淺析濱江路下穿式立交排水設(shè)計

羅慧

摘 要：下穿式立交是市政道路工程中較為常見的主要設(shè)施。下穿式立交的低點高程一般低于周邊排水管渠和下游洪水位，雨水無法重力自排，如何將低位雨水及時快速排入周邊排水設(shè)施直接關(guān)系到下穿式立交項目的成敗，也關(guān)乎居民出行的生命財產(chǎn)安全。該文以濱江路下穿式立交為例，在對城區(qū)排澇分區(qū)情況、管道設(shè)計參數(shù)等進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出完善的排水系統(tǒng)設(shè)計方案，為今后類似項目建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：下穿式立交;泵站;矩形渠道;排水

中圖分類號：TU992? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

一般道路排水問題主要發(fā)生在立交或低洼地區(qū)。道路立交若按結(jié)構(gòu)形式主要分為上跨式和下穿式2種，下層路面最低點標(biāo)高一般低于附近地面高程2 m～6 m。下穿式立交低點高程一般低于周邊排水管渠和下游洪水位，雨水無法重力自排，所以通常需要經(jīng)過立交雨水泵站提升后排入市政管網(wǎng)。

1 項目概況

1.1 道路概況

該工程為沿江道路，下穿一處現(xiàn)狀橋梁并跨越兩處支流。設(shè)計道路為城市次干路，設(shè)計速度40 km/h，紅線寬度30 m，雙向4車道，瀝青混凝土路面。道路橫斷面包括道路與防洪堤結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面及下穿現(xiàn)狀橋的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面。

1.2 城區(qū)現(xiàn)狀洪澇災(zāi)害概況

該城市現(xiàn)狀城區(qū)地勢地平，城市建成主要的高程大部分在104 m～106 m，該市歷年洪水頻繁，自1950年-2012年，就有31次洪水發(fā)生，沿江兩岸大面積農(nóng)田受淹，平均不到2年就要受淹一次，有些年份一年內(nèi)要受2次大水淹浸。該市區(qū)的內(nèi)澇多數(shù)是由外江洪水頂托、自然排泄不暢造成。

1.3 城區(qū)排澇分區(qū)情況

根據(jù)該城市防洪治澇規(guī)劃總體布置方案，該道路所在沿江段及該道路所跨越的兩處支流均修建防洪堤，由于興建防洪堤改變了各排澇溝出口匯入主江及其支流的天然狀態(tài)，為防止外江洪水倒灌，在各排澇溝出口與外江交匯處設(shè)置防洪閘和泵站。根據(jù)規(guī)劃，該項目起點至盤古河段雨水均需排至盤古河防洪閘進(jìn)水前池再排入賀江，盤古河至華山河段的雨水排至華山河防洪閘進(jìn)水前池再排入賀江。

2 工程規(guī)模

該工程雨水主管管徑為DN800～DN1200，總長約1 810 m;雨水渠尺寸為1500 mm×1200 mm～2500 mm×1200 mm，總長約1 255 m。

3 管道設(shè)計參數(shù)

本設(shè)計道路暴雨重現(xiàn)期根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范、結(jié)合相關(guān)規(guī)劃及根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，取P=3。

該市暴雨重現(xiàn)期P=3年時專用暴雨強度公式計算。暴雨強度公式為。

根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范GB 50014-2006》（2016年版），下穿式立體交叉道路引道兩端應(yīng)采取措施，控制匯水面積，減少坡底聚水量，立交橋處雨水排水量按設(shè)計暴雨重現(xiàn)期20年，按賀州市暴雨重現(xiàn)期P=20年時專用暴雨強度公式計算。暴雨強度公式為。

設(shè)計流量。

雨水管道主要設(shè)計參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《室外排水設(shè)計規(guī)范GB 50014—2006》（2016年版），該工程道路地面集水時間t1=10min，下穿路段集水時間按5 min計算;管道綜合徑流系數(shù)Ψ根據(jù)管段匯水面積范圍內(nèi)規(guī)劃用地性質(zhì)及其相應(yīng)的徑流系數(shù)按加權(quán)平均計算，取Ψ=0.7，下穿路段取Ψ=0.9。

4 排水方案設(shè)計

4.1 雨水排向設(shè)計

該項目所在流域的2座排澇閘均為正在建設(shè)，分別位于華山河和盤古河與外江的交匯處，根據(jù)排澇閘的位置及防洪規(guī)劃的要求，進(jìn)行雨水排向設(shè)計。

（1）項目起點～盤古段。雨水由西向東排至華山河排澇閘進(jìn)水前池。進(jìn)水前池池底標(biāo)高為100.3 m，內(nèi)江控淹水位為103.5 m，外江關(guān)閘水位為102.5 m，外江最低運行水位為100.0 m。由于該管段經(jīng)過下穿立交段，雨水出水口標(biāo)高受路面標(biāo)高及進(jìn)水前池池底標(biāo)高的限制，根據(jù)管道水力計算并結(jié)合道路設(shè)計標(biāo)高進(jìn)行管道縱斷面設(shè)計，在滿足管頂覆土要求的前提下盡量淺埋。該次設(shè)計雨水出水口標(biāo)高為100.5 m，滿足排入排澇閘進(jìn)水前池要求。

該道路下穿現(xiàn)狀橋處最低地面標(biāo)高為103.5 m，即與排澇閘控淹水位一致。為保證華山河排澇泵站起泵前下穿立交段因雨水出水口受水位頂托造成積水內(nèi)澇，該次下穿立交設(shè)置獨立的雨水排水系統(tǒng)，當(dāng)遇洪水時，通過泵站抽排至排澇閘進(jìn)水前池。根據(jù)“高水高排、低水低排”的原則，合理確定立體交叉道路排水系統(tǒng)的匯水面積，下穿部分設(shè)置獨立的排水系統(tǒng)，負(fù)責(zé)收集該段道路及匝道雨水。由于未發(fā)生洪水時，雨水主干管可通過重力自排入排澇閘進(jìn)水前池，為減少泵站運行成本，該工程在下穿段獨立排水系統(tǒng)與雨水主干管間設(shè)置閘門，雨水經(jīng)下穿橋獨立雨水排水系統(tǒng)收集后匯入雨水主干管，最后排至排澇閘進(jìn)水前池;當(dāng)遇洪水時，進(jìn)水前池水位淹沒至出水口管頂（101.50 m），則關(guān)閉閘門，并打開泵站進(jìn)水管上的閘門，雨水經(jīng)雨水泵站提升后排入排澇泵站進(jìn)水前池。

（2）盤古河～華山河段。雨水由西向東排至華山河排澇閘進(jìn)水前池。進(jìn)水前池池底標(biāo)高為100.3 m，內(nèi)江控淹水位為103.5 m，外江關(guān)閘水位為102.5 m，外江最低運行水位為100.0 m。

（3）排水流向圖如圖1所示。

4.2 雨水渠道的合理運用

常見的排水管渠的斷面形式有圓形、半橢圓形、馬蹄形、矩形、梯形和蛋形等。目前多采用圓形管道和矩形渠道。圓形斷面有較好的水力學(xué)特征，在一定坡度下，指定的斷面面積具有最大的水力半徑，因此流速大，流量也大。矩形斷面可以就地澆制或砌筑，尺寸較為多變，為改善水力條件，可在渠道內(nèi)做底流槽或弧形流槽。

本設(shè)計優(yōu)先采用具有較好水力學(xué)特征的圓管，但由于受雨水出水口排澇閘進(jìn)水前池標(biāo)高的限制，為減小管道縱向深度，管徑大于DN1200時，采用鋼筋混凝土矩形渠道。以圓管和渠道作為管道進(jìn)行水力計算可知，1500 mm×1200 mm矩形渠道過流能力相當(dāng)于DN1500，則可減少管道埋深0.3 m，2500 mm×1200 mm矩形渠道過流能力相當(dāng)于DN2000，則可減少管道埋深0.8 m。雖然相同過流能力下，圓管造價低于鋼筋混凝土矩形渠道造價，但是通過運用矩形渠道，使雨水出水口能通過重力流順利排入排澇閘進(jìn)水前池，從而避免了建設(shè)大型泵站，增加項目投資。

4.3 下穿道路中蓋板溝的應(yīng)用

在下穿道路路段，雨水口的泄水能力不足往往是導(dǎo)致系統(tǒng)排水不暢的原因。單個雨水口的泄水能力一般為10 L/s～20 L/s，泄水能力最大的聯(lián)合式雨水口的泄水能力也才達(dá)到30 L/s。在實際排水過程中，由于雨水口每遇下大雨時易受路面垃圾堵塞，其實際排水能力將會大打折扣。地面式蓋板溝相較與雨水口有如下優(yōu)點：維護(hù)方便、施工簡單。本設(shè)計取蓋板溝寬度B=0.3 m，溝深H=0.5m，坡度i=0.02時，按該尺寸斷面校核蓋板溝的過水能力為172 L/s，遠(yuǎn)大于雨水口的泄水能力。通過以上分析，在下穿式立交道路等排水不利的區(qū)域用蓋板溝代替雨水口，這樣能解決雨水收集過程中易堵塞帶來的影響。

5 結(jié)論及建議

下穿式立交在我國較為普遍，在進(jìn)行該類立交排水設(shè)計時，主要考慮其在高程上的不利條件及交通上的特殊性。因此對下穿式立交排水系統(tǒng)的設(shè)計更具有典型性和普遍性。

作為雨水排放系統(tǒng)的最不利點，下穿道路路面的排水管線設(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暢排除。排水管線與泵站是相輔相成的關(guān)系，而泵站是為水提供勢能和壓能，是解決下穿式道路立交排水和洪澇災(zāi)害的重要工程措施之一。立交排水工程的好壞，對道路交通的正常運行和人民生命安全都至關(guān)重要，必須引起設(shè)計和建設(shè)部門的高度重視。

參考文獻(xiàn)

[1]北京市市政工程設(shè)計研究總院.排水設(shè)計手冊（第5冊）城鎮(zhèn)排水[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.