東莞市人民北立交雨水泵站設計及相關(guān)分析

張 卿

隨著我國經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展,城市的交通已經(jīng)成為城市經(jīng)濟發(fā)展和城市建設中的重要問題。為緩解城市道路網(wǎng)絡日益緊張的狀況以解決交通的擁擠和不暢,就需要疏導,避免或減少各種交通工具的交叉,設置道路立交橋是解決這一問題的有效辦法。

道路立交分道路與道路立交及道路與鐵路立交兩大類。按交叉的結(jié)構(gòu)形式分上跨式和下挖式立交兩種。下挖式立交橋的下層路面最低點標高,一般低于附近地面高程 3m～6m。

濱海大道為東莞市虎門鎮(zhèn)南北向干線性城市主干道,縱貫虎門中心區(qū)、新灣兩大板塊,是虎門鎮(zhèn)新規(guī)劃的城市中軸線。人民北路立交地勢低洼,為避免人民北路周邊雨水進入下穿通道,雨水采用高水高排,低水低排。下穿通道內(nèi)雨水及周邊低洼地塊的雨水,采用泵站抽排。本文主要討論東莞市濱海大道人民北立交的雨水泵站設計。

1 立交排水水量的計算

雨水量計算公式[1]:

其中,Q為雨水設計流量,L/s;φ為徑流系數(shù),根據(jù)地面鋪設種類確定,一般φ=0.7～0.9;q為設計暴雨強度,L/s?104m2;F為匯水面積,hm2。q值根據(jù)各地區(qū)暴雨強度公式,由設計重現(xiàn)期P(年)及集水時間t(min)兩個參數(shù)確定。P與t值的選定與一般雨水量計算有所不同。P值選擇高于一般道路排水標準,根據(jù)工程的重要性、道路等級以及地形特點而定。t值系指自匯水面積的最遠端,流至道路最低點的時間,不計管內(nèi)流行時間,根據(jù)規(guī)范t值選用5min～10min[2]。

1.1 綜合徑流系數(shù)ψ的取值

降水量一部分下滲,一部分消耗與蒸發(fā),其余部分則形成地面徑流。徑流系數(shù)ψ是一定匯水面積內(nèi)地面徑流水量與降雨量的比值,是小于 1的無量綱參數(shù)。混凝土及瀝青路面 ψ按 0.85～0.95取值,綠地取值 0.15,非鋪砌路面取值 0.30,綜合徑流系數(shù)按地面種類加權(quán)平均計算。需要特別指出的是,對于一些下穿立交,為美化景觀設置了綠化分隔帶,植樹或植草,但這些泵站服務范圍內(nèi)的綠地由于下滲渠道的不暢,降水基本形成徑流,如果仍按綠地性質(zhì)進行加權(quán)計算顯然是不合理的。

本工程濱海大道上跨人民北路,人民北路的地勢低洼,且濱海大道周邊的RA,RB,RC,RD匝道縱坡很陡,雨水匯入人民北路通道里,根據(jù)道路平面圖,大部分是機動車道,綠化帶占少數(shù),故綜合徑流系數(shù)ψ取 0.90。

1.2 設計暴雨重現(xiàn)期P的取值

下穿立交因整個雨水排水系統(tǒng)較周圍環(huán)境要低,需重點考慮排水的安全性,國家現(xiàn)行規(guī)范[1]規(guī)定:雨水管渠設計重現(xiàn)期,應根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點和氣候特征等因素確定。下穿立交暴雨設計重現(xiàn)期不小于 3年,重要區(qū)域標準可適當提高,同一立體交叉工程的不同部位可采用不同的重現(xiàn)期。一般城市次干道采用 3年～5年,城市主干道采用 5年～10年。如上海五洲大道張楊北路下立交采用 5年,上海中環(huán)線地道采用 10年,地鐵及越江隧道敞開段設計暴雨重現(xiàn)期為 50年,重現(xiàn)期 10年與 5年的計算暴雨量相差 15%～25%。鑒于本地道下穿廣深高速公路和濱海大道,且濱海大道上方還有一層常虎高速新聯(lián)支線,該路段屬于濱海大道重要的交通節(jié)點,故適當提高標準,采用 P=5年計算, P=10年校核。

1.3 地面集水時間t1的取值

地面集水時間t1與坡長L、地面坡度i、地面粗糙度n等有關(guān)。地道一般取5m in～10 min,實際上由于地道坡度大(一般引道3%～8%,下穿涵洞0.3%～0.5%),坡長較短(100m～300m),t1常常小于 5m in。鑒于地道設計千差萬別,坡度、坡長均各不相同,筆者認為最好通過計算確定,計算公式可參照現(xiàn)行 JTJ 018-1997公路排水設計規(guī)范 3.0.4公式:

1.4 匯水面積的劃分

在道路設計中應盡量避免過多的將周邊支路直接入立交部分,或者支路在接入干路之前設置反坡,防止立交范圍以外的雨水流入立交低點。同時將擋墻頂加高,高出地面 0.3 m～0.5m[3]。另外由于國家沒有相應的規(guī)范控制道路支線接入道路立交部分設計,所以立交泵站排水設計過程中應對這部分支路未知量有充分的估計,并應對業(yè)主和道路設計提出相關(guān)的建議。

以東莞濱海大道人民北立交的實際工程為例,以 RA,RB, RC,RD匝道及人民北路的變坡點作為匯水面積的分界點,該立交形式猶如倒置的雨傘,傘底是人民北路立交最低點,而四條匝道猶如傘架,雨水沿著匝道匯入人民北路,然后進入雨水泵站。雖在RA等四條匝道已增設相應的雨水設施,截留部分雨水,但出于安全考慮,匯水面積是從匝道的變坡點劃分,若雨水口或者雨水系統(tǒng)堵塞,雨水直接進入立交通道,雨水泵站的規(guī)模適當偏大些。故地塊匯水面積為6.58 ha,擋土墻面積為 0.158 6 ha,總匯水面積為6.74 ha。

立交范圍外地塊的排水系統(tǒng)尚在完善中,本次匯水面積沒有計入常虎高速新聯(lián)支線地塊匯水面積。該地塊的排水通過增設排水設施,調(diào)整場地豎向或調(diào)整排水溝走向,進行有組織排放。且該方案已經(jīng)報給業(yè)主及常虎高速管理處,周邊地塊的排水必須按照本排水方案圖,將該地塊的雨水引入道路西側(cè)的排水箱涵,嚴禁進入立交抽升排水系統(tǒng)。

2 收水形式的探討

一般情況下,下穿立交雨水泵站的收水形式有 3種:

1)在立交地道的進出口處設置橫截溝,為加強阻水效果,還可在駝峰外加設2道橫截溝。該方式收水效果最為有效,但由于下穿立交縱坡較大,行車速度較快,橫截溝損壞、雨水箅子斷裂等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,車速快時甚至會帶起雨水箅子,嚴重影響行車安全[4]。2)在路面層較厚情況下,部分下穿立交可在道路兩側(cè)利用路面層設排水溝,上設雨水箅子,或在溝壁設置立式雨水格柵,這種形式結(jié)構(gòu)簡單、布置美觀,缺點是在道路最低點受豎曲線的影響,邊溝縱坡急劇變小,過水能力同樣減少,存在淤積及排水能力不足的現(xiàn)象。3)布設雨水口,此種方式最為廣泛。但雨水口易受樹葉、垃圾等雜物的阻塞,在布置雨水口時,應考慮一定的堵塞系數(shù),建議按 0.5～0.8取值。具體采用何種收水形式,應根據(jù)工程特點因地制宜合理采用。

本工程人民北路的雨水系統(tǒng)是采用在道路兩側(cè)做邊溝形式,最終匯入最低點,在道路縱坡減小的地方將雨水邊溝加大,增大過水斷面。

3 立交雨水泵站設計

3.1 立交雨水泵站的平面位置及組成

由于工程所在位置綠化帶里同時布置有500 kV的高壓鐵塔,鐵塔不能移位,并且按電力設計規(guī)程,鐵塔的基礎邊緣要離高速公路邊緣保證 15m的安全距離。因此用地受到限制,泵站布置比較緊湊。本項目泵站布置分為:格柵間、集水池、泵房間、出水箱涵、變配電間、附屬值班室等。

3.2 立交雨水泵站的工藝流程

進水箱涵→格柵間→泵房→4m×2.6m出水箱涵→2.5m× 1.5m出水箱涵→下游排洪渠。

3.3 泵房間

對于立交排水標準要求高的地區(qū)或排水范圍比較大,雨水設計流量變化大時,設計時可配置不同規(guī)格的水泵,大小搭配;也可采用變頻調(diào)速裝置或葉片可調(diào)式水泵。本設計雨水泵房一座,為半地下式,泵站的設計標高是以室內(nèi)地坪標高 8.30m,采用的是同型號的四臺潛污泵,主要技術(shù)參數(shù):Q=3 960m3/h,H=12 m, N=185 kW。由于受地方所限,沒有增設備用泵。

3.4 出水箱涵

出水井一般設計為半開敞式或開敞式的渠道,主要是避免密閉式的出水渠道在水泵驟停或啟動時對下游排水管道的沖擊,同時保護出水管道上設置的止回閥或閘閥等防倒流設施,避免對泵、電機和管路的破壞,延長設備使用壽命。本工程出水箱涵為4.0m×2.6m,具體見圖1,類似于壓力釋放井,增設了 0.5m的水墊,水泵的出入管出水在箱涵里進行消能后,然后進入下游出水箱涵。

4 結(jié)語

通過對東莞人民北立交的雨水泵站的設計探討,發(fā)現(xiàn)下穿通道作為雨水排放系統(tǒng)的最不利點,立交排水管線設計應從道路走向、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準(排水能力)等多方面進行考慮,只有這樣才能保證雨水順利進入泵站,并順暢排除。

[1] GBJ 14-87,室外排水設計規(guī)范[S].

[2] GB/T 50265-97,泵站設計規(guī)范[S].

[3] 王曉宣.立交雨水排水及泵站設計相關(guān)分析[J].山西建筑, 2009,35(26):266-267.

[4] 張培龍.上海華翔路地道雨水泵站設計[J].中國市政工程, 2010(2):37-39.