東莞市人民北立交雨水泵站設(shè)計及相關(guān)分析

張 卿

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,城市的交通已經(jīng)成為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)中的重要問題。為緩解城市道路網(wǎng)絡(luò)日益緊張的狀況以解決交通的擁擠和不暢,就需要疏導(dǎo),避免或減少各種交通工具的交叉,設(shè)置道路立交橋是解決這一問題的有效辦法。

道路立交分道路與道路立交及道路與鐵路立交兩大類。按交叉的結(jié)構(gòu)形式分上跨式和下挖式立交兩種。下挖式立交橋的下層路面最低點(diǎn)標(biāo)高,一般低于附近地面高程 3m～6m。

濱海大道為東莞市虎門鎮(zhèn)南北向干線性城市主干道,縱貫虎門中心區(qū)、新灣兩大板塊,是虎門鎮(zhèn)新規(guī)劃的城市中軸線。人民北路立交地勢低洼,為避免人民北路周邊雨水進(jìn)入下穿通道,雨水采用高水高排,低水低排。下穿通道內(nèi)雨水及周邊低洼地塊的雨水,采用泵站抽排。本文主要討論東莞市濱海大道人民北立交的雨水泵站設(shè)計。

1 立交排水水量的計算

雨水量計算公式[1]:

其中,Q為雨水設(shè)計流量,L/s;φ為徑流系數(shù),根據(jù)地面鋪設(shè)種類確定,一般φ=0.7～0.9;q為設(shè)計暴雨強(qiáng)度,L/s?104m2;F為匯水面積,hm2。q值根據(jù)各地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式,由設(shè)計重現(xiàn)期P(年)及集水時間t(min)兩個參數(shù)確定。P與t值的選定與一般雨水量計算有所不同。P值選擇高于一般道路排水標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)工程的重要性、道路等級以及地形特點(diǎn)而定。t值系指自匯水面積的最遠(yuǎn)端,流至道路最低點(diǎn)的時間,不計管內(nèi)流行時間,根據(jù)規(guī)范t值選用5min～10min[2]。

1.1 綜合徑流系數(shù)ψ的取值

降水量一部分下滲,一部分消耗與蒸發(fā),其余部分則形成地面徑流。徑流系數(shù)ψ是一定匯水面積內(nèi)地面徑流水量與降雨量的比值,是小于 1的無量綱參數(shù)?；炷良盀r青路面 ψ按 0.85～0.95取值,綠地取值 0.15,非鋪砌路面取值 0.30,綜合徑流系數(shù)按地面種類加權(quán)平均計算。需要特別指出的是,對于一些下穿立交,為美化景觀設(shè)置了綠化分隔帶,植樹或植草,但這些泵站服務(wù)范圍內(nèi)的綠地由于下滲渠道的不暢,降水基本形成徑流,如果仍按綠地性質(zhì)進(jìn)行加權(quán)計算顯然是不合理的。

本工程濱海大道上跨人民北路,人民北路的地勢低洼,且濱海大道周邊的RA,RB,RC,RD匝道縱坡很陡,雨水匯入人民北路通道里,根據(jù)道路平面圖,大部分是機(jī)動車道,綠化帶占少數(shù),故綜合徑流系數(shù)ψ取 0.90。

1.2 設(shè)計暴雨重現(xiàn)期P的取值

下穿立交因整個雨水排水系統(tǒng)較周圍環(huán)境要低,需重點(diǎn)考慮排水的安全性,國家現(xiàn)行規(guī)范[1]規(guī)定:雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期,應(yīng)根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點(diǎn)和氣候特征等因素確定。下穿立交暴雨設(shè)計重現(xiàn)期不小于 3年,重要區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)提高,同一立體交叉工程的不同部位可采用不同的重現(xiàn)期。一般城市次干道采用 3年～5年,城市主干道采用 5年～10年。如上海五洲大道張楊北路下立交采用 5年,上海中環(huán)線地道采用 10年,地鐵及越江隧道敞開段設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為 50年,重現(xiàn)期 10年與 5年的計算暴雨量相差 15%～25%。鑒于本地道下穿廣深高速公路和濱海大道,且濱海大道上方還有一層?；⒏咚傩侣?lián)支線,該路段屬于濱海大道重要的交通節(jié)點(diǎn),故適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn),采用 P=5年計算, P=10年校核。

1.3 地面集水時間t1的取值

地面集水時間t1與坡長L、地面坡度i、地面粗糙度n等有關(guān)。地道一般取5m in～10 min,實際上由于地道坡度大(一般引道3%～8%,下穿涵洞0.3%～0.5%),坡長較短(100m～300m),t1常常小于 5m in。鑒于地道設(shè)計千差萬別,坡度、坡長均各不相同,筆者認(rèn)為最好通過計算確定,計算公式可參照現(xiàn)行 JTJ 018-1997公路排水設(shè)計規(guī)范 3.0.4公式:

1.4 匯水面積的劃分

在道路設(shè)計中應(yīng)盡量避免過多的將周邊支路直接入立交部分,或者支路在接入干路之前設(shè)置反坡,防止立交范圍以外的雨水流入立交低點(diǎn)。同時將擋墻頂加高,高出地面 0.3 m～0.5m[3]。另外由于國家沒有相應(yīng)的規(guī)范控制道路支線接入道路立交部分設(shè)計,所以立交泵站排水設(shè)計過程中應(yīng)對這部分支路未知量有充分的估計,并應(yīng)對業(yè)主和道路設(shè)計提出相關(guān)的建議。

以東莞濱海大道人民北立交的實際工程為例,以 RA,RB, RC,RD匝道及人民北路的變坡點(diǎn)作為匯水面積的分界點(diǎn),該立交形式猶如倒置的雨傘,傘底是人民北路立交最低點(diǎn),而四條匝道猶如傘架,雨水沿著匝道匯入人民北路,然后進(jìn)入雨水泵站。雖在RA等四條匝道已增設(shè)相應(yīng)的雨水設(shè)施,截留部分雨水,但出于安全考慮,匯水面積是從匝道的變坡點(diǎn)劃分,若雨水口或者雨水系統(tǒng)堵塞,雨水直接進(jìn)入立交通道,雨水泵站的規(guī)模適當(dāng)偏大些。故地塊匯水面積為6.58 ha,擋土墻面積為 0.158 6 ha,總匯水面積為6.74 ha。

立交范圍外地塊的排水系統(tǒng)尚在完善中,本次匯水面積沒有計入常虎高速新聯(lián)支線地塊匯水面積。該地塊的排水通過增設(shè)排水設(shè)施,調(diào)整場地豎向或調(diào)整排水溝走向,進(jìn)行有組織排放。且該方案已經(jīng)報給業(yè)主及?；⒏咚俟芾硖?周邊地塊的排水必須按照本排水方案圖,將該地塊的雨水引入道路西側(cè)的排水箱涵,嚴(yán)禁進(jìn)入立交抽升排水系統(tǒng)。

2 收水形式的探討

一般情況下,下穿立交雨水泵站的收水形式有 3種:

1)在立交地道的進(jìn)出口處設(shè)置橫截溝,為加強(qiáng)阻水效果,還可在駝峰外加設(shè)2道橫截溝。該方式收水效果最為有效,但由于下穿立交縱坡較大,行車速度較快,橫截溝損壞、雨水箅子斷裂等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,車速快時甚至?xí)鹩晁胱?嚴(yán)重影響行車安全[4]。2)在路面層較厚情況下,部分下穿立交可在道路兩側(cè)利用路面層設(shè)排水溝,上設(shè)雨水箅子,或在溝壁設(shè)置立式雨水格柵,這種形式結(jié)構(gòu)簡單、布置美觀,缺點(diǎn)是在道路最低點(diǎn)受豎曲線的影響,邊溝縱坡急劇變小,過水能力同樣減少,存在淤積及排水能力不足的現(xiàn)象。3)布設(shè)雨水口,此種方式最為廣泛。但雨水口易受樹葉、垃圾等雜物的阻塞,在布置雨水口時,應(yīng)考慮一定的堵塞系數(shù),建議按 0.5～0.8取值。具體采用何種收水形式,應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)因地制宜合理采用。

本工程人民北路的雨水系統(tǒng)是采用在道路兩側(cè)做邊溝形式,最終匯入最低點(diǎn),在道路縱坡減小的地方將雨水邊溝加大,增大過水?dāng)嗝妗?/p>

3 立交雨水泵站設(shè)計

3.1 立交雨水泵站的平面位置及組成

由于工程所在位置綠化帶里同時布置有500 kV的高壓鐵塔,鐵塔不能移位,并且按電力設(shè)計規(guī)程,鐵塔的基礎(chǔ)邊緣要離高速公路邊緣保證 15m的安全距離。因此用地受到限制,泵站布置比較緊湊。本項目泵站布置分為:格柵間、集水池、泵房間、出水箱涵、變配電間、附屬值班室等。

3.2 立交雨水泵站的工藝流程

進(jìn)水箱涵→格柵間→泵房→4m×2.6m出水箱涵→2.5m× 1.5m出水箱涵→下游排洪渠。

3.3 泵房間

對于立交排水標(biāo)準(zhǔn)要求高的地區(qū)或排水范圍比較大,雨水設(shè)計流量變化大時,設(shè)計時可配置不同規(guī)格的水泵,大小搭配;也可采用變頻調(diào)速裝置或葉片可調(diào)式水泵。本設(shè)計雨水泵房一座,為半地下式,泵站的設(shè)計標(biāo)高是以室內(nèi)地坪標(biāo)高 8.30m,采用的是同型號的四臺潛污泵,主要技術(shù)參數(shù):Q=3 960m3/h,H=12 m, N=185 kW。由于受地方所限,沒有增設(shè)備用泵。

3.4 出水箱涵

出水井一般設(shè)計為半開敞式或開敞式的渠道,主要是避免密閉式的出水渠道在水泵驟?；騿訒r對下游排水管道的沖擊,同時保護(hù)出水管道上設(shè)置的止回閥或閘閥等防倒流設(shè)施,避免對泵、電機(jī)和管路的破壞,延長設(shè)備使用壽命。本工程出水箱涵為4.0m×2.6m,具體見圖1,類似于壓力釋放井,增設(shè)了 0.5m的水墊,水泵的出入管出水在箱涵里進(jìn)行消能后,然后進(jìn)入下游出水箱涵。

4 結(jié)語

通過對東莞人民北立交的雨水泵站的設(shè)計探討,發(fā)現(xiàn)下穿通道作為雨水排放系統(tǒng)的最不利點(diǎn),立交排水管線設(shè)計應(yīng)從道路走向、排水范圍(水量)、雨水口的布置、雨水管管徑計算、外部排水管的排水標(biāo)準(zhǔn)(排水能力)等多方面進(jìn)行考慮,只有這樣才能保證雨水順利進(jìn)入泵站,并順暢排除。

[1] GBJ 14-87,室外排水設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB/T 50265-97,泵站設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 王曉宣.立交雨水排水及泵站設(shè)計相關(guān)分析[J].山西建筑, 2009,35(26):266-267.

[4] 張培龍.上海華翔路地道雨水泵站設(shè)計[J].中國市政工程, 2010(2):37-39.