規(guī)劃邊界區(qū)大型樞紐立交雨水排水方案設(shè)計(jì)

摘要：文章以某大型樞紐立交的排水設(shè)計(jì)為例，結(jié)合規(guī)劃對(duì)該立交所在片區(qū)上下游排水系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用推理公式法進(jìn)行排水管網(wǎng)水力計(jì)算，采用數(shù)學(xué)模型法進(jìn)行立交排水系統(tǒng)內(nèi)澇核算，提出適合大型樞紐立交的排水設(shè)計(jì)方案及建議，可為今后大型樞紐立交排水提供參考。

關(guān)鍵詞：大型樞紐立交；排水系統(tǒng)；內(nèi)澇核算

U442.5A541734

0 引言

城市立交是現(xiàn)代化城市的重要標(biāo)志，在城市重要交通交匯點(diǎn)建立的上下分層、多方向行駛、互不干擾的現(xiàn)代化大型樞紐立交更是縱橫交錯(cuò)，起著分流各個(gè)方面車輛及行人的重要作用。而立交排水相對(duì)于原來(lái)單一的地面道路排水顯得更為復(fù)雜，立交排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期也往往高于單一地面道路的重現(xiàn)期，特別是下穿段立交的地面，往往比周圍低，若排水設(shè)計(jì)不合理將導(dǎo)致內(nèi)澇發(fā)生，立交的排水方案也與立交型式關(guān)系密切。一般情況下，立交排水遵循高水高排、低水低排的原則，其設(shè)計(jì)重現(xiàn)期也高于一般路段。本文以城市邊界區(qū)某大型樞紐立交為例，探討立交排水設(shè)計(jì)方案，希望為同類型工程項(xiàng)目提供參考。

1 項(xiàng)目概況

擬建項(xiàng)目為主干路與快速路相交的城市互通立交，位于南寧市城市規(guī)劃區(qū)邊界，其中主干路為南北向，快速路為規(guī)劃東西向，北側(cè)與快速路平行的位置需自北向南分別跨越現(xiàn)狀客貨共用普通鐵路、在建高鐵。綜合立交使用功能及排水條件，立交型式自北向南為下穿兩個(gè)沿線鐵路+對(duì)角象限雙環(huán)式變形苜蓿葉+二層棱形互通立交，地面慢行交通系統(tǒng)設(shè)置北側(cè)輔道上跨南側(cè)輔道下穿的方案，如圖1所示。本項(xiàng)目快速路以北大部分為待開(kāi)發(fā)區(qū)，沿線相交道路均未開(kāi)發(fā)，立交東北側(cè)片區(qū)未有相關(guān)規(guī)劃。

2 雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 現(xiàn)狀及規(guī)劃雨水情況分析

本項(xiàng)目位于規(guī)劃區(qū)邊界，沿線主干道與快速路圍合的東北側(cè)地塊未有相關(guān)規(guī)劃，沿線立交雨水工程規(guī)劃自北向南排至現(xiàn)狀砧板溝。經(jīng)現(xiàn)狀調(diào)查，建設(shè)項(xiàng)目沿線現(xiàn)狀地形起伏較大，道路周邊大部分暫未開(kāi)發(fā)，暫時(shí)沒(méi)有完整的排水系統(tǒng)，雨水都是順勢(shì)排入周邊低洼處或天然水系。沿線立交南北側(cè)均與現(xiàn)狀水系——砧板溝、派曉溝相交，兩個(gè)水系可作為本項(xiàng)目的雨水排放出路。

派曉溝橫穿本項(xiàng)目，現(xiàn)狀為土溝，溝底標(biāo)高為78.70 m，50年一遇洪水位為81.20 m。砧板溝橫穿本項(xiàng)目，其起點(diǎn)為大派水庫(kù)，在天合路相交處道路設(shè)置了兩孔B×H=5 000×4 000過(guò)路箱涵，箱涵底標(biāo)高72.46 m，50年一遇洪水位75.56 m，砧板溝為規(guī)劃保留水系。

2.2 雨水量設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

雨水流量的計(jì)算采用南寧市暴雨強(qiáng)度公式：

q=4 306.5861+0.516lgPt+15.2930.793（l/s·hm2）（1）

式中：t——降雨歷時(shí)（min），t=t1+t2。

P——立交范圍內(nèi)30 a，其余路段5 a，內(nèi)澇核算重現(xiàn)期50 a；

t1——地面集水時(shí)間，立交范圍內(nèi)地面集水時(shí)期5 min，其他段10 min；

ψ——綜合徑流系數(shù)0.7，立交范圍路面0.9，綠地0.15。

本項(xiàng)目匯水區(qū)面積lt;2 km2，采用推理公式進(jìn)行雨水管渠水力計(jì)算，但排水系統(tǒng)包含調(diào)蓄設(shè)施或除綠色屋頂外的源頭減排設(shè)施時(shí)，宜采用數(shù)學(xué)模型法進(jìn)行內(nèi)澇核算［1］。

2.3 雨水排水總體方案比選

根據(jù)片區(qū)雨水規(guī)劃，結(jié)合道路規(guī)劃豎向及水系現(xiàn)狀調(diào)查，對(duì)本樞紐立交設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的雨水排水總體設(shè)計(jì)進(jìn)行2個(gè)方案比選。

方案一（下頁(yè)圖2）：根據(jù)片區(qū)雨水規(guī)劃（如圖2所示），按照路網(wǎng)豎向規(guī)劃及水系砧板溝位置，沿線立交雨水由北至南穿越在建高鐵、現(xiàn)狀鐵路、樞紐立交后集中排放至砧板溝，匯水面積約為191.52 ha。沿線雨水管渠雙側(cè)布置，最大規(guī)模為2孔4.5 m×3.5 m箱涵，雨水采用集中排放，設(shè)計(jì)規(guī)模及雨水管渠埋深均較大。

方案二（圖3）：經(jīng)過(guò)現(xiàn)狀調(diào)查，沿線已有現(xiàn)狀水系——派曉溝亦穿越本項(xiàng)目，本規(guī)劃區(qū)內(nèi)未考慮保留此現(xiàn)狀水系，根據(jù)《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)城市內(nèi)澇治理的實(shí)施意見(jiàn)》，城市排水系統(tǒng)應(yīng)“注重維持河湖自然形態(tài)，避免簡(jiǎn)單裁彎取直和侵占生態(tài)空間，恢復(fù)和保持城市及周邊河湖水系的自然連通和流動(dòng)性”［2］。經(jīng)過(guò)與規(guī)劃部門對(duì)接，認(rèn)為派曉溝是勝利水庫(kù)及片區(qū)天然的雨洪通道，將其作為解決雨水排水出路具有重要作用，應(yīng)予以保留。因此，本方案以現(xiàn)狀鐵路為匯水分界線，進(jìn)行雨水排水總體設(shè)計(jì)。如圖3所示，現(xiàn)狀鐵路以北排往現(xiàn)狀水系——派曉溝，現(xiàn)狀鐵路以南排至現(xiàn)狀水系——砧板溝。沿線雨水管渠雙側(cè)布置，最大規(guī)模為d2600鋼筋混凝土管，雨水采用分散排水，雨水管渠設(shè)計(jì)規(guī)模及埋深減小。

2.4 數(shù)學(xué)模型分析

針對(duì)上述方案一、方案二的雨水排水方案，采用數(shù)學(xué)模型法進(jìn)行內(nèi)澇驗(yàn)算，選取SWMM作為數(shù)學(xué)模型研究軟件，根據(jù)南寧市暴雨強(qiáng)度公式，采用芝加哥雨量模型生成降雨數(shù)據(jù)，降雨總歷時(shí)取3 h，重現(xiàn)期取50 a，匯水區(qū)參數(shù)按用地、地形等情況進(jìn)行設(shè)置，如圖4所示。

根據(jù)模型運(yùn)行結(jié)果（圖5、圖6），對(duì)方案一、方案二管道流量、節(jié)點(diǎn)溢流及立交最低點(diǎn)水深變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及對(duì)比，結(jié)果如下。

方案一（圖7）：在模擬時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，本方案在50年一遇重現(xiàn)期下，砧板溝處出水口為非淹沒(méi)出流狀態(tài)，全線管段均未超載，全線檢查井節(jié)點(diǎn)均未發(fā)生溢流。其中，立交最低點(diǎn)YW36井底標(biāo)高為76.328 m，井深為4.084 m，節(jié)點(diǎn)最大水深為2.20 m，未發(fā)生溢流。

方案二（圖8和表1）：在模擬時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，本方案在50年一遇重現(xiàn)期下，派曉河處出水口為淹沒(méi)出流狀態(tài)，砧板溝處出水口為非淹沒(méi)出流狀態(tài)。其中，受派曉河50年一遇洪水位影響，現(xiàn)狀鐵路以北排往現(xiàn)狀水系——派曉溝段管道超載（具體節(jié)點(diǎn)為從北至南YE1～YE5（東側(cè)）、YW1～YW5（西側(cè)），檢查井節(jié)點(diǎn)水深高于管頂，但全線節(jié)點(diǎn)均未發(fā)生溢流。立交最低點(diǎn)YW36井底標(biāo)高為76.328 m，井深為4.084 m，節(jié)點(diǎn)最大水深為1.86 m，未發(fā)生溢流。

從模擬結(jié)果可見(jiàn)，兩個(gè)方案在內(nèi)澇防治重現(xiàn)期下，均未發(fā)生溢流，滿足排水要求。其中，方案二相比方案一，發(fā)生管段超載情況較多，最低點(diǎn)節(jié)點(diǎn)最大水深較小（見(jiàn)圖9）。

2.5 雨水排水方案確定

兩個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較如表2所示。

綜上所述，兩個(gè)方案均滿足50 a內(nèi)澇核算要求，采用分散排水的方案二較采用集中排水的方案一僅管渠材料投資就減少約7 500萬(wàn)，且土方量也大大減少，施工難度和后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)均較方案一有較大的優(yōu)勢(shì)，因此推薦采用方案一的雨水排水總體方案。

3 海綿城市年徑流總量控制率

結(jié)合海綿城市理念，制定本項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)：年徑流總量控制率為70%，年SS總量去除率≥50%。根據(jù)道路橫斷面，如圖10所示，采用側(cè)分帶下凹、中分帶、后排綠地微下凹、人行道透水鋪裝、生態(tài)樹(shù)池等低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施（LID）措施后，路面雨水進(jìn)入下凹綠帶進(jìn)行吸、蓄、緩、滲、凈后減少地面雨水徑流，采用容積法［3］進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示。

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》及《南寧市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》中不同低影響開(kāi)發(fā)措施的SS去除率［4］，結(jié)合本項(xiàng)目中所涉及的低影響開(kāi)發(fā)措施占比，進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算后得出本項(xiàng)目年SS總量去除率為54.4%，年徑流控制率為70.6%，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）城市立交排水設(shè)計(jì)應(yīng)注重整個(gè)系統(tǒng)的排水工程設(shè)計(jì)，注意上下游管網(wǎng)、匯水范圍、片區(qū)道路建設(shè)時(shí)序等分析及銜接，同時(shí)兼顧現(xiàn)狀與規(guī)劃，確保排水工程系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)重現(xiàn)期及內(nèi)澇復(fù)核的要求。

（2）大型立交總體設(shè)計(jì)除了考慮其自身的使用功能外，還應(yīng)結(jié)合排水條件確定其立交型式，特別是采用下穿的路段，應(yīng)確保排水出路，道路橫斷面應(yīng)充分考慮低影響源頭減排措施，確保海綿城市年徑流總量控制率及年SS總量去除率達(dá)標(biāo)。

（3）積極利用并保留現(xiàn)狀水系，確保城市及周邊河湖水系的自然流通，減少灰色雨水工程的費(fèi)用投入。

（4）當(dāng)匯水區(qū)面積lt;2 km2時(shí)，可采用推理公式法計(jì)算雨水管渠設(shè)計(jì)流程，但當(dāng)采用了低影響開(kāi)發(fā)等源頭減排措施時(shí)，宜采用數(shù)學(xué)模型法進(jìn)行內(nèi)澇核算。

參考文獻(xiàn)：

［1］GB 51222-2017，城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］國(guó)務(wù)院辦公廳.國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)城市內(nèi)澇治理的實(shí)施意見(jiàn)（國(guó)辦發(fā)［2021］11號(hào)）［Z］.2021-04-25.

［3］住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）［Z］.2014-10-22.

［4］南寧市規(guī)劃管理局.南寧市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）［Z］.2015-8-13.