山區(qū)某快速路排水工程方案研究

羊麗萍

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院四川分院，四川 成都610041）

1 工程概況

四川省自貢市東部新城高鐵連接線是支撐東部新城開發(fā)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，基本沿釜溪河而建，是支撐高鐵東站對外出行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是高鐵東站聯(lián)系主城區(qū)和以遠(yuǎn)地區(qū)的快速通道。

高鐵連接線工程的工程范圍為西起南岸科技新區(qū)外環(huán)路，東至高鐵東站縱一路，實(shí)施路線長度為3.87 km。雖然道路較短，但包含的排水種類較多，是一項(xiàng)對排水設(shè)計(jì)綜合性要求較高的工程。高鐵連接線排水工程囊括了排水方式的選擇、下穿立交排水設(shè)計(jì)、匝道排水設(shè)計(jì)、人行過街地道排水設(shè)計(jì)、車行地道排水設(shè)計(jì)、數(shù)條街道排水設(shè)計(jì)、高架排水設(shè)計(jì)、擋墻排水設(shè)計(jì)、路面排水設(shè)計(jì)、三角低點(diǎn)的排水設(shè)計(jì)等系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)也包含過水涵洞設(shè)計(jì)、溝蓋板形式的選擇、排水管渠的防沖刷設(shè)計(jì)、截水溝設(shè)計(jì)、急流槽設(shè)計(jì)、橫截溝設(shè)計(jì)、側(cè)分帶混凝土防撞護(hù)欄開孔設(shè)計(jì)等具體設(shè)施設(shè)計(jì)，是少見的綜合了各種排水類型的綜合性設(shè)計(jì)。

該區(qū)地形北高南低，以低矮丘陵山地、溝谷為主，如圖1 所示。

圖1 高鐵連接線地形圖

2 山區(qū)快速路的排水標(biāo)準(zhǔn)

2.1 重現(xiàn)期的確定

雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，應(yīng)根據(jù)匯水地區(qū)建設(shè)性質(zhì)、地形特點(diǎn)和氣象特點(diǎn)等因素確定。重要干道、重要地區(qū)或短期積水即能引起較嚴(yán)重后果的地區(qū)，宜采用較高的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，同一項(xiàng)目不同性質(zhì)的排水可采用不同的重現(xiàn)期[1]。以自貢高鐵連接線為例，根據(jù)區(qū)域規(guī)劃的建設(shè)性質(zhì)、地塊布局特點(diǎn)，同時(shí)依據(jù)《自貢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃（建設(shè)總體規(guī)劃暨東部新城區(qū)海綿城市建設(shè)規(guī)劃）》，自貢市屬于大城市，立交下穿段采用P=50 a；高鐵連接線高架橋段約占一半，于是主線、高架和立交區(qū)選用P=10 a。高鐵連接線截水溝雨水出路為道路邊溝，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期與相應(yīng)道路邊溝相同，截水溝設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為10 a，涵洞設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用自貢防洪標(biāo)準(zhǔn)P=50 a。

2.2 山區(qū)快速路排水方式

排水方式分為管道排水和邊溝排水。邊溝排水又分為蓋板溝排水和明溝排水。排水方式的選擇一般依據(jù)道路周圍土地利用規(guī)劃、道路的性質(zhì)定位和項(xiàng)目投資。以自貢高鐵連接線為例，東部新城遠(yuǎn)期規(guī)劃高鐵連接線周圍地塊開發(fā)較少，幾乎均為綠地，道路定位為快速路，考慮高鐵連接線的排水方式為邊溝排水。邊溝排水可以提高后續(xù)雨水管的標(biāo)高，對投資有利，成本較管道排水低，且施工簡單；敷設(shè)管道較為安全，但是造價(jià)相對較高，同時(shí)檢修較溝渠困難。在矩形邊溝上加設(shè)蓋板或承載蓋板的邊溝形式有利于行車行人安全，避免了明溝效應(yīng)，減少了路基邊坡開挖，路容景觀好，便于維護(hù)，如表1 所示。

綜合考慮，穿越自貢花海和橫穿道路時(shí)敷設(shè)埋地管道，其余均擬建雨水蓋板溝，同時(shí)考慮高鐵連接線周圍地塊開發(fā)的不確定性，于橫斷面圖上預(yù)留和固化雨水管道位置。

表1 高鐵連接線排水方式比較

3 雨水系統(tǒng)排水設(shè)計(jì)

3.1 下穿立交排水設(shè)計(jì)

新建下穿式立體交叉道路排水系統(tǒng)應(yīng)采用高水高排、低水低排、互不連通的原則，應(yīng)有控制匯水面積、減少低點(diǎn)聚水量、防止客水流入底水系統(tǒng)的可靠攔截措施。在平原地區(qū)常采用道路上設(shè)駝峰圍擋客水[2]，但山區(qū)城市的下穿立交橋較難預(yù)先精確地考慮客水圍擋[3]。參考相關(guān)研究[3]，山區(qū)城市可充分利用下穿立交橋低洼點(diǎn)與河道水位的高度差盡可能實(shí)現(xiàn)重力排水。若高度差不太滿足重力順暢排水要求，可設(shè)調(diào)蓄池削減洪峰流量，分散干管重力排水負(fù)荷，進(jìn)行山區(qū)下穿立交橋的排水方案設(shè)計(jì)。山區(qū)不同的下穿立交應(yīng)根據(jù)坡度陡緩、水體水位高程、匯流面積、道路等級綜合進(jìn)行排水設(shè)計(jì)。

以高鐵連接線東環(huán)立交為例，下穿立交最低點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為287.032 m，最低點(diǎn)西側(cè)的釜溪河一段50 a 一遇洪水位取284.32 m，釜溪河二段100 a 一遇洪水位取285.25m；最低點(diǎn)東側(cè)的釜溪河二段50 a一遇洪水位取283.82 m，釜溪河二段100 a 一遇洪水位取284.66 m。邊溝深度為1 m，立交最低點(diǎn)距離釜溪河較近，可重力自流排出，如圖2 所示。

圖2 高鐵連接線東環(huán)立交

主線下穿現(xiàn)狀東環(huán)線縱坡較大，一般可設(shè)置橫截溝或在低點(diǎn)設(shè)置多連篦收水井，考慮到設(shè)置橫截溝易發(fā)生跳車現(xiàn)象，同時(shí)不夠美觀，高鐵連接線于下穿立交最低點(diǎn)處設(shè)置多連篦收水井，就近重力自流排放至釜溪河。山區(qū)下穿立交最低點(diǎn)匯水量計(jì)算時(shí)，應(yīng)合理擴(kuò)大匯水面積、減少集水時(shí)間，以應(yīng)對遠(yuǎn)期豎向變化造成的不確定性。下穿式立體交叉道路低點(diǎn)的雨水口數(shù)量應(yīng)根據(jù)下穿式立體交叉道路設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的雨水流量和單個(gè)雨水篦子的過流能力計(jì)算確定，并采用1.5～3.0 的安全系數(shù)。計(jì)算得出所需連篦較多，將連篦換成帶蓋板通溝。

3.2 地道排水設(shè)計(jì)

地道排水主要為雨水和沖洗廢水，地道分為人行地道和車行地道。

3.2.1 人行地道

地下過街人行道的進(jìn)出口有雨罩式和敞口式兩種。雨罩式?jīng)]有排水問題，只排保潔污水；敞口式則進(jìn)出口本身的雨水將順階梯流入人行道內(nèi)，應(yīng)將雨水和清掃污水一并解決。高程不能自流排除時(shí)，應(yīng)設(shè)排水泵站解決。具體采用哪種方式，需要計(jì)算綜合比較選定。高鐵連接線擬建人行地道共有四處，人行地道設(shè)有雨篷和駝峰，雨水進(jìn)入人行地道幾率小，主要為沖洗廢水，水量較小。由于高鐵連接線幾處人行地道均距離受納水體較遠(yuǎn)，同時(shí)人行地道高程低于受納水體50 a 一遇洪水位，考慮到發(fā)生特大洪水時(shí)地道的安全性和施工的難易程度，高鐵連接線人行地道采用壓力排水。需通過潛污泵提升后就近排入雨水邊溝，每個(gè)集水坑中設(shè)置兩臺型號為65QW40-10-2.2 的潛污泵，一用一備，集水坑尺寸為A×B×H=1.5 m×1.2 m×1.0 m，潛污泵采用液位自動控制，高水位自動啟泵，低水位自動停泵，當(dāng)水位高出報(bào)警水位100 mm 時(shí)，備用泵自動投入運(yùn)行，如圖3 所示。

圖3 人行地道排水參考圖

3.2.2 車行地道

車行地道低點(diǎn)所處位置情況：（1）地道進(jìn)出口端部；（2）地道內(nèi)部；（3）地道段無絕對低點(diǎn)。需根據(jù)低點(diǎn)所處位置，因地制宜設(shè)計(jì)排水方案。以自貢高鐵連接線為例，如圖4 所示，車行地道內(nèi)部僅有單一縱坡，最低點(diǎn)位于車行道端部，同時(shí)受地形條件限制，反坡排水較為困難，需在車行地道洞口設(shè)置有流水篦的橫向路面截水溝，阻止地道外路面水流入地道內(nèi)，同時(shí)于最低點(diǎn)處設(shè)置雨水管渠排出截水溝所攔截雨水。

圖4 高鐵連接線車行地道簡圖

3.3 高架排水設(shè)計(jì)

高架橋排水系統(tǒng)由橋梁縱橫坡、排水口、集水槽、排水管等組成。橋梁頂面設(shè)置縱橫坡后將雨水匯至橋面排水口，集水槽集水后通過排水管排到橋梁以外的地下排水系統(tǒng)。這是城市里的高架橋排水的普遍做法，但對山區(qū)高架橋，可因地制宜設(shè)計(jì)更加合理的排水方案。以高鐵連接線高架橋排水為例，經(jīng)走訪調(diào)研，高鐵連接線周圍地塊均為農(nóng)田土地，遠(yuǎn)期規(guī)劃多為綠地，根據(jù)區(qū)域重要性，高架橋立管雨水不一定需要排至市政管網(wǎng)，立管雨水接入橋墩處檢查井后，經(jīng)檢查井漫流至地面散排，防止沖刷綠地或農(nóng)田。散排時(shí)也可直接在立管出口放置鵝卵石防沖刷[4]。

3.4 涵洞排水設(shè)計(jì)

跨越河道采用橋梁結(jié)構(gòu)，跨越溝谷、沖溝、池塘處按實(shí)際情況考慮填方成路基段或設(shè)置小型過路排水構(gòu)筑物。由于周邊地塊開發(fā)，對于臨時(shí)涵洞，采用圓管涵排水；對于永久性連接主線兩側(cè)水域的涵洞，考慮到道路寬度較長，采用箱涵結(jié)構(gòu)。高鐵連接線沿線地形高差較大，多次跨越河道、溝谷、沖溝、池塘等現(xiàn)狀低凹處。其中四處沖溝在道路紅線范圍部分填為路基段，兩側(cè)沖溝通過涵洞連接。當(dāng)涵洞入口處沖溝底高程高于涵洞底超過2 m 時(shí)需設(shè)置特殊跌水井，井寬同涵洞寬；當(dāng)涵洞入口處沖溝底高程底于涵洞底時(shí)需增大涵洞埋深。

涵洞水文計(jì)算方法一般包含暴雨強(qiáng)度公式法、暴雨推理法、徑流形成法、形態(tài)調(diào)研法、直接類比法、經(jīng)驗(yàn)公式法等。排洪涵洞屬于小匯水面積上的排水構(gòu)筑物。一般情況下，小匯水面積沒有實(shí)測的流量資料，所需的設(shè)計(jì)洪水往往用實(shí)測暴雨資料間接推求,并假定暴雨與其所形成的洪水流量同頻率。本次擬建涵洞主要用于滿足被擬建高鐵連接線截?cái)嗟默F(xiàn)狀沖溝的過水要求，同時(shí)考慮到自貢東部新城屬微丘地區(qū)，匯水面積一般均不到1 km2，平時(shí)水小甚至干枯；汛期水量急增，急流快。有研究[5]表明，水科院推理公式較為適用于山區(qū)小流域水量的計(jì)算[5]。自貢高鐵連接線采用四種方法進(jìn)行涵洞匯水流量計(jì)算，并進(jìn)行涵洞尺寸的驗(yàn)算，最終推薦徑流形成法進(jìn)行山區(qū)小流域涵洞的水文計(jì)算[6]。不同山區(qū)、不同道路等級、不同防洪標(biāo)準(zhǔn)可能適用的小流域水量計(jì)算公式不一致，需因地制宜、合理比較，選擇最適合項(xiàng)目的計(jì)算方法，以免產(chǎn)生安全隱患。

4 結(jié) 語

根據(jù)工程地形地質(zhì)特征，山區(qū)快速路排水設(shè)計(jì)往往會遇到各種不同類型的道路排水。本文以自貢高鐵連接線為例，列舉了山區(qū)道路常見排水問題，著重介紹了山區(qū)快速路排水方式的選擇、山區(qū)快速路下穿立交排水設(shè)計(jì)、山區(qū)快速路地道排水設(shè)計(jì)、山區(qū)快速路高架排水設(shè)計(jì)、山區(qū)快速路涵洞排水設(shè)計(jì)。

（1）同一項(xiàng)目不同性質(zhì)的排水可采用不同的重現(xiàn)期。

（2）排水方式的選擇依據(jù)一般是道路周圍土地利用規(guī)劃、道路的性質(zhì)定位和項(xiàng)目投資。

（3）山區(qū)下穿立交與平原下穿立交有所區(qū)別，山區(qū)不同的下穿立交應(yīng)根據(jù)坡度陡緩、水體水位高程、匯流面積、道路等級綜合進(jìn)行排水設(shè)計(jì)。

（4）地道排水主要為雨水和沖洗廢水，進(jìn)行地道排水設(shè)計(jì)時(shí)需首先明確排水范圍，合理計(jì)算排水量；其次明確排水方式為重力自流還是依靠泵站解決。

（5）山區(qū)高架橋可因地制宜設(shè)計(jì)更加合理的排水方案。根據(jù)周圍土地利用現(xiàn)狀和土地規(guī)劃，山區(qū)高架橋雨水可經(jīng)檢查井漫流至地面散排，或在立管出口放置鵝卵石散排，防止沖刷綠地或農(nóng)田。

（6）涵洞排水設(shè)計(jì)主要包含涵洞孔徑設(shè)計(jì)、涵洞與沖溝銜接設(shè)計(jì)。涵洞孔徑設(shè)計(jì)時(shí)需正確計(jì)算涵洞匯水流量，以此驗(yàn)算孔徑是否滿足要求。涵洞與沖溝銜接時(shí)需考慮涵洞與沖溝之間的高程差，涵洞底高程需低于沖溝高程，當(dāng)沖溝高程過高時(shí)，需設(shè)置特殊跌水井。