規劃邊界區大型樞紐立交雨水排水方案設計

摘要：文章以某大型樞紐立交的排水設計為例，結合規劃對該立交所在片區上下游排水系統進行分析，利用推理公式法進行排水管網水力計算，采用數學模型法進行立交排水系統內澇核算，提出適合大型樞紐立交的排水設計方案及建議，可為今后大型樞紐立交排水提供參考。

關鍵詞：大型樞紐立交；排水系統；內澇核算

U442.5A541734

0 引言

城市立交是現代化城市的重要標志，在城市重要交通交匯點建立的上下分層、多方向行駛、互不干擾的現代化大型樞紐立交更是縱橫交錯，起著分流各個方面車輛及行人的重要作用。而立交排水相對于原來單一的地面道路排水顯得更為復雜，立交排水設計重現期也往往高于單一地面道路的重現期，特別是下穿段立交的地面，往往比周圍低，若排水設計不合理將導致內澇發生，立交的排水方案也與立交型式關系密切。一般情況下，立交排水遵循高水高排、低水低排的原則，其設計重現期也高于一般路段。本文以城市邊界區某大型樞紐立交為例，探討立交排水設計方案，希望為同類型工程項目提供參考。

1 項目概況

擬建項目為主干路與快速路相交的城市互通立交，位于南寧市城市規劃區邊界，其中主干路為南北向，快速路為規劃東西向，北側與快速路平行的位置需自北向南分別跨越現狀客貨共用普通鐵路、在建高鐵。綜合立交使用功能及排水條件，立交型式自北向南為下穿兩個沿線鐵路+對角象限雙環式變形苜蓿葉+二層棱形互通立交，地面慢行交通系統設置北側輔道上跨南側輔道下穿的方案，如圖1所示。本項目快速路以北大部分為待開發區，沿線相交道路均未開發，立交東北側片區未有相關規劃。

2 雨水系統設計方案

2.1 現狀及規劃雨水情況分析

本項目位于規劃區邊界，沿線主干道與快速路圍合的東北側地塊未有相關規劃，沿線立交雨水工程規劃自北向南排至現狀砧板溝。經現狀調查，建設項目沿線現狀地形起伏較大，道路周邊大部分暫未開發，暫時沒有完整的排水系統，雨水都是順勢排入周邊低洼處或天然水系。沿線立交南北側均與現狀水系——砧板溝、派曉溝相交，兩個水系可作為本項目的雨水排放出路。

派曉溝橫穿本項目，現狀為土溝，溝底標高為78.70 m，50年一遇洪水位為81.20 m。砧板溝橫穿本項目，其起點為大派水庫，在天合路相交處道路設置了兩孔B×H=5 000×4 000過路箱涵，箱涵底標高72.46 m，50年一遇洪水位75.56 m，砧板溝為規劃保留水系。

2.2 雨水量設計計算參數

雨水流量的計算采用南寧市暴雨強度公式：

q=4 306.5861+0.516lgPt+15.2930.793（l/s·hm2）（1）

式中：t——降雨歷時（min），t=t1+t2。

P——立交范圍內30 a，其余路段5 a，內澇核算重現期50 a；

t1——地面集水時間，立交范圍內地面集水時期5 min，其他段10 min；

ψ——綜合徑流系數0.7，立交范圍路面0.9，綠地0.15。

本項目匯水區面積lt;2 km2，采用推理公式進行雨水管渠水力計算，但排水系統包含調蓄設施或除綠色屋頂外的源頭減排設施時，宜采用數學模型法進行內澇核算［1］。

2.3 雨水排水總體方案比選

根據片區雨水規劃，結合道路規劃豎向及水系現狀調查，對本樞紐立交設計范圍內的雨水排水總體設計進行2個方案比選。

方案一（下頁圖2）：根據片區雨水規劃（如圖2所示），按照路網豎向規劃及水系砧板溝位置，沿線立交雨水由北至南穿越在建高鐵、現狀鐵路、樞紐立交后集中排放至砧板溝，匯水面積約為191.52 ha。沿線雨水管渠雙側布置，最大規模為2孔4.5 m×3.5 m箱涵，雨水采用集中排放，設計規模及雨水管渠埋深均較大。

方案二（圖3）：經過現狀調查，沿線已有現狀水系——派曉溝亦穿越本項目，本規劃區內未考慮保留此現狀水系，根據《國務院辦公廳關于加強城市內澇治理的實施意見》，城市排水系統應“注重維持河湖自然形態，避免簡單裁彎取直和侵占生態空間，恢復和保持城市及周邊河湖水系的自然連通和流動性”［2］。經過與規劃部門對接，認為派曉溝是勝利水庫及片區天然的雨洪通道，將其作為解決雨水排水出路具有重要作用，應予以保留。因此，本方案以現狀鐵路為匯水分界線，進行雨水排水總體設計。如圖3所示，現狀鐵路以北排往現狀水系——派曉溝，現狀鐵路以南排至現狀水系——砧板溝。沿線雨水管渠雙側布置，最大規模為d2600鋼筋混凝土管，雨水采用分散排水，雨水管渠設計規模及埋深減小。

2.4 數學模型分析

針對上述方案一、方案二的雨水排水方案，采用數學模型法進行內澇驗算，選取SWMM作為數學模型研究軟件，根據南寧市暴雨強度公式，采用芝加哥雨量模型生成降雨數據，降雨總歷時取3 h，重現期取50 a，匯水區參數按用地、地形等情況進行設置，如圖4所示。

根據模型運行結果（圖5、圖6），對方案一、方案二管道流量、節點溢流及立交最低點水深變化情況進行統計分析及對比，結果如下。

方案一（圖7）：在模擬時長內，本方案在50年一遇重現期下，砧板溝處出水口為非淹沒出流狀態，全線管段均未超載，全線檢查井節點均未發生溢流。其中，立交最低點YW36井底標高為76.328 m，井深為4.084 m，節點最大水深為2.20 m，未發生溢流。

方案二（圖8和表1）：在模擬時長內，本方案在50年一遇重現期下，派曉河處出水口為淹沒出流狀態，砧板溝處出水口為非淹沒出流狀態。其中，受派曉河50年一遇洪水位影響，現狀鐵路以北排往現狀水系——派曉溝段管道超載（具體節點為從北至南YE1～YE5（東側）、YW1～YW5（西側），檢查井節點水深高于管頂，但全線節點均未發生溢流。立交最低點YW36井底標高為76.328 m，井深為4.084 m，節點最大水深為1.86 m，未發生溢流。

從模擬結果可見，兩個方案在內澇防治重現期下，均未發生溢流，滿足排水要求。其中，方案二相比方案一，發生管段超載情況較多，最低點節點最大水深較小（見圖9）。

2.5 雨水排水方案確定

兩個方案優缺點比較如表2所示。

綜上所述，兩個方案均滿足50 a內澇核算要求，采用分散排水的方案二較采用集中排水的方案一僅管渠材料投資就減少約7 500萬，且土方量也大大減少，施工難度和后續運營維護均較方案一有較大的優勢，因此推薦采用方案一的雨水排水總體方案。

3 海綿城市年徑流總量控制率

結合海綿城市理念，制定本項目設計目標：年徑流總量控制率為70%，年SS總量去除率≥50%。根據道路橫斷面，如圖10所示，采用側分帶下凹、中分帶、后排綠地微下凹、人行道透水鋪裝、生態樹池等低影響開發設施（LID）措施后，路面雨水進入下凹綠帶進行吸、蓄、緩、滲、凈后減少地面雨水徑流，采用容積法［3］進行計算，結果如表3所示。

根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》及《南寧市海綿城市規劃設計導則（試行）》中不同低影響開發措施的SS去除率［4］，結合本項目中所涉及的低影響開發措施占比，進行加權平均計算后得出本項目年SS總量去除率為54.4%，年徑流控制率為70.6%，達到設計目標。

4 結語

（1）城市立交排水設計應注重整個系統的排水工程設計，注意上下游管網、匯水范圍、片區道路建設時序等分析及銜接，同時兼顧現狀與規劃，確保排水工程系統滿足設計重現期及內澇復核的要求。

（2）大型立交總體設計除了考慮其自身的使用功能外，還應結合排水條件確定其立交型式，特別是采用下穿的路段，應確保排水出路，道路橫斷面應充分考慮低影響源頭減排措施，確保海綿城市年徑流總量控制率及年SS總量去除率達標。

（3）積極利用并保留現狀水系，確保城市及周邊河湖水系的自然流通，減少灰色雨水工程的費用投入。

（4）當匯水區面積lt;2 km2時，可采用推理公式法計算雨水管渠設計流程，但當采用了低影響開發等源頭減排措施時，宜采用數學模型法進行內澇核算。

參考文獻：

［1］GB 51222-2017，城鎮內澇防治技術規范［S］.

［2］國務院辦公廳.國務院辦公廳關于加強城市內澇治理的實施意見（國辦發［2021］11號）［Z］.2021-04-25.

［3］住房城鄉建設部.海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建（試行）［Z］.2014-10-22.

［4］南寧市規劃管理局.南寧市海綿城市規劃設計導則（試行）［Z］.2015-8-13.