基于環(huán)保設(shè)計(jì)理念的橋梁排水設(shè)計(jì)探究

苗成濤

(山東省德州市公路勘察設(shè)計(jì)院,山東德州 253006)

基于環(huán)保設(shè)計(jì)理念的橋梁排水設(shè)計(jì)探究

苗成濤

(山東省德州市公路勘察設(shè)計(jì)院,山東德州 253006)

在環(huán)保設(shè)計(jì)理念的前提下,針對不同的水體保護(hù)原則,進(jìn)行橋面徑流收集方案的計(jì)算,選取經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的排水設(shè)計(jì)方案,是我國橋梁排水設(shè)計(jì)的主要出路。本文從如果橋梁排水不合格,會存在的一些隱患入手,即影響橋梁使用年限、過往車輛的行車安全以及環(huán)保情況的破壞等,陳述了常見排水設(shè)計(jì)方法,比如說:分散排水、集中排水等。接著對橋面排水設(shè)計(jì)的計(jì)算進(jìn)行一系列闡述,包括對橋面徑流量的計(jì)算、設(shè)計(jì)降水歷時(shí)和溝管最小面積的計(jì)算等。深入探究了基于環(huán)保設(shè)計(jì)理念的橋梁排水設(shè)計(jì)。

環(huán)保 設(shè)計(jì)理念 橋梁排水

傳統(tǒng)的橋梁排水設(shè)計(jì)，主要是為了避免由于下雨積水對橋面鋪裝層造成的損壞，因此其設(shè)計(jì)更側(cè)重于排水時(shí)間的計(jì)算、橋面徑流的計(jì)算、橋面排水管的間距和大小、進(jìn)水口的設(shè)計(jì)等。隨著人們出行交通的快速發(fā)展，高速公路網(wǎng)密度的增加，一些跨海、跨湖的橋梁不斷延生，以及人們尊重環(huán)境、保護(hù)水資源等意識的逐步提高，有關(guān)部門對橋梁排水的設(shè)計(jì)研究打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，引入環(huán)保設(shè)計(jì)的理念，明確環(huán)保設(shè)計(jì)優(yōu)先的原則，真正的保護(hù)環(huán)境、和諧發(fā)展。

1 橋梁排水不合格的隱患

1.1 橋梁使用年限

如果降雨量超過預(yù)計(jì)值，而通過橋面裂縫、接縫等地方的滲透防水層進(jìn)入橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水積累太多，不能夠及時(shí)排出。一段時(shí)間后，這些橋面鋪裝層內(nèi)部孔隙的水會達(dá)到飽和狀態(tài)。當(dāng)眾多車輛在橋面上快速行駛時(shí)，會將一部分能力傳遞給孔隙間的水，使橋面鋪裝層的飽和孔隙水獲得一定的壓力和流速。長此以往，橋面鋪裝層會出現(xiàn)剝落、松散、塌陷等現(xiàn)象，致使橋梁內(nèi)部不穩(wěn)定，大大降低了橋梁的使用年限。

1.2 行車安全

橋梁的排水系統(tǒng)應(yīng)該擁有足夠的排水能力，確保過水?dāng)嗝娴纳疃炔粫鹦旭傑囕v車輪的飄滑，保證行車的安全。因?yàn)楫?dāng)橋梁上積水過多時(shí)，駕駛中的車輛在上面行駛會引起車輪的打滑，降低了橋梁的通行能力。更甚者，積水過多還會導(dǎo)致橋梁一系列的水破壞現(xiàn)象，影響過往車輛的行車安全。

1.3 環(huán)保情況

我國有關(guān)環(huán)境保護(hù)法規(guī)定，對于某些特殊地表水體的保護(hù)區(qū)禁止排污。但就實(shí)際而言，橋梁路面的徑流必須在短時(shí)間內(nèi)采用就近分流的方式進(jìn)行疏散，這種方式很難保證可能具有污染特征的橋梁徑流不排放進(jìn)敏感水域。折中的方式是，對于特別敏感的水域，橋梁排水的徑流采用縱向的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保在發(fā)生事故的狀態(tài)下，含有危險(xiǎn)物的水流會沿著縱向排水管道流向預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急池、集水池等，然后進(jìn)行妥善的處理。

2 常見排水設(shè)計(jì)方法

2.1 分散排水

通過加固土路肩，采用漫流的方式排出路面的積水就是分撒排水。分散排水能夠在不影響行車的情況下，短時(shí)間內(nèi)排出路面的積水，還能夠減少滯留水滲入路面的情況，保障橋梁的使用壽命。具體的操作方式就是：在硬路肩外側(cè)設(shè)置平式路緣石，在填方的路段上，采用水泥預(yù)制板硬化來加固土路肩，對于挖方路段的土路肩，加固的方法是從整體上用7.5號的漿切片石來進(jìn)行加固。

2.2 集中排水

在硬路的肩外側(cè)邊緣設(shè)置預(yù)制混凝土攔水帶或者是瀝青攔水埂，然后利用路面上的路拱和一些橫坡、縱坡，將路面水匯集在硬路肩和攔水帶組成的前三角形過水?dāng)嗝鎯?nèi)。之后再根據(jù)實(shí)際施工地的環(huán)境、橋面的日常流量等因素設(shè)計(jì)出有一定間距的泄水口，讓排出的水集中流向預(yù)先設(shè)置的路基兩側(cè)的排水溝中，通過排水管道流走。

3 橋面排水設(shè)計(jì)的計(jì)算

3.1 橋面徑流量的計(jì)算

正常的橋面排水設(shè)計(jì)是，降落在橋面上的雨水通過橋梁外側(cè)護(hù)欄匯集到護(hù)欄的內(nèi)側(cè)，形成一個(gè)人工的街溝，溝里的積水之后會通過預(yù)先設(shè)置的泄水口流入排水管道或排水溝。對于橋面排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要遵循的原則是：橋段內(nèi)、橋面上的設(shè)計(jì)徑流量應(yīng)當(dāng)小于排水管道或排水溝的排水能力。計(jì)算徑流量必須要考慮到施工地常年的降水強(qiáng)度和預(yù)計(jì)的降水強(qiáng)度，然后對于橋面的建造設(shè)計(jì)計(jì)算出一定的徑流系數(shù)，第三個(gè)應(yīng)該考慮的因素是橋面的匯水寬度和匯水長度，因?yàn)樗鼪Q定了橋面最終能承擔(dān)的壓力大小。

3.2 設(shè)計(jì)降水歷時(shí)

降水歷時(shí)包括了匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)的水流到排水口所經(jīng)歷的時(shí)間和雨水在排水管道或排水溝內(nèi)流到設(shè)計(jì)的控制點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。

對于在橋梁坡面匯流經(jīng)歷的時(shí)間而言，主要考慮的是橋面的粗糙系數(shù)、橋面的長度、橋面的橫向坡度和縱向坡度。根據(jù)這些物理因素就可以計(jì)算出水流在坡面上所經(jīng)歷的時(shí)間。對于排水管道或排水溝匯流歷時(shí)而言，主要是包括雨水到達(dá)溝管后流至泄水口的時(shí)間和在縱管內(nèi)流動的時(shí)間。實(shí)際情況中，雨水在溝管中流至泄水口的時(shí)間很短，幾乎可以忽略不計(jì)，因此只考慮雨水在縱管中的流動歷時(shí)。

3.3 溝管最小面積的計(jì)算

全面收集方案和部分收集方案的橋面排水設(shè)計(jì)是根據(jù)橋梁跨域水域的水環(huán)境功能而劃分的。全面收集方案是指當(dāng)水環(huán)境功能在二類及以上時(shí)，水域?yàn)樘峁╋嬘盟乃?，因此橋面的徑流不允許流入水體，相關(guān)單位必須對橋面的徑流進(jìn)行全面收集，之后進(jìn)行岸上處理。部分收集方案是指當(dāng)水環(huán)境功能處于二類以下時(shí)，可以只收集降雨開始一定時(shí)間內(nèi)的徑流，對于之后的雨水可采取讓其直接排入水域的方式。

3.3.1 全部收集方案

橋面縱向匯水長度確定的前提下，需要使用試算法去計(jì)算溝管截面的尺寸。具體步驟有：首先取溝管匯流長度為橋梁坡度內(nèi)的最大長度，得到匯水的面積，再根據(jù)公式得出坡面匯水的時(shí)間。第二步，根據(jù)公式計(jì)算溝管的設(shè)計(jì)徑流量，然后判斷橋面集水管道應(yīng)該選用矩形溝還是圓形管。第三步，計(jì)算溝管的最小截面尺寸。第四步，計(jì)算溝管內(nèi)的平均流速和管內(nèi)的匯流時(shí)間。最后比較坡面匯流時(shí)間和溝管匯流時(shí)間之和是否大于預(yù)計(jì)值。如果大于，則需要增大截面尺寸。

3.3.2 部分收集方案

部分收集方案大體步驟如同全部收集方案，唯一不同的是需要確定收集降水的時(shí)間長度。因?yàn)椴糠质占桨钢恍枰占欢〞r(shí)間內(nèi)的積水，所以確定時(shí)間是重中之重。根據(jù)橋面的長度、粗糙系數(shù)、橫縱向的寬度等物理因素，利用相應(yīng)公式計(jì)算出時(shí)間。其他步驟均按全部收集方案的步驟進(jìn)行。

4 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也帶動了橋梁排水系統(tǒng)的快速發(fā)展。但因?yàn)槲覈纳鷳B(tài)環(huán)境存在的問題比較多，有的地方生態(tài)環(huán)境很脆弱，不能夠再延續(xù)傳統(tǒng)的橋梁排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案?；诃h(huán)境保護(hù)方面的橋梁排水設(shè)計(jì)，在一定程度上緩解了這一破壞。本文涉及的基于環(huán)保設(shè)計(jì)理念的橋梁設(shè)計(jì)方案，對傳統(tǒng)的方案進(jìn)行了一定的創(chuàng)新，比如說：提出跨越大面積水域的橋梁建設(shè)排水設(shè)計(jì)，即全面收集方案和部分收集方案；在確定了溝管內(nèi)的水流長度的前提下，提出了采用試算法進(jìn)行徑流集水溝管的最小過水?dāng)嗝娉叽缬?jì)算等。

[1]姚宇,宰國軍,嚴(yán)青苗,等.基于環(huán)保設(shè)計(jì)理念的橋梁排水設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2011,08(1):32-35.

[2]張燕軍.基于環(huán)保設(shè)計(jì)理念的大跨徑橋梁排水設(shè)計(jì)思路[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013,(7).

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