基于雨水管理的下凹橋區(qū)道路工程設計研究

馬莉

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

基于雨水管理的下凹橋區(qū)道路工程設計研究

馬莉

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

收集北京市四環(huán)路內全部采用強制排水下凹式立交橋的設計資料，從下凹式立交占比、下凹式立交相關道路的路網(wǎng)功能、立交選型及平面布置、縱斷面、橫斷面等方面，對設計資料進行整理和統(tǒng)計，定性分析設計指標對雨水管理的影響，提出基于雨水管理的下凹式立交設計需額外考慮的影響因素及應對措施。

下凹式立交；立交設計；雨水管理；立交特點

0　引言

北京城區(qū)土地使用強度的增加，導致城區(qū)地面絕大部分被不透水的建筑物和路面所覆蓋，雨水排除需求逐年增加。另外由于近年來氣候的變化，北京面臨局地性、短歷時、高強度暴雨發(fā)生的頻率呈增加的態(tài)勢。一系列不利因素，導致北京近年來內澇嚴重，影響了城市的正常運轉。而城市道路內澇最嚴重的位置一般為下凹式立交橋區(qū)，故本文從現(xiàn)有下凹橋區(qū)道路工程特點入手，以利于雨水控制及排除的角度，針對性研究道路設計中各技術指標參數(shù)的應用情況。

1　綜述

北京市四環(huán)內立交橋共計219座，其中道路與道路立交173座，道路與鐵路立交46座。下凹式立交共計56座，其中道路與道路立交33座，道路與鐵路立交23座。

統(tǒng)計可知，下凹式立交應用廣泛，占比較大，為25.57%；鐵路與城市道路立體交叉，更容易形成下凹立交（50%的城市道路與鐵路立體交叉采用下凹式方案）。

綜合分析，選擇下凹立交方案的主要原因如下：（1）景觀需要：地面層為人流量較大的廣場等，道路采用下穿形式，形成較好的視覺感受；（2）經(jīng)濟因素：采用下凹立交節(jié)省造價；（3）功能需求：下穿道路與周邊建筑地下停車場銜接，方便出行；（4）地面層為鐵路，選擇上跨鐵路不能滿足周邊銜接需要。故下凹立交將在今后的城市道路建設中長期存在。

2　路網(wǎng)功能分析

通過立交道路等級確定道路在路網(wǎng)中的功能，進而對其特點進行分析。

2.1道路等級統(tǒng)計

對56座下凹式立交的相關道路進行統(tǒng)計，具體見表1。

表1　上跨及下穿道路等級分類統(tǒng)計表

2.2分析

（1）下凹立交主要用于快速路節(jié)點

快速路系統(tǒng)需滿足連續(xù)通行的條件，相交道路均需采用立交形式。實際工程中在建設條件受限的情況下，會采用下凹式立交。

（2）下凹道路等級較高

分類統(tǒng)計，主干路以上的下凹道路占總量的76.78%，由于高等級道路是城市路網(wǎng)的交通骨架，做好其雨水管理，對保障人民生命財產(chǎn)安全、維護全市交通系統(tǒng)正常運營至關重要。

（3）鐵路上跨城市道路

當鐵路與城市道路形成下凹立交時，北京市所有鐵路均上跨城市道路，城市道路包含了全部的道路等級，分析原因如下：（1）北京市鐵路的建成年代早，考慮當時其對周圍環(huán)境影響、造價及技術特點等因素，較少采用高架或地下形式；（2）隨著城市建設的發(fā)展及鐵路運力的增加，城市道路與鐵路交叉改建為立體交叉形式；（3）由于鐵路需求凈空高、線形要求嚴苛等特點，改建立交時進行經(jīng)濟分析后，大多選用了下凹式立交的形式。

3　平面總體布置

由立交類型看平面總體布置，立交選型主要參照節(jié)點的交通轉換功能及轉換量需求，滿足要求的立交平面布置方案中，不同的方案占地面積不同，形成下凹橋區(qū)后雨水的排除需求差別也較大。

3.1立交類型統(tǒng)計

對56座下凹式立交的形式進行統(tǒng)計，具體見表2。

表2　立交形式統(tǒng)計表

3.2分析

總體上，下凹式立交橋涵蓋了城市常用立交類型。其中簡易立交（包含分離式立交及菱形立交）占比較大，為60.71%，是下凹式立交的主要形式。簡易立交平面布置簡單，所占面積較小，相對于其它立交類型，更加有利于雨水管理。

從立交類別來看，立B類占比最大，為53.57%，均為城市道路與城市道路相交；立C類其次為41.07%，均為鐵路與城市道路相交。該兩類立交占總數(shù)的94.64%，是下凹式立交橋中最重要的類型。立A2類大型互通立交數(shù)量很少，此類立交一般不易形成下凹橋區(qū)，需具體問題具體分析。

4　縱斷面

豎向高差是下凹式立交形成積水的根本原因，故豎向方案對雨水管理的影響最直接?？v斷面主要的控制因素為坡度、坡長和坡差，三者相互關聯(lián)，其取值將不同程度的影響立交的匯水面積。

4.1指標統(tǒng)計

對49座下凹式立交的96條下穿道路縱坡進行統(tǒng)計，獲得192處坡長、平均坡度及坡差數(shù)據(jù)，分類統(tǒng)計見圖1～圖4。

圖1　平均縱坡度分布圖

圖2　平均縱坡長分布圖

圖3　不同行車速度下的平均總坡長分布圖

圖4　坡差分布圖

進一步對下凹道路凈空進行統(tǒng)計，均符合規(guī)范要求，即主路凈空均大于4.5 m，允許各種機動車通行；輔路凈空均大于3.5 m（部分大于4.5 m），允許小客車通行。

4.2分析

（1）縱坡度

從平均坡度的絕對值看，大部分均在4%以下，總體集中在1.5%～3.5%之間，占道路總數(shù)的88.5%，其中又以2.5%左右的坡度最為普遍，約占總數(shù)的43%；小于2%的縱坡度約占總數(shù)的36%。

過小的坡度不利于雨水的排除，在凈高相同的前提下，縱坡越小，道路范圍內的匯水面積就越大，從而增加排水需求。

（2）縱坡長

從坡長總體分布看，下穿道路坡長主要集中在100～400 m范圍內，占總數(shù)量約達80%。其中200～300 m最多，占總數(shù)量約40%。

從不同設計速度的坡長統(tǒng)計分布看，下穿道路等級越高，相應坡長越長，分布區(qū)間也越廣?？焖俾罚▽O計車速80～100 km/h以上）由于線型標準較高，坡長分布的區(qū)間最廣（100～1 400 m），坡長總體也最長。主干路（對應車速40～60 km/h）的坡長范圍小一些（100～700 m），次干路及支路等30 km/h以下的道路，相應坡長在較小的范圍內。

（3）坡差

由統(tǒng)計結果看，實際道路的坡差在一個較大范圍內變動，其中大于6.5 m的坡差很多，其中最大處甚至達到21.29 m（蓮花橋）。過高的坡差易形成長距離下坡地段，導致匯水面積急劇增加，對排水相當不利，在縱向規(guī)劃及縱斷面設計中應引起足夠重視。

5　橫斷面

對56座下凹式立交的下凹道路橫斷面形式、道路等級及車道數(shù)進行了統(tǒng)計。

5.1分離式立交

城市道路下穿鐵路（分離式立交）時，城市道路路幅與路段相同，基本上都采取主輔路（或機非分離）的橫斷面布置型式。

對主輔路高差進行統(tǒng)計，73.7%的下凹主輔路存在高差，且高差位于0.8～1.8 m之間。

5.2其它立交

城市道路立交中，下穿道路采用主輔路形式的情況在各立交形式中普遍存在，占總數(shù)的45.45%。

對主輔路高差進行統(tǒng)計，66.67%的下凹主輔路存在高差，其中蓮花橋主輔路高差最大為2.2m，其它均在0.5～1.6 m之間。

5.3分析

下凹道路采用主輔路形式且主輔路之間存在高差（主路允許各種車輛通行，輔路允許小客車通行），有如下優(yōu)點：（1）為立B類立交時，轉向車流對主路影響較小，可保證主路通行能力；（2）輔路凈空較低，可部分降低工程投資；（3）從排澇方面看，主輔路高差形式橫斷面安全系數(shù)更高，當主路發(fā)生積水情況時，輔路可短時間內起到緊急疏導交通的作用，為積水期間應急交通組織提供有利條件。

菱形立交的匝道系統(tǒng)與相交路平交，其下穿部分一般不設輔路，但其匝道系統(tǒng)亦可承擔臨時交通導流的作用。

6　設計對策

城市道路設計階段相關技術指標的選取是排水系統(tǒng)設計的基礎，合理選擇指標將有利于雨水管理及風險控制。

6.1立交選型及平面設計

立交選型及平面布置，基本決定匯水面積的大小，由此直接影響到雨水排除需求，設計階段減小匯水面積較易于實現(xiàn)。

簡易立交平面布置簡單，所占面積一般較小，立交范圍內雨水排除需求量相對較少，是利于雨水管理的立交型式。在滿足交通需求的情況下，下凹立交選型宜首先考慮該型式。

對于選定的立交型式，場地設計時應增加控制匯水面積的環(huán)節(jié)，必要時采用一定的工程措施，以減少匯水面積，或考慮分散匯水面積。

此外，由于復雜立交系統(tǒng)的積水風險相對較大，在設計中，應盡量避免匝道下穿多條其它道路，形成長距離下穿段。

6.2交通組織

交通組織對應急期間的交通保障能力有著直接影響。從利于排水的角度考慮，方案設計時應根據(jù)不同立交型式，對交通組織進行優(yōu)化。（1）城區(qū)內分離式立交主要為鐵路交叉口，應考慮利用路網(wǎng)設置繞行線路，替代積水中斷的直行交通，保障路網(wǎng)系統(tǒng)的通達性；（2）菱形、環(huán)形立交應盡量將平交部分置于上層。當平交部分暢通時，各個交通轉向都是暢通的，通達性好；（3）苜蓿葉立交的下凹道路宜設置輔路系統(tǒng)，輔路系統(tǒng)與匝道系統(tǒng)銜接，可為積水期間的各轉向交通提供基本保障。

6.3縱斷面

工程應用中，下凹道路縱斷面仍需以滿足工程造價、景觀及行車舒適性等基礎，但如果能兼顧雨水管理與控制，可有效降低橋區(qū)積水風險。（1）從減少排水壓力的角度考慮，縱斷面設計中應考慮提升上跨層高程、減少結構厚、消除富余凈空及兩側用地高程局部調整等工程措施；（2）在設計時，宜選擇較大的坡度，縮短坡長。另外可在同向縱坡度之間設置反坡段，形成“分水嶺”式的線型，以較小的工程代價，高效控制匯水面積（同時可以控制客水的匯流方向），不但有利于減少下凹橋區(qū)路面排水的壓力，也為管線高水系統(tǒng)及低水系統(tǒng)的設置提供便利條件；（3）不同縱坡宜選用不同的配套排水設施。當坡度較大時，應考慮增加路中截

（4）專題衡量河道交叉口的橋梁規(guī)劃是否合理。

3.3.2解決多學科綜合問題

城市橋梁規(guī)劃是解決多學科的綜合問題，要及時征求相關學科的意見，進行統(tǒng)籌與協(xié)調。同時，除了聽取主管單位和實施部門的意見外，還很有必要通過網(wǎng)絡及座談會等不同形式吸收相關單位和市民意見，并將合理意見反映進規(guī)劃內容。

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6.4橫斷面

（1）下凹道路宜布置為主輔路且輔路高位運行的形式，輔路可為應急期間的交通暢通及應急救援帶來便利條件；（2）現(xiàn)況輔路系統(tǒng)大多較窄，應對突發(fā)事件時的支撐條件較差。建議輔路橫斷面選擇單向布設兩車道及以上方案，對于僅存在非機動車系統(tǒng)的，宜考慮增大非機動車道及人行道的凈空，便于應急期間車輛通行；（3）宜采取工程措施如減小輔路部分結構厚度等，抬高輔路高程，為應急措施爭取時間，增加一道應急防線。

U412.35+2

B

1009-7716（2016）02-0060-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.015

2015-11-02

馬莉（1982-），女，山東濰坊人，工程師，從事道路設計與研究工作。