以鄭州中州鄭新路立交為例淺議立交排水設計

張宇君

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 前言

立交是城市交通的重要節(jié)點，立交排水工程與道路立交工程密切相關，是城市立交交通功能和公共交通安全的重要保障。做好立交排水設計，適當提高排澇標準，對于確保暴雨期間交通順暢、行車安全具有重大意義。

1 鄭州中州鄭新路立交項目概況

鄭州中州鄭新路立交是由中州大道、鄭新路及向陽路3條道路組成的六岔路口，其中中州大道規(guī)劃為城市快速路，鄭新路為Ⅰ級公路，向陽路為城市主干路（遠期下穿）。

2 立交現(xiàn)狀情況調(diào)查

中州大道現(xiàn)狀為雙向4車道機動車道，14 m寬公路斷面布置，鄭新路現(xiàn)狀為雙向2車道寬9 m公路斷面布置，現(xiàn)狀向陽路為雙向4車道機非混行斷面，向東約400 m后斷頭。

該立交六叉路3條道路，除向陽路宇通公司門口有一段自建雨水管道外，其余現(xiàn)狀都是采用蓋板邊溝排水，現(xiàn)狀排水極為不暢，部分路段積水長時間無法排除。圖1為立交現(xiàn)狀衛(wèi)星圖。

3 立交排水規(guī)劃情況

根據(jù)《鄭州市中州鄭新立交管線綜合規(guī)劃》鄭州市規(guī)劃設計研究院，鑒于立交范圍內(nèi)并沒有系統(tǒng)的可用排水系統(tǒng)，本次立交范圍現(xiàn)狀雨、污水管道均拆除后，按規(guī)劃新建。立交雨水的主要出路為沿向陽路向東排入十八里河，污水主管沿向陽路由南向北過境，污水管需穿越向陽路地道。

圖1 立交現(xiàn)狀衛(wèi)星圖

4 設計標準的確定

目前我國雨水管道系統(tǒng)設計標準普遍偏低，美國、日本等國設計重現(xiàn)期一般取5～10 a[1]。針對目前我國城市暴雨內(nèi)澇越來越嚴重的趨勢，規(guī)范建議適當提高排水管道設計重現(xiàn)期。結合鄭州市的設計情況，本次設計暴雨重現(xiàn)期取5 a。

5 立交排水方案

根據(jù)管線綜合規(guī)劃和管道現(xiàn)狀情況，結合道路設計地形坡度和排水出路確定，該立交雨水管道總體走向為由西北向東南，雨水主管位于向陽路，由西向東排入十八里河，十八里河位于立交交叉口東側約600 m；污水主管位于中州大道，由南向北過境。

6 地道泵站設計方案

該工程為減少立交層數(shù)，向陽路采用地道下穿的形式，地道設計最低標高為低于周邊地面設計標高約6 m，均遠低于鄰近市政雨水管道的設計水位標高，無法通過自流排入市政管道解決，故該工程在向陽路地道設置了雨水提升泵站已解決地道排水問題。

工程設計地道敞開段排水分兩個部分排出：

（1）在地道出入口處設置截水溝，該部分雨水經(jīng)截水溝收集后，接入輔道市政雨水井內(nèi)。

（2）在地道較低段，采用集水井收集地面雨水，通過雨水管接入位于地道內(nèi)暗埋段東側的地道排水泵站。

按照30 a一遇重現(xiàn)期，綜合徑流系數(shù)0.9計算，管道計算雨水流量約為850 L/s。為保證地道排水安全，按計算雨水流量的130%確定泵站設計流量，并設置備用泵。雨水泵選用5臺潛水泵，4用1備，水泵技術參數(shù)為Q=1 000 m3/h，H=15。配用電機功率N=55 kW。供電設施置于地面上。

7 施工方法

根據(jù)現(xiàn)有立交交通情況和管道、管徑、埋深、支管接入情況，周圍構筑物、地質情況及施工條件等情況確定施工方案。該工程確定了以開槽埋管和頂管相結合的施工工藝。該工程雨水管涵埋深較淺，均采用開槽埋管施工，污水管道視污水管管徑、埋深情況確定施工工藝，最終確定對于埋深小于5.5 m，管徑小于800 mm的污水管采用開槽埋管，對于埋深大于5.5 m，管徑大于800 mm的污水管采用頂管施工。

8 新技術、新理念的采用

8.1 排水管材的選擇

該工程合理選用新型塑料管材，在滿足水力條件下降低了綜合造價，達到節(jié)能目的，并且加快了施工周期。

8.2 新型一體化溝槽的采用

傳統(tǒng)排水橫截溝上設置的格柵狀鑄鐵蓋板，常會因為安裝不牢固或配合不緊密，易引起“跳車”現(xiàn)象，嚴重時會因刺破輪胎引發(fā)交通事故。

為了避免這一問題，該工程地道排水采用一體化溝槽收水方式，蓋板采用無螺栓鎖扣裝置，代替螺栓與排水槽固定，且內(nèi)置止推結構保證蓋板不會移動，克服了現(xiàn)澆橫截溝蓋板的缺點。

8.3 自調(diào)式防沉降蓋板的采用

窨井四周一向是市政道路薄弱環(huán)節(jié)，尤其是在常有重車通行的交通要道上，極易出現(xiàn)開裂、沉降等現(xiàn)象；對于位于道路機動車道下的雨、污水窨井，井蓋的質量及平整度將直接影響到行車安全性及舒適性。該工程窨井采用新型自調(diào)式防沉降窨井蓋板，不僅造價低、施工方便，而且可隨路面同步沉降，確保車輛駛過時不會發(fā)生掀起、跳動等情況。

8.4 新型自動控制系統(tǒng)的采用

該工程泵站設計采用新型的PLC自動控制系統(tǒng)。設置超聲波液位計、雨量計、H2S監(jiān)測儀等設備，減輕了工作人員工作強度，體現(xiàn)了以人為本的設計理念。

8.5 新計算方法的采用

為了更加精確地計算暴雨時期排水管道系統(tǒng)排除地面積水的能力，該工程采用了運動波模型[2]計算地面產(chǎn)匯流及管網(wǎng)匯流。通過精確的數(shù)值計算，較好地驗證了排水管道系統(tǒng)的可靠性，也為政府部門防災，抗災提供了決策依據(jù)。

8.6 選泵以平均揚程為計算依據(jù)

傳統(tǒng)的泵站設計常常采用最大揚程作為選泵依據(jù)，這種方法雖然比較安全，卻常常因水泵實際運行達不到最大揚程而導致能量的巨大浪費和水泵使用壽命的減少。為了避免這種情況，該工程設計采用平均揚程選泵，并以最大揚程和最小揚程兩種工況進行了校核。

9 設計中的幾個節(jié)點及體會

9.1 立交雨水近期出路問題及解決方法

立交作為重要的交通樞紐，一旦建成必須保證她使用過程中的安全、可靠性。該工程立交雨水的主要出路為立交東側工程范圍外約300 m處，與向陽路平行的十八里河，而向陽路向東現(xiàn)狀為斷頭路，工程終點與十八里河之間的十八里河回民中學近期內(nèi)無法拆遷，導致立交雨水出路近期無法解決。為保證立交竣工后雨水有出路，該工程新建了一根3 200 mm×2 000 mm的雨水涵，繞過十八里河回民中學后排入十八里河以解決近期立交雨水出路問題。

9.2 中州大道污水管穿越向陽路地道

按規(guī)劃，中州大道由南向北有2根污水干管需穿越向陽路，由于向陽路地道的實施，該段污水管須采取一定措施，原設計采用倒虹的方法穿越地道，但由于當?shù)貙Φ购绲慕邮芏容^差，經(jīng)過多次與項目管理單位、規(guī)劃部門和當?shù)貙＜覝贤ê螅_定采用繞行的方法穿越向陽路地道，該段污水管沿向陽路向東繞行了約150 m。

9.3 高架橋梁排水的收集與排放

根據(jù)橋梁設計方案，橋面排水經(jīng)集水井收集后通過雨水立管排向地面。根據(jù)鄭州當?shù)氐膶嶋H情況，工程根據(jù)立交橋墩的位置采用兩種處理橋面排水的方式。

在道路范圍內(nèi)或距離道路邊線10 m范圍以內(nèi)的橋墩，通過地面設置集水小方井，承接橋面通過雨水立管排下的雨水后，接入地面排水系統(tǒng)，以避免橋面排水集中排下后不能及時排放導致雨水滲入路基破壞道路路基。

距離道路百邊線10 m以外的橋墩，橋面雨水順雨水立管排下后散流入立交綠化帶內(nèi)，這樣既保持了立交整體外觀的協(xié)調(diào)性，又能一定程度補充地下水。

9.4 頂管在工程中的運用

根據(jù)管道設計方案，該工程污水管絕大部分埋深都超過5 m，其中大部分甚至超過10 m，大開挖對周邊環(huán)境影響太大，綜合性價比、施工難度均超過了頂管。本次設計對埋深大于5.5 m，管徑大于d800 mm的污水管道采用頂管施工，工作井、接收井采用沉井的施工工藝。

9.5 適當采用新型技術

排水工程設計應依據(jù)地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀，適當采用新型技術。該工程設計通過新技術的采用不僅加快了施工周期，而且減少了能耗，響應了綠色、節(jié)能、可持續(xù)的發(fā)展理念。

10 結語

立交排水設計與一般市政排水設計有一定的共性，但也具有其獨特性。對于具體立交項目，應根據(jù)一定的設計原則，結合立交排水的特點，根據(jù)具體項目的不同情況，緊密結合規(guī)劃和現(xiàn)狀情況，近遠期結合，才能做好立交排水工程設計，確保立交排水工程安全、經(jīng)濟、合理，使工程經(jīng)濟效益得以發(fā)揮，使立交工程效益得以發(fā)揮。

[1]GB 50014—2006，室外排水設計規(guī)范[S].

[2]周玉文，趙洪賓.排水管網(wǎng)理論與計算[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.