城市市政道路建設(shè)下穿道路排水系統(tǒng)設(shè)計研究

熊林洋

【摘要】隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與城市建設(shè)腳步的不斷加快，城市現(xiàn)代化程度逐漸提高。當(dāng)前城市可建設(shè)空間在不斷縮小，土地資源變得愈發(fā)緊張，在此背景下，加速修建城市下穿道路就變得尤為重要。

當(dāng)前我國很多城市都在緊鑼密鼓的修建下穿道路，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市和各省省會城市。相比普通公路，下穿道路具有造價低、可利用空間大、噪聲削弱力強(qiáng)等特點(diǎn)，但隨著下穿道路修建行為的逐漸增多，以及可用下穿道路數(shù)量的不斷增長，積水問題也變得越來越突出，特別是因連續(xù)降雨所造成的積水。如不能很好解決積水問題，下穿道路的使用壽命就將受到嚴(yán)重影響，同時也會給正常行車帶來不便。

本文將結(jié)合實(shí)際城市下穿道路積水現(xiàn)狀，借助專業(yè)分析和設(shè)計方法，基于設(shè)計層面對下穿道路排水系統(tǒng)所存在的問題進(jìn)行了研究，以尋求解決積水的辦法。

首先對城市下穿立交道路地表排水系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了概述，包括下穿道路特點(diǎn)和排水系統(tǒng)特點(diǎn)、下穿道路排水系統(tǒng)設(shè)計方法和原則、排水系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計等;然后對雨水口排水能力及其設(shè)置方法進(jìn)行了分析和描述，最后從泵站選址、泵房設(shè)計、泵的選型，以及集水池常見的不利水力現(xiàn)象等四個方面出發(fā)，對排水泵站設(shè)計進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】市政道路建設(shè);下穿道路;排水系統(tǒng);雨水量計算;雨水泵站設(shè)計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

緒論

進(jìn)入到2000年后，我國城鎮(zhèn)化發(fā)展速度逐年加快，城鎮(zhèn)化發(fā)展速率逐年遞增。特別是從2000年第二個十年開始，我國城鎮(zhèn)化發(fā)展取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。從2011年到2017年短短7年時間里，我國城鎮(zhèn)化增長速度突破了7%，明顯快于2000年至2011年的增長速率。

與城鎮(zhèn)化建設(shè)和增長速率形成鮮明對比的是，我國城市排水設(shè)施建設(shè)和排水系統(tǒng)發(fā)展卻長期處于停滯不前的階段，特別是遇到連續(xù)陰雨天氣時，城市道路經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象，給城市發(fā)展帶來了不可估量的損失。城市道路數(shù)量的增多，使雨水下滲受到了一定程度的阻撓，路面積水情況愈發(fā)嚴(yán)重，進(jìn)一步加重了交通堵塞問題。下穿道路建設(shè)主要是為了解決行車通常問題，但因其所處交通路段比較特殊，所以一旦發(fā)生暴雨洪澇事件，將會使地段積水無法順利排出，從而影響車輛正常通行，違背了下穿道路建設(shè)初衷。

一、下穿道路地表排水系統(tǒng)設(shè)計

1.當(dāng)前城市下穿道路特點(diǎn)

所謂下穿道路，是指兩條或兩條以上道路交匯時，為了避免相互間干擾，以及提升交通通常度，利用垂直空間將彼此交錯開，整體呈現(xiàn)空間多維化態(tài)勢，從而起到節(jié)約地面資源的作用。下穿道路一般分為交互式和非交互式兩種，交互式即為交叉式。下穿道路的主要特點(diǎn)是道路水平面低，占地面積小，相比正常道路，它主要起到輔助交流，實(shí)現(xiàn)交通分流的作用。

2.當(dāng)前城市下穿道路排水系統(tǒng)特點(diǎn)

排水系統(tǒng)是城市下穿道路建設(shè)不可或缺的組成部分，在很大程度上決定了道路交通能夠高效運(yùn)行。應(yīng)不同道路建設(shè)需求，以及地域環(huán)境特點(diǎn)，下穿道路排水系統(tǒng)也被劃分為五種不同類型，即上跨橋面排水系統(tǒng)、道路路面排水系統(tǒng)、下穿式道路地表排水系統(tǒng)、下穿式道路下排水系統(tǒng)，以及立交綠化區(qū)域排水系統(tǒng)。結(jié)合下穿道路特點(diǎn)我們會發(fā)現(xiàn)，下穿道路較容易受降雨影響而發(fā)生積水，若不能采取有效措施將積水處理掉，路基將會在大量積水的長時間浸泡下逐漸被軟化，從而降低了使用壽命。

3.城市下穿道路排水系統(tǒng)設(shè)計方法和原則

當(dāng)前比較常用的下穿道路排水方式主要有三種，即重力排水、調(diào)蓄排水、泵站強(qiáng)制抽排。在實(shí)際應(yīng)用中，可選擇某一種方法進(jìn)行排水，也可將兩種或三種方法結(jié)合在一起進(jìn)行排水，具體選擇需要結(jié)合道路積水情況，以及地段排水系統(tǒng)設(shè)計特點(diǎn)與地理特點(diǎn)而定。

當(dāng)期我國針對下穿道路積水問題所給出的官方排水原則主要有：

（1）根據(jù)路段地質(zhì)條件和下穿道路設(shè)計特點(diǎn)確定如何排除積水，以及劃匯水面積。

（2）根據(jù)不同路段重要程度來設(shè)定暴雨重現(xiàn)期時間，一般不少于3年。

（3）規(guī)定下穿道路路面集水時間不超過10分鐘。

（4）徑流系數(shù)介于0.8-1.0之間為宜。

（5）下穿道路出水口始終保持出水順暢，保證出水安全;排水系統(tǒng)須單獨(dú)設(shè)置。

在設(shè)計城市下穿道路排水系統(tǒng)時需遵循以下三點(diǎn)原則：

（1）為阻止高位積水流水低處，應(yīng)采取分區(qū)排水方式，同時掐斷各排水系統(tǒng)相互聯(lián)通。

（2）設(shè)計排水系統(tǒng)時應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)芈范谓煌ㄇ闆r，路面材質(zhì)，道路長度等因素。

（3）在選擇排水方式時，優(yōu)先考慮重力排水;如重力排水無法取得預(yù)期效果，可考慮設(shè)置泵站抽升。

4.城市下穿道路排水系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

當(dāng)前我國所采用的雨水量計算方法主要是容量平衡法，它是根據(jù)我國暴雨公式形式所提出的。具體公式如下：

（1）

其中，β表示流量折減系數(shù);qmax表示最大地面徑流對應(yīng)的設(shè)計暴雨強(qiáng)度 L/（s·hm2）。

對上面公式進(jìn)行積分后，可算得流量折減系數(shù)：

（2）

其中，r表示 雨峰時程位置;b和n均為地方參數(shù);t表示集流時間。

從公式（2）中我們可以看出，若想獲得最經(jīng)濟(jì)的優(yōu)質(zhì)效果，可通過統(tǒng)計降雨當(dāng)?shù)氐膔值來獲得β。當(dāng)前國內(nèi)外雨峰時程位置系數(shù)r的統(tǒng)計值見表1。

需要指出的是相應(yīng)的推理公式計算均是在較為理想狀態(tài)下進(jìn)行的，比如規(guī)定區(qū)域的降雨強(qiáng)度分布均勻;選定時間內(nèi)降雨強(qiáng)度是均勻且不變的;路面匯水面積擴(kuò)大速度和程度是與降雨時長呈正相關(guān)的。

二、雨水口排水能力分析及設(shè)置方法

1.雨水口構(gòu)造及流量設(shè)計

雨水口是城市排水系統(tǒng)的附屬構(gòu)造物，是城市道路排水的重要組成部分，位于城市排水系統(tǒng)的起點(diǎn)。通常設(shè)置在距離城市道路、廣場、交叉口、路溝一定距離處，收集路面的雨水，然后通過連接管匯入人行道下的排水管渠。科學(xué)合理布設(shè)雨水口，可以防止雨水漫過街道或造成街道積水和沉淀，妨礙交通或有害道路;否則，會造成城市道路的積水問題，甚至威脅人們的生命財產(chǎn)安全，因此，在城市排水管網(wǎng)設(shè)計中應(yīng)考慮城市雨水流量的設(shè)計。對于雨水口連接管管徑，一般來說，最合適的間距是25-50m，用于連接雨水口的連接管最多不超過3個，且每個長度需要在25m以下。雨水口的深度要不大于1m。在城市中，要充分考慮交通擁堵、人口多等實(shí)際情況，在合適的位置，要視情安裝沉泥槽。要立足雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期計算流量，按照數(shù)值的1.5-3倍來設(shè)計雨水口和雨水連接管的流量。

2.雨水口布設(shè)

雨水口的布設(shè)位置需要考慮多種影響因素，比如道路方向、周邊廣場以及建筑物、綠化情況、土壤情況等。原則上，應(yīng)該設(shè)置在匯水點(diǎn)和截水點(diǎn)上，比如建筑物落水管的附近，道路低洼地帶，小區(qū)出入口等，不宜設(shè)置在分水點(diǎn)及道路轉(zhuǎn)彎曲線段、建筑物門口。

雨水系統(tǒng)排水不暢的原因大多是雨水口布置不當(dāng)所致。城市道路雨水口間距宜在25m～50m之間，但根據(jù)排水工程相關(guān)規(guī)定，間距宜在30m～50m之間，由于實(shí)際規(guī)定范圍大，在實(shí)際布設(shè)過程中，通常會出現(xiàn)以下問題：

（1）在排水服務(wù)范圍內(nèi)，與排水管線連接的雨水口數(shù)量太少，雨水口之間的距離過大。

（2）獨(dú)立的雨水口的泄水能力沒有按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，由于道路縱坡過大或者橫坡過小，導(dǎo)致雨水口的水頭高度太高或者太低，降低了泄水能力。

（3）由于布設(shè)位置不當(dāng)，地表徑流不能快速流入雨水口，從而雨水口的集水能力不足，雨水口一般不設(shè)街角或最低道路高度，運(yùn)行時間長，后期維護(hù)管理工作不到位，進(jìn)入雨水雜物處理不及時，雨水口堵塞加重，雨水收集能力逐漸減弱。

（4）雨水口箅形選用不當(dāng)，導(dǎo)致入水緩慢，泄水不足。

3.各類型雨水口特點(diǎn)及排水能力分析

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集《雨水口》（05S518），雨水口可以分為：平箅式、偏溝式、立箅式和聯(lián)合式雨水口，每種形式的雨水口都單箅，雙箅和多箅的形式。當(dāng)前絕大多數(shù)城市的下穿道路雨水口均會被設(shè)置在道路兩側(cè)邊緣，且路面設(shè)計會略微呈現(xiàn)中間高，兩側(cè)低的狀態(tài)，這主要是為了更好實(shí)現(xiàn)排水。雨水口的泄水能力決定了從路面進(jìn)入地下排水系統(tǒng)的徑流量，其布設(shè)的合理性直接影響了雨水排除的效果，也間接影響了道路的通行能力和交通安全，及路面的結(jié)構(gòu)性能和使用壽命。

（1）平箅式雨水口

為了保證道路雨水能夠被及時順利排出，平箅式雨水口會設(shè)置在路面上，且通過道路橫坡來收集雨污水。但由于容易被落葉和雜物所堵塞，因此如果不去定期清理雨水口，排水效果將大大削弱。平箅式雨水口的邊溝水流分區(qū)見圖3。

（2）立式雨水口

為了保證道路雨水能夠被及時順利排出，立式雨水口通常會被設(shè)置在有路緣石的道路上。該類型雨水口又被分成立孔式和立箅式兩種，結(jié)構(gòu)簡單是立孔式雨水口的主要特點(diǎn)，不僅排水效率高，還不易妨礙交通。而立箅式由于上段過水量非常少，幾乎為零，因此收水量和收水效果自然不會很好。相比平箅式，立箅式很少被應(yīng)用。

（3）聯(lián)合式雨水口

聯(lián)合式雨水口是在平箅式雨水口和立式雨水口被廣泛應(yīng)用之后才出現(xiàn)的，它集合了二者的諸多優(yōu)點(diǎn)，屬于一種更加高效，結(jié)構(gòu)更加新穎的雨水口。聯(lián)合式雨水口適用于道路面路幅寬，有路緣石，雨水量大，且附近雜物較多，以及雨水口易被堵塞的地方。聯(lián)合式雨水口被分為兩種類型，一種是等寬邊溝聯(lián)合式雨水口，另一種是非等寬邊溝聯(lián)合式雨水口。不同形式雨水口泄水能力見表2。

三、排水泵站設(shè)計

1.泵站選址

在不考慮經(jīng)濟(jì)因素的前提下，泵站選址工作相對容易些，理論上可選擇最優(yōu)質(zhì)的科學(xué)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計方法來輔助選址。很明顯，這樣的選址方式并不具有任何現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合城市交通特點(diǎn)和路段地質(zhì)特征，在對泵站進(jìn)行選址時，必須首先對現(xiàn)場情況進(jìn)行詳細(xì)勘察，結(jié)合路段及其周邊環(huán)境做出最合理的選擇。同時，還需要結(jié)合近幾年城市降水情況，及其收集水文資料來對選址做出科學(xué)判斷。

2.泵房設(shè)計

作為泵站的最主要構(gòu)筑物，泵房設(shè)計需要遵循以下三點(diǎn)原則：

（1）為方便前期設(shè)備安裝和后期維護(hù)，以及盡可能降低投入成本，機(jī)房內(nèi)設(shè)備應(yīng)遵循緊湊性布置原則。

（2）為了有效提升泵房的穩(wěn)固程度和抗震性，除了要在剛度和強(qiáng)度方面滿足布置需求外，泵房設(shè)置地點(diǎn)也很重要，盡量選擇在下穿道路的最低點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。

（3）能夠估計出泵房的進(jìn)水高度，以最大高度作為臨界線，對浸水部分構(gòu)件做防滲水處理，同時提高其抗壓抗裂性。

不同類型泵站特性見表3。

3.泵的選型

水泵式下穿道路雨水泵站的核心元素，泵站運(yùn)行效率和效果的好壞，與水泵的選擇有直接關(guān)系。圖6中所展示的水泵類型是當(dāng)前比較常用的類型。

結(jié)論：

結(jié)合文中論述，當(dāng)前城市下穿道路排水系統(tǒng)設(shè)計需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐缆方煌ㄇ闆r、地質(zhì)條件、降水量、城市建設(shè)規(guī)劃等多方面因素來進(jìn)行。通過分析下穿道路特點(diǎn)與下穿道路排水系統(tǒng)特點(diǎn)，應(yīng)用科學(xué)的計算方法和設(shè)計原則，可以最大限度發(fā)揮排水系統(tǒng)功能。通過分析不同雨水口排水能力，以及對比設(shè)置方法的利弊，可幫助我們獲得更好的排水效果。本文主要側(cè)重于對下穿道路地表排水系統(tǒng)進(jìn)行研究，并未涉及地下水研究，事實(shí)上，地下水對下穿道路路面也具有比較重要的影響。

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