道路排水設計步驟和要點探討

潘金鋒 （合肥學院 城市建設與交通學院，安徽 合肥 230601）

0 引言

城市雨、污水主要依靠沿市政道路敷設的雨、污水管涵排放，雨水經收集和轉輸后排入受納水體，污水經收集、轉輸、處理后排放或回用。城市道路雨、污水管涵往往隨城市道路同步設計、建設，習慣稱為道路排水。道路排水不僅收集道路及兩側地塊的雨、污水，同時也轉輸上游匯水范圍的雨、污水，是城市排水系統的主要組成部分。城市排水系統設計、運行維護狀況，直接關系到城市居民的生命和財產安全。每至汛期城市內澇屢屢發生，一部分是超標降雨引起的,更多的是城市排水設施本身存在的問題引起的,城市道路排水設計、運維的不足之處，需要充分重視。排水系統是城市基礎設施的重要組成和確保城市排水安全的重要支撐，根據目前的發展趨勢，未來我國的排水系統基礎設施的建設壓力將進一步加大[1]。所以道路排水設計應該被充分重視。

道路排水設計時系統分析是否全面、總體設計是否科學、標準和參數選取是否合理、關鍵點是否被重視等直接影響城市雨、污水的排放安全。目前國內針對道路排水設計的某一方面進行了不少研究，為城市道路排水設計提供了寶貴財富。本文探討道路排水設計全過程步驟的要點，對指導道路排水系統性、全面性及針對性設計有很強的實踐意義。

1 系統設計

城市雨、污水設施構成了龐大排水系統，道路排水設計時應從整個系統出發，統籌考慮。道路排水設計不僅要解決設計段道路及其兩側地塊的雨、污水排放，同時也必須全面考慮設計段雨、污水所屬排水系統上游匯水面積內的雨、污水排放。近年來極端降雨事件發生越來越頻繁,和雨水設施建設未與城市防洪、河道水系、道路交通等其他規劃相銜接[2]。排水設計時應綜合分析雨、污水系統內和排水相關的總體規劃、各專項規劃及其實施情況，對道路排水設計有制約和影響的規劃主要有城市總體規劃和其他專項規劃，如排水規劃、防洪規劃、河道水系規劃、豎向規劃等。

道路排水包括道路雨水和污水，應依照相關規劃、設計規范結合實際建設情況進行設計。依據城市總體規劃確定雨、污水服務范圍內不同地塊的城市建設性質；依據排水規劃確定設計路段雨、污水所屬的系統，不同建設性質地塊采用的標準和參數，管網系統的控制點標高等；依據防洪規劃確定雨水受納水體的防洪標準及水文資料；依據河道水系規劃確定水系溝通方式和標準、參數；依據城市豎向規劃推算設計道路排水管道的標高。

在城市雨水管網設計時，通常使用推理公式法或數學模型法來計算管網徑流量。對城市內澇模型的研究，國內目前還處于初期階段[3]。在實際設計中，由于推理公式法計算簡便、所需資料不多，加之我國數學模型法的發展不夠完善且沒有規范性的使用指導、指南，設計人員采用較多的依然是推理公式法[4]。故在此探討的是目前廣泛使用的推理公式法的道路雨水設計。推理公式法計算暴雨強度公式如下。

式中：q——暴雨強度公式[L（/hm2·s）]

p——設計重現期（年）

t——降雨歷時（min）

A1，C，b，n——參數，根據統計方法計算確定。

2 雨、污水設計

2.1 總體設計

道路排水設計時先根據城市或者區域排水規劃，結合區域排水設施建設情況，確定匯水范圍，依據規劃結合已建排水設施資料整理設計范圍的總的雨水和污水管網系統圖。根據排水規劃及現狀，分別確定設計道路范圍內雨、污水出口，同時確定每個出口的匯水范圍及雨、污水管網圖。

道路雨、污水設計，主要是進行雨、污水的平面和縱斷面設計。道路紅線寬度超過40m的城市干道宜兩側布置排水管道[5]。平面設計時首先按照設計道路紅線寬度結合道路排水的實際情況確定道路下雨、污水管是單側布置或兩側布置。設計時需要注意沿道路敷設雨、污水管及其外接管與其他類型管道的平面和豎向的相互避讓，按照管線避讓原則，壓力管、易彎曲的管道避讓排水管。

2.2 雨水設計

2.2.1 設計標準、參數確定

根據城市或者區域排（雨）水規劃，確定設計段所屬雨水系統為泵排區還是重力自排區，分別對應規劃中泵排區和重力自排區的標準（往往泵排區標準高于自排區）確定雨水設計重現期P、地面積水時間t1等參數；根據城市總體規劃結合實際建設情況，分析匯水范圍的下墊面，確定徑流系數ψ；以上范圍、參數、標準等確定后，按照城市暴雨強度公式計算出道路不同管段的設計雨水量；結合道路豎向初定各段雨水管涵斷面尺寸和坡度，初步進行道路雨水設計。

2.2.2 道路最低點標高推算

雨水設計的另外一個任務是為道路豎向設計提出要求，通過水力計算確定道路最低點標高限值，道路設計標高不應低于該值，以避免在降雨不超標時，道路出現積水現象。道路最低點標高，根據雨水泵站（泵排區）或受納水體（自排區）的水位進行推算。設計管段位于泵排區時根據雨水規劃（泵站未建時）或已建雨水泵站運行資料查閱雨水泵站的最高運行水位，位于重力自排區時根據防洪規劃查閱受納水體的設計洪水位，以上水位確定后，根據設計段至雨水泵站或受納水體之間的管涵規劃、建設情況（管道路由、控制點標高、斷面尺寸、坡度等），按照水力坡降按雨水泵站最高水位或受納水體設計洪水位反推設計段道路豎向最低設計標高。

2.2.3 平面設計

道路雨水設計流量由以下三部分雨水構成：上游系統來水（雨水系統為起始管道時不含該部分）、道路兩側地塊的雨水、路面雨水。

采用單側布置雨水管時，設計前先確定同一出口范圍內道路外接雨水管的位置、斷面尺寸、底標高、流量等資料，外接雨水管主要指需要轉輸的相交道路雨水管、道路兩側匯水范圍的雨水收集管（如道路兩側地塊未開發建設，在平面設計時每80m～120m預留一處雨水收集管）；根據道路豎向確定同一出口范圍內道路最高、最低點（如果道路豎向起伏，則有一個以上的局部最高點或最低點）位置。

設計時首先在道路最高點、道路最低點、外接雨水管處布置檢查井，之后根據路面雨水收水要求加密檢查井。道路最高點的雨水管為起頭管時，取消該檢查井及與其相鄰檢查井之間的雨水管；道路最高點的雨水管不為起頭管時，可取消該最高點處的檢查井，復核其相鄰兩檢查井的間距是否滿足規范要求，如不滿足檢查井最大間距規范要求，需對道路最高點附近的檢查井位置進行局部調整。

設計采用兩側布管雨水管時，從建設成本和后期運維等方面考慮兩側雨水管宜為一主管一輔管的布置方式，而不是道路兩側各自獨立布置從起始端至雨水出口貫通的雨水管。同一出口范圍內雨水主管道應從起始端至雨水出口連續敷設；另一側雨水管為輔管，沿道路敷設一定長度后橫穿道路接入另外一側的雨水主管，故同一出口范圍內雨水輔管從起始端至雨水出口通常不是連續敷設。值得注意的是在道路最低點需要適當加大雨水口的收水能力。道路坡度偏小時雨水口間距需適當減小；道路坡度較大時，雨水口間距可適當加大，但要加大設置雨水口的收水能力，避免雨水越過雨水口流入下游路面。在連續坡度道路上，越往下游，雨水口承擔的泄流任務越大，故在下游宜將雨水口布置成雙箅、多箅來提高下游排水效率[6]。

2.2.4 縱斷面設計

縱斷面設計時管道埋設高程控制至關重要，設計雨水管道應能承接上游規劃或建設的雨水管來水、能接入下游規劃或建設的雨水設施或排入受納水體，同時設計雨水管道應接納道路兩側地塊雨水，在滿足以上要求前提下盡量減小管道埋深，以降低工程投資，便于后期運行維護。設計時首先根據雨水規劃中的系統控制點標高和上、下游已建雨水管資料，確定道路設計雨水管道起點、終點的管底設計標高范圍值，往往根據以上資料確定設計范圍起點管的最高設計管底標高和設計終點的最低設計管底標高，之后結合地塊雨水收集管的資料進行雨水縱斷面設計。平面和縱斷面在設計時應統籌設計，根據其相互制約關系進行相應調整，合理確定管徑、埋深、管道坡度。

2.3 污水設計

2.3.1 設計標準確定

依據城市總體規劃及建設情況，確定設計管段及上游服務范圍內工業用地、生活用地、商業用地等產生污水的各種性質城市建設用地面積；根據污水規劃查閱不同性質城市建設用地的污水量指標；各類性質城市建設用地的面積及對應的污水量指標確定后，進行設計污水量計算，然后進行道路污水設計。

2.3.2 平、縱面設計

道路污水管的收水由兩部分組成：轉輸上游系統的污水，收集道路兩側地塊產生的污水。污水平、縱面設計和雨水管設計過程大致相同，主要區別：污水管設計時不需考慮雨水口的布設，檢查井的布置主要受外接污水管、規范要求檢查井最大間距和當地的管道養護條件確定；由于雨水出口宜分散就近排入受納水體，而污水要統一排入污水處理廠處理，所以污水系統中主管道往往較長，同時地塊內污水管道埋深往往比雨水管道深，所以在縱斷面設計時往往污水管道的埋設較雨水管道深。

污水預留管布置時盡量靠近雨水預留管，以便于后期地塊的接入。

3 注意事項

為了保證雨、污水的正常排放和城市水系的正常使用，在道路排水設計時應該注意以下事項。

3.1 雨、污水出口

道路排水設計時必須對雨、污水出口進行調查、分析，雨、污水出口必須可靠，以保證排水安全。

如果設計雨水管直接接入下游已建雨水管、泵站或已經形成的受納水體，則認為雨水出口可靠；如不是前面三種情況，則認為雨水出口不可靠，需要進行臨時出口設計。臨時出口通常采用開挖臨時明渠方式，雨水通過明渠接入系統下游已建雨水管、泵站或受納水體。臨時明渠沿規劃道路布置時，如有條件明渠宜設置在規劃道路紅線外，主要原因有兩個：一是臨時出口明渠段道路修建時明渠能正常工作，如臨時出口明渠在道路紅線內，道路施工期間需要將臨時出口遷改至道路紅線外，臨時出口需要二次改遷，增加工程投資；二是避免了臨時明渠開挖和運行對道路范圍原狀土的破壞，減小路基處理量和臨時明渠的填筑工程量，縮短工期并節約工程投資。

當下游污水系統已全部建成貫通，污水可以直接接入下游已建污水設施；如下游污水系統未貫通或污水沒有出路，設計段的污水管道可以在建成后暫不啟用，如啟用必須采取必要措施，保證污水處理達標后排放。

3.2 過路水系的溝通

過路水系的溝通大致分為兩類：一類為永久溝通，是城市總體規劃、防洪規劃和水系規劃中需要保留或者未來修建的永久水體的過路溝通，常用的方式為修建橋梁或者管涵進行溝通；另一類為臨時溝通，這種情況是穿道路的現狀水體在規劃中不保留，但由于道路兩側尚未完全開發，過路水體暫時還承擔著輸水、排水、灌溉、養殖等功能，這種情況下也需要對現有的溝、渠、塘等進行必要的過路溝通，溝通的方式往往采用過路管涵溝通。

3.3 淹沒出流

根據《室外排水設計標準》（GB50014-2021），重力流雨水管道應按滿流計算[7]。實際中雨水管網系統的排水口通常連接于江河，河道水位對其排水能力的影響不容忽視[8]。雨水設計時通常所選取的管道敷設坡度和計算水力坡度基本匹配，但值得注意的是，受景觀要求、管道避讓等因素的影響，雨水自排進受納水體時，雨水管往往采用淹沒出流，即雨水出口及其前面部分雨水管淹沒于水面之下，管道內充滿水，此時由于受納水體頂托作用，管道敷設坡度和運行時實際水力坡度往往有一定差別，在設計時需要特別注意。

淹沒出流雨水管道設計時，加大管道坡度并不能增加管道的實際輸水能力[9]。應根據設計雨水流量和實際運行水力坡度確定管徑，不能根據設計雨水流量和設計管道坡度確定管徑。如設計管道坡度大于實際運行水力坡度，按照設計管道坡度確定的雨水管管徑往往偏小，造成管道的實際過流能力小于設計雨水流量，增加上游道路內澇風險，排水安全無法得到保證，所以淹沒出流時雨水管徑應按照實際運行水力坡度確定。在難以保證自由出流的地區,應增大雨水管道管徑應對城市內澇[10]。

圖1 淹沒出流管道坡度、水力坡度示意圖

4 結語

①道路排水設計時，應根據城市總體規劃、排水規劃、防洪規劃、水系規劃、豎向規劃等合理確定相應的標準和參數。

②應分析和調查所屬排水系統規劃和已建排水設施情況，保證系統內排水設施的順利銜接。在具體設計時應全面考慮，使設計成果盡可能的優化。

③要對雨、污水進行系統分析，考慮匯水范圍內雨、污水排放，不能僅考慮道路及兩側地塊的雨、污水的范圍。道路排水設計時要根據下游雨、污水系統的建設情況，采用必要的臨時出口，保證雨水安全排放；設計污水管道建成啟用時，下游污水應用出路，保證污水得到處理、達標排放。

④根據過路水系的性質，采用臨時溝通或者永久溝通，保證水體的功能；淹沒出流雨水管應按管道運行時的實際水力坡度和雨水流量確定管徑，保證雨水排放安全。