高速公路橋面排水設(shè)計(jì)總結(jié)

趙立巖

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

高速公路橋面排水設(shè)計(jì)總結(jié)

趙立巖

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

橋面排水是高速公路設(shè)計(jì)過(guò)程中一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，排水是否順暢直接影響到行車(chē)的安全，甚至影響到結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。一般設(shè)計(jì)過(guò)程中，都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用排水措施，缺乏精細(xì)計(jì)算。按照規(guī)范的要求，介紹橋面排水的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)方法，并針對(duì)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的典型情況，給出相關(guān)結(jié)論和建議，為設(shè)計(jì)人員提供參考。

橋面排水；泄水管；截水管；設(shè)計(jì)徑流量；降雨強(qiáng)度

1 概 述

高速公路橋面排水系統(tǒng)主要由泄水口、泄水管及截水管等部分組成。泄水口的主要作用是將路面水集中到泄水管中，而泄水管的作用是將橋面水集中排至橋下。但部分橋梁需要跨越鐵路、高速公路、市政路等高等級(jí)道路，為保證橋下道路的通行要求，避免因橋上落水對(duì)橋下道路行車(chē)安全造成影響，需要設(shè)置雨水收集系統(tǒng)，將橋面上的水集中后再沿著橋梁縱向統(tǒng)一排至所跨道路的路基寬度以外再排至地面。

從目前的工程情況上看，截水管是最為常見(jiàn)的一種雨水收集措施。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、維修簡(jiǎn)便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)的截水管材料有金屬管、PVC管等種類(lèi)，常見(jiàn)的截水管斷面形式有圓形、方形等形式。

目前設(shè)計(jì)中，泄水管的間距、尺寸，截水管的形式、管徑等通常是根據(jù)橋長(zhǎng)、橋?qū)挕蛎婵v坡等數(shù)據(jù)按經(jīng)驗(yàn)確定，缺乏對(duì)降雨、匯流、縱坡等數(shù)據(jù)的詳細(xì)計(jì)算和考慮。本文以遼寧省新建4車(chē)道高速公路為例，依據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》9.1節(jié)中的計(jì)算方法，詳細(xì)介紹高速公路橋面排水的設(shè)計(jì)過(guò)程。

2 設(shè)計(jì)徑流量

本文以單孔30 m跨徑橋梁為例進(jìn)行設(shè)計(jì)徑流量的計(jì)算，其他已知條件為橋面橫坡2%，橋面縱坡2%，橋面凈寬10.5 m，瀝青混凝土橋面的徑流系數(shù)為0.95。根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中路界內(nèi)各項(xiàng)排水設(shè)施所需排泄的設(shè)計(jì)徑流量計(jì)算公式9.1.1計(jì)算徑流量

Q=16.67×Ψ×qp,t×F

(1)

式中：Q為設(shè)計(jì)徑流量，m3/s；qp,t為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度，mm/min；Ψ為徑流系數(shù)；F為匯水面積，km2。

由于沒(méi)有自記雨量計(jì)資料，故需利用降雨強(qiáng)度等值線(xiàn)圖和有關(guān)轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算降雨強(qiáng)度：qp,t=cpctq5,10，其中cp為重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)，可由規(guī)范表9.1.7.1查取。根據(jù)規(guī)范規(guī)定，高速公路路面和路肩表面排水的設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期為5年，故cp=1.00。ct為降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)，計(jì)算ct首先要計(jì)算降雨歷時(shí)t，因本文算例以單向2車(chē)道為例，故t=5 min，查表9.1.7.2，ct=1.25。根據(jù)圖9.1.7-1，查得q5,10在2.0～2.5之間，偏安全考慮，取q5,10=2.5 mm/min，故q=1×1.25×2.5=3.125 mm/min。匯水面積F=10.5×30×1×10-6km2。綜合以上數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)徑流量Q=16.67×0.95×3.125×30×10.5×1×10-6=0.015 6 m3/s=15.6 L/s。

3 泄水管尺寸及間距

常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)橋梁長(zhǎng)度較小(<50 m)且寬度較小時(shí)，可不在橋梁上設(shè)置泄水管，而是將路面水自然匯流至橋梁兩側(cè)路基泄水槽處排除。但一般情況下，只有高速公路天橋滿(mǎn)足上述要求。而對(duì)于高速公路主線(xiàn)橋梁，均需要設(shè)置泄水管。

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般來(lái)說(shuō)，橋上泄水管的間距不大于5 m；對(duì)于橋上縱坡較小的情況，應(yīng)適當(dāng)加密泄水管間距至3～4 m；對(duì)于位于凹曲線(xiàn)內(nèi)的橋梁，其泄水管間距一般按2～3 m布設(shè)。按照《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.9.22中要求，若采用直立塑料管排水，選擇公稱(chēng)直徑90 mm的管，其排水能力為7.4 L/s，故需要在30 m單孔范圍內(nèi)設(shè)置3道豎向塑料泄水管可以滿(mǎn)足泄水要求。高速公路橋面排水一般情況下采用直通鑄鐵泄水管，公稱(chēng)直徑100 mm。其排水能力為9.5 L/s，故需要在30 m單孔范圍內(nèi)設(shè)置2道豎向鑄鐵泄水管可以滿(mǎn)足泄水要求。但考慮實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的進(jìn)口堵塞等因素，實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中通常會(huì)適當(dāng)加密泄水管間距。

4 截水管尺寸

現(xiàn)以某橋?yàn)槔榻B截水管的計(jì)算步驟，假定需要排水的橋長(zhǎng)為500 m，橋面凈寬10.5 m，橋面橫坡和縱坡均按2%計(jì)算。

t2=500/60/2.513=3.316 min

因此，降雨歷時(shí)t=t1+t2=5+3.316=8.316 min。查表9.1.7-2，其中本地區(qū)c60=0.4，按線(xiàn)性插值ct=1.084，q5,10可查圖9.1.7-1，本區(qū)域位于2.0～2.5區(qū)域間，偏于安全考慮，取2.5，故qp,t=cpctq5,10=1.084×1×2.5=2.71 mm/min。另外，公式(1)中的Ψ查表3.0.8得0.95，F(xiàn)可以認(rèn)為等于橋面面積為10.5×500=5 250 m2。因此Q=16.67×Ψ×q×F=16.67×0.95×2.71×5 250×10-6=0.225 m3/s。而流速v經(jīng)前面計(jì)算等于2.513 m/s，所以需要的過(guò)水面積S=0.225/2.513=0.089 5 m2。直徑30 cm的PVC管截面面積為0.070 7 m2，不能滿(mǎn)足要求。現(xiàn)假設(shè)取直徑40 cm的PVC管，經(jīng)計(jì)算，此時(shí)需要的過(guò)水面積為0.073 6 m2，直徑40 cm的PVC管截面面積為0.125 7 m2，管的利用率為0.073 6/0.125 7=0.586，利用率較低。綜上，取PVC管的直徑為35 cm較為合適，此時(shí)利用率是0.854。

按照以上的計(jì)算方法，對(duì)各種典型情況的截水管管徑進(jìn)行試算，得出不同橋長(zhǎng)及縱坡時(shí)時(shí)所取PVC排水管的理想直徑。

表1 PVC截水管理想直徑

表1管道的利用率均在60%～90%之間。從表1結(jié)果中可以看出，截水管的管徑與橋長(zhǎng)成正比與橋面縱坡成反比。為了不使截水管的直徑較大，對(duì)于縱坡較小的情況，應(yīng)該考慮對(duì)長(zhǎng)橋分段設(shè)置截水管。

5 應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)以某大橋?yàn)槔榻B泄水管與截水管的設(shè)置情況。

橋梁基本情況如下：15孔30 m小箱梁結(jié)構(gòu)，橋梁全長(zhǎng)456 m，橋面橫坡2%，橋面位于凸曲線(xiàn)上，小樁號(hào)側(cè)平均縱坡0.983%，大樁號(hào)側(cè)平均縱坡-1.121%。設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h，路基寬度26 m，橋面凈寬11.25 m。因橋梁跨越水源地河流，故全橋設(shè)置截水管，將橋面水分別排至大、小樁號(hào)側(cè)橋頭的蒸發(fā)池中。

根據(jù)上述條件計(jì)算如下：設(shè)計(jì)徑流量：Q=16.67×Ψ×qp,t×F=16.67×0.95×3.125×11.25×30×10-6=0.016 7 m3/s=16.7 L/s。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，采用內(nèi)徑10 cm的鑄鐵管，需要在單孔30 m范圍內(nèi)設(shè)置2道泄水管，但考慮實(shí)際情況與理論計(jì)算之間的差別，最終設(shè)計(jì)時(shí)按間距5 m設(shè)置泄水管。

截水管直徑，按照上述條件計(jì)算，小樁號(hào)側(cè)的管徑采用0.3 m，其利用率達(dá)到86.3%。大樁號(hào)側(cè)的管徑采用0.3 m，其利用率達(dá)到78.2%。綜合以上因素，本橋截水管采用直徑0.3 m的PVC圓管。具體形式見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 泄水管設(shè)置情況

圖2 截水管設(shè)置情況

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)泄水管間距應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密，一般間距4～5 m，對(duì)于縱坡較小或位于凹曲線(xiàn)內(nèi)的橋梁，泄水管間距可加密至2～3 m。

(2)截水管的管徑與橋長(zhǎng)成正比與橋面縱坡成反比。為了不使截水管的直徑較大，對(duì)于縱坡較小的情況，應(yīng)該考慮對(duì)長(zhǎng)橋分段設(shè)置截水管。

[1] 公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG/T D33-2012)[S].

[2] 建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50015-2010)[S].

The summary of the deck drainage on highway bridge design

ZHAO Li-yan

(Liaoning Provincial Communication Planning & Design Institute,Shenyang，Liaoning 110166,China)

Deck drainage is a very important part of the design of highway. It directly influence the safety of driving and even the durability and the service life of the structure. The designers usually select the drainage measures by design experience and lack the fine calculation in general design. this paper introduces the design method of deck drainage and gives the relevant conclusions and recommendations aimed at the typical cases in the design which will provide some beneficial references for the designers.

deck drainage;drain pipe;intercepting drain;design runoff amount;rainfall intensity

2016-05-01

趙立巖(1981-)，男，遼寧東港人，高級(jí)工程師，研究方向：橋梁與隧道工程。

U442.5

C

1008-3383(2017)02-0003-02