黃土丘陵區市政道路排水工程設計優化

姜 晉 波

(太原市城市規劃設計研究院，山西 太原 030002)

黃土丘陵區市政道路排水工程設計優化

姜 晉 波

(太原市城市規劃設計研究院，山西 太原 030002)

以太原市王家峰市政道路排水工程為例，針對該項目兼具大坡度與濕陷性黃土的特點，從縱坡段雨水收集效果改善和濕陷性場地雨水入滲控制兩方面，探討了道路排水的優化設計方案，為道路的安全運營提供了保障。

道路排水工程，雨水口，泄水能力，檢查井

太原市東山地區地處太原市東擴南進的重要區位，適應經濟發展需求，東山地區的配套市政排水工程陸續實施。由于東山地區地貌單元為太原東山黃土丘陵區，兼具大坡度與濕陷性黃土的特點，本文以太原市王家峰市政道路排水工程為例，分析設計中遇到的問題，總結設計經驗，以期對同類排水工程設計具有一定參考意義。

1 縱坡段雨水收集效果改善

1.1 存在問題

擬建場地整體地勢較高，高差較大，當發生超標降雨時，場地雨水以坡面漫流形式快速排至下游地勢較低區域，而下游排水不及時極易引發內澇，形成上游地塊開發與城市道路新建加劇下游內澇風險的現象。

1.2 一般措施

規范[1]規定“當道路縱坡大于0.02時，雨水口的間距可大于50 m，其形式、數量和布置應根據具體情況和計算確定。坡段較短時可在最低點處集中收水，其雨水口的數量或面積應適當增加”。可以理解為縱坡較大路段一般增大雨水口間距并在道路凹形豎曲線底部設置橫向截水溝截流路面雨水，但雨水口的位置、形式、泄流能力等并不明確，需要設計人員根據設計經驗自行揣摩。

1.3 縱坡段雨水設計要點

1)雨水口間距。

以本項目為例，東西向道路紅線寬度30 m，道路縱坡介于2.6%～4.0%之間，坡長約900 m，遠遠超過了規范建議的300 m坡長，因此不宜照搬規范增大雨水口間距。

首先，縱坡段雨水口匯水面積不隨縱坡改變。路面雨水受道路綜合坡度作用，水流方向仍然是向道路兩側流行，隨著縱坡增大，沿道路縱坡方向流行更遠的距離方可流至路側雨水口。根據公式9.1.4[2]，地表粗度系數s相同時，坡面流行距離Lp與坡度ip成正比。進一步簡化路拱橫坡為2.0%，當道路縱坡不大于4.0%時，路面雨水從道路中心線處流至路側雨水口只需要沿縱坡方向流行不超過沿橫坡方向的2倍距離即可。理論上，除首尾兩個雨水口外，其余雨水口的匯水范圍均為平行四邊形，并且隨著道路縱坡增大，平行四邊形隨之拉伸，但面積不變，即匯水面積不變。

其次，雨水口的最大理論間距隨道路紅線寬度改變。縱坡段雨水口不易出現承壓狀態，因此雨水口和雨水連接管流量不需要采用雨水管渠設計重現期設計流量的1.5倍～3倍計算[1]，但考慮到實際中平箅雨水口易被路面垃圾和雜物堵塞，設計中考慮50%箅面被堵塞。以30 m市政路為例，根據圖集[3]中各類雨水口的理論泄水能力和太原市暴雨強度公式反推雨水口匯水面積，見表1。

表1 太原市市政道路(30 m)雨水口匯水面積及間距表

根據表1，本項目選用雙箅式偏溝式雨水口，控制雨水口間距不大于50 m，這也與規范值建議的雨水口間距宜為25 m～50 m相吻合。

必須提到的是，為了減少地塊內部無組織雨水通過出入口漫流至市政道路，出現因市政道路雨水口實際匯水面積增大導致路面雨水排除不及時的現象，我們基于本次道路建設和地塊開發為同一個業主的前提，在設計階段提出了小區雨水不漫流至市政道路的原則。

最后，結合道路匯水點、人行橫道上游、沿街單位出入口上游、靠地面徑流的街坊或庭院的出水口等對雨水口間距進行調整。

2)雨水口布置形式。

項目設計按路面雨水主要通過偏溝式雨水口收集排除，已知雨水口的長度、寬度以及箅條形式對雨水收集效率影響很大，分析縱坡段雨水口收水效果不佳的原因：a.縱坡越大，地表雨水流速越大，水越容易超越雨水口流向下游；b.雨量越大，流經雨水口寬度范圍內的水量越少，更多的雨水流經雨水口寬度范圍外，并會同下方的徑流流向下一個雨水口。

第一,雨水口的箅條平行于水流方向布置更利于雨水收集。

圖集[3]雨水口的箅條布置分為順條和橫條兩種，由設計者選擇使用，其泄水能力及承載能力相同。設計人員往往忽略該條，并未明確雨水箅子采用順條還是橫條。而根據試驗[4]，模擬瀝青混凝土路面當道路縱坡從3.0%變到4.0%，盡管模型實測結果表明不同的縱坡其水深有所不同，但在相同柵條角度情況下，區分度不大。當雨水箅子的開孔與迎水流方向夾角為0°,30°,45°,90°，不同柵條角度對收水流量的影響較為顯著，且在相同水深情況下，柵條角度越大，收水流量越小。本項目明確雨水口的箅條平行于水流方向布置。

第二,雨水口最小有效長度與縱坡段雨水口過水能力密切相關。

規范[2]假設縱坡坡段上，只要孔口凈長度足夠長，路面雨水就能自由落入，從而保證格柵的泄水效率。兩年一遇降雨下箅前流量Q=18.71 L/s，泄流能力按公式9.2.4-1[2]計算，過水斷面為淺三角形溝，過水斷面水深h=29 mm，由公式9.3.4[2]確定格柵孔口所需的最小凈長度Lg=165 mm。以B×H=450 mm×700 mm球墨鑄鐵雨水口箅子為例，孔口凈長度為654 mm，遠大于孔口最小凈長度Lg=165 mm，即使考慮50%箅面被堵塞，采用偏溝式雙箅雨水口也是偏安全的。

第三,通過精細施工提高雨水截流量。

路面雨水流至車行道邊緣后形成三角形過水斷面，雨量越大，斷面越寬，越過雨水口流向下一個雨水口的流量越大，由于雨水口箅面寬度固定，無法通過增加雨水口寬度增大截流量。本次設計箅前流量Q=18.71 L/s且道路橫坡為0.02時對應的水面寬1 450 mm，而雨水箅子的寬度僅450 mm，約有47.5%的雨水流經雨水口寬度范圍外，并會同下方的徑流流向下一個雨水口，則下一個雨水口的箅前流量即為上游一個箅子的未攔截水量疊加當前箅子的攔截水量，水量基本等同于18.71 L/s。因此在一定箅前流量下，提高縱坡段雨水攔截效率的方法不是采用雙箅代替單箅，而是沿水面寬度增加攔截面。通過雨水口井圈周圍的路面局部下凹不僅能保證雨水口箅面低于路面，使雨水順暢流入，同時也加大了雨水截流量，因此施工單位應嚴格按照圖集要求施作雨水口井圈周圍的路面局部下凹。

2 濕陷性場地雨水入滲控制

2.1 存在問題

場地土存在Ⅱ級自重濕陷，雨水入滲會引發路面開裂、塌陷，進而對路側擋土墻甚至地塊內樓座產生威脅。雨水入滲途徑一是從檢查井、管道內部向外部滲水，二是通過路面裂縫向路基滲水。

2.2 一般措施

濕陷性黃土地區排水工程設計應嚴格按照相關規范、規程和圖集的要求，對管道和檢查井的地基處理、溝槽回填，以及檢查井與管道接口密封銜接進行處理，基本可以消除其濕陷性，避免不均勻沉降引起的從檢查井、管道內部向外部滲水現象。

路面裂縫是道路常見的病害，在道路設計和施工階段已對其有深入研究，而需要排水專業特別注意的是檢查井不均勻沉降與車輪的沖擊負荷破壞井周瀝青路面引起開裂。一般通過控制回填土質量和規范施工等措施避免檢查井不均勻沉降，并且在設計階段避免將檢查井布設在機動車道上，但是當道路紅線范圍內管道位置緊張時，不可避免的要將檢查井布置在機動車道內，需要對檢查井回填和井圈加固特殊處理。

2.3 濕陷性場地雨水入滲控制設計要點

1)高流速管段采取防護措施避免結構損壞引起滲水。

本項目道路縱坡較大，管道流速較快，需要采取必要的防沖刷措施，防止因管道或檢查井強度不足而破裂造成安全隱患。本次設計中雨水管道流速大于5 m/s時，要求該段鋼筋混凝土承插口管管體混凝土強度達到C50，敷設管道承口逆水流方向布置，同時檢查井采用高流槽，槽頂高于上游管道管頂200 mm，避免雨水沖刷井壁。

2)井周加固避免不均勻沉降。

本項目位于車行道下的檢查井均采取井周加固措施，并采用具有防盜、防沉降、防響動功能的“三防井蓋”。井周采用8%灰土回填，回填寬度不小于50 cm，壓實度不小于95%，道路結構層內反開挖后采用C15混凝土澆筑，并采用預埋螺栓緊固井座至混凝土井圈。

[1] GB 50014—2006，室外排水設計規范[S].

[2] JTG/T D33—2012，公路排水設計規范[S].

[3] 中國建筑標準設計研究院.給水排水標準圖集[M].北京：中國計劃出版社，2007.

[4] 李 鵬.雨水箅子水力特性研究[J].城市道橋與防洪，2014(18)：125-126.

On design optimization of drainage projects of municipal roads in loess hill regions

Jiang Jinbo

(TaiyuanUrbanPlanningandDesignInstitute,Taiyuan030002,China)

Taking the drainage project of Wangjiafeng municipal road in Taiyuan as the example, the paper analyzes the features of the loess of the program with big slopes and collapsible loess, and explores the optimal design scheme of the road drainage from the improvement of the rainwater collection of longitudinal slopes and rainwater leakage control of collapsible sites, so as to provide some guarantee for the safety operation of the roads.

road drainage project, rainwater entrance, drainage capacity, checking well

1009-6825(2017)01-0147-03

2016-10-26

姜晉波(1985- )，男，工程師

TU992

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