浅谈城市立交道路排水系统设计

来源:用户上传      作者:

　　摘要：本文结合本人多年来从事市政排水设计的经验，对立交雨水排水量计算及系统设计做些介绍和探索，愿与同行共同交流探讨。
　　关键词：城市立交排水系统
　　Abstract: I have been engaged in the municipal administration draining water design for many years, and introduce how to calculate overpass water displacement and how to design Drainage system。I am willing to communicate with the colleague。
　　Keyword: OverpassDrainage system
　　一、概述
　　城市交通是城市社会经济发展的重要保障，也是城市建设的重要内容。目前我国各个大、中城市普遍存在难以解决的交通拥堵问题，而设置立交桥是缓解城市交通拥挤和不畅、避免或减少各种交通工具交叉的有效办法。根据城市道路立交的标高及结构形式不同，城市立交可分为高架桥形式与下穿地道形式两大类。
　　城市道路立交作为交通枢纽，对城市交通的正常运营起着举足轻重的作用，而立交排水问题能否妥善解决，是确保城市道路交通系统正常运行的关键环节。
　　二、立交排水系统设计
　　立交排水的主要任务是排除汇水区域地面径流水和影响道路功能的地下水，道路地下水可采用盲沟吸收等方法排除，一般与路基同步设计，本文不做具体介绍，本文就立交地面水排除做以下介绍。
　　根据立交部位和排水特点不同，立交地面排水可分为立交桥面排水、下穿道路路面排水、一般道路路面排水以及立交绿化排水四个部分，一般道路路面排水和立交绿化排水设计方法与一般道路排水设计相同，本文就立交桥面排水和下穿道路路面排水设计做详细介绍。
　　（一）立体交叉地面水排除设计原则
　　1、立体交叉道路排水应排除汇水区域的地面径流水，其形式应根据当地规划、立交形式等工程特点确定。
　　2、对立体交叉桥下的地面水，宜采用自流排除。当不能自流排除，有条件修建蓄水池时，可采用调蓄排水。无调蓄条件时，应设泵站排水。
　　3、当汇水区域的的地面径流水不能完全自流排除时，宜采用高水高排、低水低排互不连通的系统，并应有防止高水进入低水系统的可靠措施。
　　4、设计重现期不小于3年，重要区域标准可适当提高，同一立体交叉工程的不同部位可采用不同的重现期。 地面集水时间宜为5～lOmin，径流系数宜为0.8～1.0。
　　5、立体交叉桥面雨水口的间距宜为20～30m。每个雨水口单独用立管引至地面排水系统。雨水口的入口应设置格网。
　　6、立体交叉地道排水应设独立的排水系统，其出水口必须可靠。
　　（二）立交桥面排水系统设计
　　立交桥面排水系统包含桥面雨水口、排水横管、排水立管及埋地排水横管（见图一）。由于立交为城市大型建筑，对景观的要求也十分严格，因此桥面排水系统设计除了满足路面排水功能的基本要求外，还应考虑美观。
　　图一桥面排水系统
　　 1.雨水设计流量计算
　　（1）暴雨强度公式
　　
　　 其中：
　　 t--降雨历时（min）
　　 --地面集水时间（min）
　　 --管渠内雨水流行时间（min）
　　m--折减系数，管道为2，渠道为1.2.
　　i¬--暴雨强度（mm/min）
　　 ,c,n,b―地方参数
　　P―设计重现期（年）
　　 （2）雨水量计算公式
　　 Q=ψ.q.F(q=166.7i)
　　 其中：Q--雨水设计流量（L/s）
　　ψ--径流系数取ψ=1.0
　　 q--设计暴雨强度（L/s.ha）
　　 F--汇水面积（ha）
　　（3）雨水量计算有关参数确定
　　根据《室外排水规范》(GB 50014-2006)，立交排水设计重现期不小于3年，笔者考虑桥面积水易引起严重后果，其排水系统设计重现期宜采用5年，径流系数采用1.0。由于桥面雨水汇流至雨水口的集水时间比较短，参照屋面雨水量计算方法，我国推导暴雨强度公式所需实测降雨资料的最小时段为5分钟，所以集水时间按5分钟计 。
　　根据以上计算公式和确定的参数即可求得桥面雨水设计流量。
　　2.雨水口布置
　　本人设计的立交项目较多，大多项目也已投入运行，从设计和运行管理中，本人对雨水口布置有以下几点经验和总结：
　　（1）根据《室外排水规范》(GB 50014-2006)，立体交叉桥面雨水口的间距宜为20～30m，每个雨水口单独用立管引至地面排水系统。设计时一般每个桥墩均设一根排水立管。
　　（2）当桥面纵坡较大时，雨水口的型式和间距作用相对较弱，桥面排水主要通过低洼路段来排放，当桥面道路纵坡较小时，雨水口的型式和间距对桥面的排水起主要作用。
　　（3）仅跨越一个路口的高架桥，当桥长较短且桥面纵坡较大时，笔者认为设计时可考虑仅在落地挡墙段或路、桥交接处设多个并联雨水口，这样设计不仅避免了雨落管影响桥型美观，而且实践证明排水效果也非常好。
　　（4）当桥面道路纵坡越小时，雨水口越便于截水，其设置间距应越短，桥面低洼处的汇水量就越小。
　　（5）根据桥梁结构的不同，雨水口的布置型式分为侧进式与平进式（见图二、图三）。
　　
　　图二桥面侧进式雨水口图三桥面平进式雨水口
　　箱梁结构桥梁可设置平进式或侧进式雨水口，T梁结构桥梁由于桥墩附近设有预应力索，因此在设有预应力索的结构段应设置侧进式雨水口，其他段可设置平进式或侧进式雨水口。
　　3.排水横管设计
　　排水横管的设计采用圆管均匀流计算：
　　
　　
　　Q--雨水设计流量（ ）
　　v--流速（m/s）
　　R―水力半径
　　I―管道坡度（同道路纵坡）
　　为了桥梁的景观要求，排水横管尽量采用暗埋形式，如果管径过大，则导致桥梁翼缘板的厚度加大，将会影响桥梁结构的经济性和美观要求，因此，设计时一般横管管径不大于DN150。
　　4.立管设计
　　根据《室外排水规范》(GB 50014-2006)，在每个桥墩处均应设置立管。
　　立管管径选用可参考《建筑给水排水设计规范》表4.9.22中对应的排水能力选用。从工程设计角度来看，如果排水立管管径太大，不利景观效果，而且根据目前已建成的立交运行情况来看，DN150立管已经能够满足排水要求。

　　在管径确定的前提下，若要改善排水立管内的流态,加强排水能力，可以采用以下两种方法：一是增加管道粗糙度促使水膜形成；二是保证立管上下端的通气良好，减少管内气压波动。工程中最简单可行且经济合理的保证立管上下端良好通气的方法是在立管与横管交会的上方设置自动通气阀或采用横管通过雨水斗接入立管中。
　　（三）下穿道路路面排水系统设计
　　下穿道路路面排水系统设计包括雨水量计算、雨水收集系统设计及排水泵站设计。
　　1、雨水设计流量计算
　　（1）下穿道路路面雨水设计流量计算公式及有关参数同桥面排水系统设计。
　　（2）汇水面积确定
　　下穿道路汇水面积的确定是一个非常重要的内容，其直接影响立交泵站设置的规模和下穿道路运行的安全性。本着“高水高排、低水低排”的原则，将高于涝水位路段的路面排水汇入重力自流排水系统中，而对低于涝水位路段的雨水则采用调蓄排水或设泵站抽排，在实践中，大多工程采用设泵站抽排。
　　通过工程实例总结，笔者认为为了汇流面积合理确定，在设计过程中应注意以下几点：（1）应在下穿道路的周边设置挡水设施，保证周边地块的雨水不进入下穿道路；（2）为了减少进入抽排系统的汇水面积，缩小排水泵站规模，在道路纵坡设计时下穿区域应尽可能缩短；（3）虽然高于涝水位路段理论上可采用重力自流排水系统，但从安全的角度考虑，在下穿式立体交叉引道两端纵坡的起点处，应设倒坡，笔者认为下穿的汇水面积计算应包括引道两端倒坡点范围的下穿道路路面面积（见图四）。
　　
　　图四下穿道路纵断面设计图
　　2.雨水收集系统设计
　　为了减小下穿道路的长度，下穿道路纵坡一般都比较大，笔者对设计的多项工程实例运行情况进行总结，认为设置雨水口来收集路面雨水效率不高，而且埋设管道为了满足最小覆土深度的要求，会加大下穿道路不必要的开挖深度，因此建议下穿尽量采用结合道路结构设置排水边沟方式收集路面雨水，并在适当的位置设置横向截水沟。
　　3. 雨水泵站设计
　　（1）雨水泵站选址
　　雨水泵站一般结合下穿通道设置，其位置宜设在下穿通道的最低点，以便排水沟的布置，减小结构开挖深度。
　　（2）水泵的选型和台数应根据计算得出的设计流量及扬程进行确定，当汇流面积较小时，水泵可选择两台，一用一备；当汇流面积较大时，水泵可选择多台。
　　（3）运行时可根据水位来控制水泵的开启台数，这样可以避免泵频繁启动，同时达到节能的目的，当水位超过警戒水位时同时开启备用泵，充分发挥备用泵的功能，同时也可以提高下穿道路的排涝标准。
　　（4）雨水泵站的出水口必须安全可靠，有条件的情况下应设置单独出口，如果与道路自排雨水系统合用时，自排系统设计应采用与下穿道路相同的重现期。
　　四 结语
　　立交道路排水工程在整个立交工程设计中，造价所占比重较小，但它的作用是不可低估的，它对道路交通的正常运行和人民生命安全都至关重要，必须引起设计和建设部门的高度重视，同时应选择经济合理、安全可靠的排水方案。笔者结合实际工程的设计经验体会，提出个人的浅见，不妥之处，请批评指正。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-594683.htm