城市高架橋排水設(shè)計研究

李振宇，孫明巖，2

（1.深圳市特區(qū)建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518048；2.港鐵物業(yè)發(fā)展（深圳）有限公司，廣東 深圳 518019）

城市高架橋排水設(shè)計研究

李振宇1，孫明巖1，2

（1.深圳市特區(qū)建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518048；2.港鐵物業(yè)發(fā)展（深圳）有限公司，廣東 深圳 518019）

為緩解日益增長的交通壓力,高架橋這種道路型式越來越多的被應(yīng)用于在城市交通體系中，因其長期處于露天狀態(tài)，保證橋上車輛的安全及通行能力的同時，必須確保雨后橋面排水迅速，線路通暢。介紹了高架排水的重要性、任務(wù)及排水的方式，對于華南沿海多雨地區(qū)高架橋泄水口布置及排水路徑設(shè)計，提出較可行且效果良好的改進(jìn)措施。

高架橋；橋面排水；雨水量；泄水孔

0　引言

排水設(shè)計是城市高架道路的一個重要組成部分，其直接關(guān)系到高架道路運(yùn)行的安全可靠性、投資的經(jīng)濟(jì)合理性。高架橋排水設(shè)計能否妥善解決排水問題，是確保道路交通正常運(yùn)行的關(guān)鍵。高架排水系統(tǒng)不能及時地排除降水，就會威脅車輛運(yùn)行安全，導(dǎo)致道路交通中斷，而大多數(shù)高架橋一般又位于城市道路系統(tǒng)的咽喉區(qū)域，一旦阻塞影響很大。

高架橋排水是與城市路網(wǎng)密切相關(guān)的工程，解決好高架橋排水問題，應(yīng)當(dāng)選擇經(jīng)濟(jì)合理、切實(shí)可行的排水方案，對于使用過程中積水、泄水不利等情況，需要優(yōu)化設(shè)計及后期改造，務(wù)必確保排水良好。

1　排水坡度擬定原則

高架橋面排水匯水集中、低洼橋面產(chǎn)生較大匯水面積，且橋梁排水立管管徑較細(xì)，不宜于快速排水，容易產(chǎn)生積水現(xiàn)象。排水系統(tǒng)主要由泄水口、排水立管和地面接收井3部分組成。對于縱坡較緩的高架道路，其橋面排水通過每個橋墩處設(shè)置的排水立管分散排泄，但對于立交縱坡較大的高架道路，瞬時雨量較大時，造成低洼地帶積水，通過較小的雨水口及排水立管無法及時排出。如過高架橋面排水系統(tǒng)不完善，不僅會影響立交道路的交通，而且可能影響到周圍區(qū)域的路網(wǎng)整體排水效果。按照坡度分段，設(shè)置如下[1]：

（1）當(dāng)高架橋面縱坡小于0.3%時，雨水主要通過每個雨水泄水孔排放，其地面接收井間隔為20～30 m設(shè)置一個，雨水泄水孔采用排水效果好的頂側(cè)向聯(lián)合式雨水口。

（2）在橋面縱坡大于1.3%、小于2%時，橋面雨水順縱坡往下游流動，在橋面橫坡不大的情況下，實(shí)際水面寬度大于雨水泄水孔寬度，一部分雨水被雨水孔截流，另一部分雨水順流而下，在下流低洼處匯集。在這種狀況下，位于坡道處的高架及坡道雨水口應(yīng)采用排水效果好的頂側(cè)向聯(lián)合式雨水口，同時橋面低洼路段增加雨水口數(shù)量及立管管徑。

（3）當(dāng)橋面縱坡大于2%時，橋面雨水水流處于急流狀態(tài)，部分水流會躍過雨水泄水口而形成跳躍，需要對橋面低洼路段進(jìn)行特殊設(shè)計，以確保雨水順利排放。

2　排水計算

排水計算首先要確定設(shè)計徑流量,然后根據(jù)設(shè)計徑流量來檢算排水管設(shè)置的間距是否合理,即淺三角形過水?dāng)嗝娴挠嬎?最后間距滿足規(guī)范要求就可以根據(jù)設(shè)計徑流量來確定泄水管尺寸。

當(dāng)橋面水不能迅速排泄時，會形成水膜而影響行車安全及通行能力，因此須在橋面匯水處設(shè)置泄水口（道路低洼和易積水地段應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)增加泄水口），以及時排除橋面雨水，確保在設(shè)計重現(xiàn)期內(nèi)排水暢通、不積水。

2.1徑流產(chǎn)生過程

地面點(diǎn)在受雨過程中，首先被植物截留。對于高架橋面而言，混凝土結(jié)構(gòu)且無植物截留，徑流系數(shù)較一般地面大得多，因此余水歷時、徑流歷時、降雨總歷時三者的起始點(diǎn)基本相同，累積入滲量極小。

2.2雨水量計算參數(shù)說明

（1）路面徑流系數(shù)[2]（runoff coefficient）

一定匯水面積內(nèi)地表徑流量（mm）與降水量（mm）的比值，是任意時段內(nèi)的徑流深度y（或徑流總量W）與同時段內(nèi)的降水深度x（或降水總量）的比值。徑流系數(shù)說明在降水量中有多少水變成了徑流，它綜合反映了流域內(nèi)自然地理要素對徑流的影響，根據(jù)《公路排水設(shè)計規(guī)范》[3]規(guī)定，混凝土路面的逕流系數(shù)ψ=0.90。

（2）重現(xiàn)期（recurrence interval）

某特定暴雨強(qiáng)度的重現(xiàn)期指大于或等于該值的暴雨強(qiáng)度可能出現(xiàn)一次的平均間隔時間，單位是年（a）。由于城市高架橋通行能力大，堪稱百年大計，P可取大值。

（3）集水時間（time of flow）

雨水從相應(yīng)匯水面積的最遠(yuǎn)點(diǎn)地表徑流到雨水管渠入口的時間。其計量單位通常以min表示。

2.3設(shè)計徑流量的計算

設(shè)計徑流量的方法是:首先計算匯水面積F,然后根據(jù)公路的等級確定設(shè)計重現(xiàn)期和假定匯流歷時,在缺乏當(dāng)?shù)氐挠炅抠Y料時,可根據(jù)中國5 a一遇10 min降雨強(qiáng)度等值線圖確定標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度q5,10,再通過重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)和降雨歷時轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換成設(shè)計重現(xiàn)期內(nèi)假定匯流歷時的平均降雨強(qiáng)度q,再根據(jù)路面條件確定徑流系數(shù)Φ,這樣就可以計算出設(shè)計徑流量。

例如華南地區(qū)某市高架橋項目:

匯水面積F=9.8×5×10-6=0.000 049 km2

先假設(shè)匯流歷時5 min,設(shè)計重現(xiàn)期為50 a,查等值線圖,5 a重現(xiàn)期和10 min降雨歷時的標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度q5,10=2.5 mm/min。

重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)CP=1.27；

60 min降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)C60=0.4；

降雨歷時轉(zhuǎn)換系數(shù)（t=5 min）C t=1.25；

降雨強(qiáng)度q=CPCtq5,10=1.27×1.25×2.5

=3.97 mm/min；

混凝土路面徑流系數(shù)Φ=0.90；

設(shè)計徑流量QS=16.67ΦqF=16.67×0.90×3.97× 0.000 049=0.003 m3/s。

3　泄水管選擇

設(shè)計徑流量確定，泄水管間距滿足規(guī)范要求后，就可以根據(jù)流量來選擇泄水管。

3.1不同泄水管徑、間距5 m，橫坡2%時的排水能力計算

（1）管徑為Φ120 mm時采用豎排

其中當(dāng)橫坡

ih=2%,H=0.026 m,L=0.6 m,A=0.001 6 m2,n=0.015, Q2=0.002 m3/s。

（2）管徑為Φ170 mm時采用豎排

ih=2%,H=0.026 m,L=0.6 m,A=0.002 0 m2,n=0.015, Q2=0.004 m3/s。

泄水能力見表1。

表1　泄水能力表

3.2根據(jù)規(guī)范的規(guī)定檢驗(yàn)泄水管選擇的合理性

（1）泄水管的橫截面積一般按排泄3倍設(shè)計流量考慮[4]。

橋面低點(diǎn)處泄水口的數(shù)量，應(yīng)根據(jù)匯集到低點(diǎn)的雨水量（Q）及每個泄水口的泄水能力計算，考慮初期雨水中雜物堵塞的影響，實(shí)際布置數(shù)量應(yīng)增加1/5～1/4。泄水管布置的位置一般沿順橋向縱坡方向布置于橋面的低點(diǎn)處。

（2）泄水口的過水面積通常按每平方米橋面不少于2～3 cm2設(shè)置。

當(dāng)?shù)忘c(diǎn)兩側(cè)的坡道縱坡較緩時（2%以下），可適當(dāng)增加布置泄水口，以減輕大量徑流雨水匯集到低點(diǎn)，但不扣減低點(diǎn)處泄水口的數(shù)量，以保證排水安全。當(dāng)?shù)缆房v坡大于2%時，則不必設(shè)置泄水口。面積較大的橋面，在引道、匝道、中間分隔帶等適當(dāng)位置，應(yīng)當(dāng)設(shè)置雨水口。處于最高位置的跨線橋，為了不使雨水徑流過長距離，宜采用泄水口排水，通過立管引入下層檢查井中，如雨量再大則需要配合緊急排水孔完成。

4　結(jié)語

綜上所述，橋面泄水管的最小內(nèi)徑不小于150mm，橋面泄水口3～5 m，豎向布置時能滿足規(guī)范要求，水平設(shè)置時須設(shè)計排水明溝或提高水頭高度的方法才能滿足規(guī)范要求。因此為提高橋梁的使用功能，確保行車安全，延長橋面的使用壽命，應(yīng)加強(qiáng)橋面排水設(shè)計，充分考慮各個因素的影響，從而使得泄水管口布置更加經(jīng)濟(jì)合理。市政道路網(wǎng)平交路口較多，同時應(yīng)詳細(xì)考慮交叉口豎向設(shè)計，保證道路整體排水效果良好。

[1]袁建平,方正,張鴻斌,羅梅.城市立交道路排水設(shè)計[J].中國農(nóng)村水利水電,2006(1):42-43.

[2]孫慧修.排水工程(上冊)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[3]JTG/T D33-2012,公路排水設(shè)計規(guī)范[S].

[4]張昌偉.公路橋梁橋面排水計算的方法 [J].鐵道勘察與設(shè)計, 2008(9):34-36.

[5]段成章.道路平面交叉口豎向設(shè)計基本方法[J].中國市政工程, 2008(2):26-28.

TU992.03

A

1009-7716（2016）02-0126-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.034

2015-10-28

李振宇（1980-），男，河北香河人，工程師，從事工程管理工作。