立交排水設計問題淺析
——以淄博市昌國路立交橋為例

張彥光 刁樂群

1.淄博市規劃設計研究院 山東 淄博 255037

2.淄博市城市資產運營有限公司 山東 淄博 255000

正文：

1.工程概況

昌國路-原山大道立交位于張店城區西南角，西側為濱萊高速出入口立交。昌國路為規劃的東西向快速路，原山大道為規劃的南北向快速路，昌國路與原山大道相交處設置一座半苜蓿葉全互通立交，西向南、西向北通過兩條環形匝道連接，東向南、北向東通過兩條半定向的匝道連接。地面輔路在與主線及匝道相交處下臥作為負一層，昌國路為一層，原山大道上跨昌國路，為二層。

2.收水方式

（1）道路標準段、外圍輔道及立交圈內部分輔道段采用雨水口收水的方式，匯入現狀或設計雨水管道內，并最終通過重力流管道排走。

（2）下穿昌國路的輔道通道內采用雨水口收水的方式，匯入設計一體化雨水泵站提升后，最終排入設計重力流雨水管道內排走。

（3）昌國路部分路段及匝道路面雨水通過道路兩側急流槽匯入雨水邊溝，最終就近排入現狀或設計雨水管道內排走。

（4）原山大道主橋段、匝道橋段及集散道橋段采用雨水落水管收水，收集的雨水排入滲井中，超出設計標準的雨水通過雨水管道排走。

（5）立交圈內綠化帶的水通過雨水邊溝或雨水口匯集，最終排入設計雨水管道內排走。

雨水口收水方式細部大樣圖

3.雨水口布設

依據“高水高排、地水低排”的分區原則，本設計通過道路邊溝截流、道路反坡設計等措施盡量減小下穿通道的匯水面積，經過外圍截流以后的匯水面積約2.0ha，經計算，總設計流量為1.03m3/s，單個通道設計流量為0.52m3/s。根據《室外排水設計規范》，雨水口和雨水連接管流量應為雨水管渠設計重現期計算流量的1.5～3倍[1]，故單個通道雨水口的總收水量為0.78～1.56 m3/s，本設計取值1.0m3/s。按照圖集（06MS201-8）推薦的雨水口泄水能力（多箅雨水口為每箅15L/s），單個通道內需設置67組單箅雨水口，在長度約100的坡道設置如此多的雨水口顯示是不經濟和不切實際的。

偏溝式雨水口泄水能力值

依據圖集（06MS201-8）多箅雨水口的泄水能力與道路的坡度、雨水口的型式、箅前水深等因素有關。15L/s是在道路縱坡3‰～3.5%、橫坡1.5%、箅前水深4cm的條件下經實驗所得。而在本設計中下穿通道縱坡3%、橫坡1.5%。故相同型式雨水口的泄水能力主要與箅前水深有關。

《室外排水設計規范》中“地面積水設計標準”中的道路積水深度是指靠近路拱處的車道上最深積水深度。當路面積水深度超過15cm時，車道可能因機動車熄火而完全中斷，因此規定每條道路至少應有一條車道的積水深度不超過15cm。根據下穿通道橫坡設計，當最外側車道積水深度10～15cm時，雨水口位置處積水約30cm，此時下穿通道至少一條車道積水深度不超過15cm，仍可正常通行。因此，發生短時強降雨以后，道路達到積水標準之前，雨水口的箅前水深最大可達30cm，此時為路面正常通車的極限條件。由此判斷，圖集（06MS201-8）推薦的箅前水深（4cm）與實際狀況（≤30cm）差距較大。

下穿通道設計橫斷面

根據相關研究[2]，隨著雨量增加，匯流雨水在雨水口前的深度不斷增大，雨水口的流態可由堰流轉換為孔口流。顯然，按照孔口流流量計算公式去計算雨水口流量更加接近實際情況。

C0——孔口流綜合流量系數，為0.67；

A——過水面積，m2

工程效果圖

H——箅前水深，m

從上式可以看出，雨水口的流量與箅前水深H0.5成正比，由此計算多箅雨水口（單箅）泄水能力如下：

孔口出流公式計算所得雨水口泄水能力值

本設計多箅雨水口泄水能力按（30L/s）/單箅取值，單個通道內僅需布設34組單箅雨水口即可。

4.路面高程

立交橋排水系統圖

本設計中互通立交橋的主線及匝道高程均高于現狀地面線1m以上，容易排水。而輔道高程需要與現狀路面及地塊進行銜接，其設計高程與地面線基本貼合，而輔道與匝道相交時，由于凈空要求的限制，部分路段會低于現狀地面線。

立交橋東側范陽河是立交排水的主要出路，輔道雨水可以通過重力流排河。根據規范要求，淄博市屬于大城市序列，其內澇防治設計重現期為30-50年一遇。為確保發生50年一遇洪水時，范陽河的水不倒灌至設計路面，本設計取輔道最低點高程不低于50年一遇洪水位（41.75m）。

內澇防治設計重現期

5.一體化泵站

本設計中下穿通道的最低點為37.5m，低于范陽河常水位，需要增設雨水泵站進行強排水。根據《城市排水工程規劃規范》（GB 50318-2017）5.4.2條規定，雨水泵站的占地面積按照以下指標[3]取值。

雨水泵站規劃用地指標

設計雨水泵站規模為1035L/s，需占地（580～797）m2，但由于橋墩、匝道、地下管線等障礙物限制，立交圈內僅能滿足200m2左右的用地，故傳統雨水泵站無法實施。設計采用一體化雨水泵站，順利解決用地問題，僅占地150m2。本泵站共設3臺水泵，根據液位由電控柜智能程序批次投入水泵運行，水泵需交替運行，水泵采用潛水排污泵，水泵參數為：Q=1500m3/h，H=15m，N=90kw。

一體化預制泵站因其占地面積小、施工工期短、自動化程度高和無人值守等優點得以廣泛應用，相關的規范標準也已陸續出臺，如山東省已出臺《一體化預制泵站技術規程》，應用前景廣泛。

該立交橋距離范陽河約500m，地下水位較高，故一體化泵站的抗浮設計應引起重視。本項目勘察單位收集了本區域的水文地質、河流氣象條件，根據已有資料，深入分析地下水的補給、儲存、徑流、排泄與擬建場地地下水位的相互關系，并在此基礎上進行了工程地質勘察及地下水位的觀測，查明擬建場地地下水混合水位高程最大值可按41.5m考慮。

根據《一體化預制泵站技術規程》（J 13637-2016）4.5.6條規范規定，泵站抗浮應按下式計算：

式中：W=泵站總重力（N）；

Ks=設計穩定性抗力系數，取1.05；

F=泵站總浮力（N）[4]。

根據《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB 50069-2002）4.3.3.4條規范規定，地表水或地下水對結構作用的浮托力，其標準值應按最高水位確定（41.5m），并按下式計算：

本泵站相關參數詳見下表：

泵站抗浮設計計算參數

W＞Ks×F，一體化本站設計參數符合《一體化預制泵站技術規程》的規定標準。