiàng)目人行道寬度為1.5 m，為保守起見，本項(xiàng)目的珊瑚砂滲透層的寬度取為1.5 m。

6　排水滲溝結(jié)構(gòu)要求

排水滲溝系統(tǒng)由兩部分組成，上部是由預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件拼裝而成的矩形邊溝，下部是滲水土工布包裹的珊瑚礫石。

上部的矩形邊溝由蓋板、側(cè)板1、側(cè)板2、底板拼裝而成，各構(gòu)件預(yù)制時(shí)需注意預(yù)留拼接富余量，拼接后各構(gòu)件之間、各節(jié)段之間用水泥砂漿勾縫。矩形邊溝與瀝青面層的接觸面須噴灑粘層油。安裝時(shí)應(yīng)注意蓋板、側(cè)板1、側(cè)板2、底板等構(gòu)件的相對(duì)位置和方向，確保安裝準(zhǔn)確。

下部的滲溝珊瑚礫石填料可由天然珊瑚砂篩分而得，選取2 mm～60 mm粗料作為填料，需要注意:滲水填料應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬清潔，級(jí)配良好，小于2.36 mm細(xì)料含量不大于5%，含泥量不大于1%，填料孔隙率不小于30%。

滲溝填料分為兩層，其上下共設(shè)置三層滲水土工布，側(cè)面的豎向邊界也需要包裹。滲水土工布采用短纖針刺非織造土工布。拼裝式鋼筋混凝土矩形邊溝與其正下方的滲溝填料之間不設(shè)置土工布，此處的上層滲溝填料與矩形邊溝溝底直接相通，便于雨水?dāng)y帶垃圾和雜質(zhì)的過濾和清理。上層滲溝填料厚度為10 cm，下層滲溝填料為15 cm～25 cm，下層滲溝填料的厚度由地下水位的高度決定，當(dāng)?shù)叵滤惠^淺、到矩形邊溝底板的距離小于20 cm時(shí)，下層滲溝填料厚度為15 cm;當(dāng)?shù)叵滤惠^深、到矩形邊溝底板的距離大于20 cm時(shí)，下層滲溝填料厚度為25 cm。在局部地下水位過深、到矩形邊溝底板的距離大于35 cm的位置，應(yīng)加厚下層滲溝填料的厚度直至下層滲溝的底面達(dá)到地下水位標(biāo)高。

7　結(jié)語(yǔ)

對(duì)于低海拔海島地區(qū)的公路排水設(shè)計(jì)，與一般地形的公路排水設(shè)計(jì)相比，其設(shè)計(jì)及施工難度更大，更復(fù)雜，大多情況下不能采用規(guī)范里傳統(tǒng)的排水設(shè)施，并且各地區(qū)的地形地質(zhì)情況各異，因此必須結(jié)合項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行深入的研究，并做好后期的跟蹤監(jiān)測(cè)以檢驗(yàn)其排水效果。

Highway drainage treatment methods in low-altitude island

Yan Wenxue Zhou Mingwei
( China Communication Highway Planning＆Design Institute Co.，Ltd，Beijing 100088，China)

Abstract:Combining with climate properties of the coral reef island area，the paper introduces common road drainage equipment，analyzes permeability of the permeability equipment，makes a plan of the highway project drainage scheme，and finally puts forward drainage ditch structure demands，so as to achieve good drainage effect.

Key words:road，drainage equipment，permeability coefficient，drainage ditch

作者簡(jiǎn)介:嚴(yán)文學(xué)(1982-)，男，工程師;周銘偉(1984-)，男，工程師

收稿日期:2015-11-22

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0160-02

中圖分類號(hào):U417.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A