城市道路路面排水設計中雨水口的布設方法

摘要 文章結合城市道路雨水口布設中的雨水口匯水流量及道路邊溝流量計算方法，提出三種不同的城市道路路面雨水口布設方式及直線段、環形交叉路段的雨水口布設方法。結合環形交叉路段雨水口布設現狀，探尋更科學的雨水口布設方式，并分析某城市道路路面排水設計中環形交叉口道路雨水口布設實例，以完善雨水口布設理論，提升雨水口布設科學性。

關鍵詞 城市道路；排水設計；雨水口布設

中圖分類號 U417.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0031-03

0 引言

城市道路是基礎性、重要性設施工程，長時間道路積水，會因雨水滲入路基面導致路面結構破壞、路面龜裂問題，會降低路基強度，甚至引發車輪失控等交通安全事故。作為路面排水重要構筑物之一的雨水口，是否具備良好的泄水能力，布設方式是否科學，與雨水排除效果直接相關。

1 城市道路路面雨水口流量計算

雨水口布設間距計算是雨水口設置的關鍵環節，而此間距需要通過雨水口匯水量、道路邊溝流量兩個重要參數計算得出[1]。

1.1 雨水口匯水量計算

當雨水口流域匯水面積不大、周邊地面覆蓋情況相對簡單時，按式（1）計算雨水口匯水流量，即：

（1）

式中，φ——徑流系數；A、q——匯水面積及設計暴雨強度。雨水口匯水面積平均徑流系數按地面面積加權平均方法計算得出，計算公式為：

（2）

式中，Ai、φi——匯水面積的地面面積及徑流系數，城市綜合徑流系數取值范圍為0.8～0.9之間。

1.2 道路邊溝流量計算

城市道路邊溝一般較淺，呈三角形，寬度通常大于30 cm、小于1 m，由路面、路肩、路緣共同圍合而成，主要作用是引流雨水[2]。道路邊溝有兩種，一是常規邊溝，具有單一橫坡，坡度與路面鋪面橫坡坡度相同。二是淺洼邊溝，為有寬度的復合橫坡低洼區邊溝。

1.2.1 常規邊溝流量計算

計算公式為：

Q=Av （3）

式中，A、v——過水斷面面積及邊溝內平均流速，這兩個參數可通過公式（4）計算得出：

（4）

因 （5）

（6）

整理得到：

（7）

式中，i、J——道路橫坡坡度及縱坡坡度；r——過水斷面濕周；R——水力半徑；C——泄水系數；n——曼寧系數。該文計算的是城市瀝青或水泥混凝土路面，n取值為0.015。以流速的1.2倍為修正系數[3]，邊溝斷面流量修正計算公式為：

（8）

若過水斷面寬度T為變量，邊溝流量計算公式調整為：

（9）

式中，K——修正系數，取值0.377；T——邊溝水面寬度。

1.2.2 淺洼邊溝流量計算

淺洼邊溝水流量計算公式為：

Q=ξQ′ （10）

修正系數計算：

ξ=1?（1+αβ）?1+（1+β）?1 （11）

式中，Q′——鋪面橫坡i3水流量；α、β——系數。可根據道路橫坡中內傾邊坡坡度比值及邊溝水面寬度比計算得出。

2 城市道路路面雨水口泄水能力分析

2.1 立孔式雨水口的泄水能力

立孔式雨水口進水孔比路緣石高，底面需設置在雨水口周圍路面下，為側向進水方式。雨水進入時要經過直角轉折區，上部進水較少。泄水能力計算公式為：

（12）

式中，La——立孔長度；m、h——堰流系數、雨水孔前水深度。利用系數K修正公式，以邊溝水流平均積水深度hp取代h，得到：

（13）

K取值0.52，，邊溝水流量完全清除時立孔長度為Lt，得到：

（14）

結合公式（8）與（13），上式可整理為：

（15）

立孔式雨水孔截流率根據立孔接收雨水量、邊溝水量來計算：

（16）

2.2 平篦式雨水口的泄水能力

平篦式雨水口篦面低于路面0.3～0.5 m，有用于地面低洼處或無緣石道路的地面式、用于有緣石道路的緣石平篦式兩種類型[4]。雨水流量不大時，雨水經由前緣流入雨水口，高雨量時，前緣及側面可同時進水，平篦式雨水口流量需要分別計算前緣及側向泄水量。因邊溝水流在與雨水口相距0.2～0.3 m左右時流勢便會下降，因而雨水口邊溝下游的水流速度、過水斷面面積均與上游存在差異，可采用系數K1修正流量計算公式，可得到：

（17）

式中，B、h——雨水口寬度及雨水口前水深；——雨水口內外側高差；K1——修正系數，取值為0.9。正面流量中前緣泄水量的比率計算公式：

（18）

式中，K值取值0.295；V、V0——邊溝水流入雨水口的流速及臨界速度。側向水流量利用公式（13）計算，以外側水深為水深度值，側向泄水量比率計算公式為：

（19）

式中，Lb、K2——雨水口長度及修正系數，取值0.082 8。

2.3 聯合式雨水口的泄水能力

聯合式雨水口由立孔式雨水口及平篦式雨水口組合而成，一是等長聯合，二是非等長聯合。雨水口長度為La′（La′=La?Lb）時，泄水能力計算公式為：

（20）

雨水口截留率計算公式為：

E1=1?（1?La′/Lt）1.8 （21）

式中，。長度為Lb的平篦式雨水口泄水量計算公式為：

（22）

截留率為：

（23）

式中，。h、h′——立孔前水深及雨水篦子前水深，——雨水口內外側高差。公式（20）與（22）相加得到聯合式雨水口泄水量，將公式（21）與（23）相加得到聯合雨水口截留率。

3 城市道路路面排水設計中雨水口的布設方法

3.1 直線路段雨水口的布設

由于雨水口間距參考值范圍存在差異，且未給出具體計算方法，布設雨水口時，需通過計算，參照道路縱坡坡度確定設置間距。間距設置過小，會影響道路美觀度，間距設置過大，來水流量會高于雨水口泄水能力極限，引發道路嚴重積水。為此，應結合城市降雨強度公式計算雨水流量。路面寬度已知情況下，計算雨水口間距可得到雨水口流域匯水面積及總雨水量值。為取得良好排水效果，雨水口設置時需要考慮道路的積水深度。一般情況下，雨水口上面積水處屬于道路積水深度最大的區域，因此，需分析出雨水口上方積水情況。根據水力半徑及流速公式，得到雨水口上方雨水流量計算公式為：

（24）

式中，n、J——道路粗糙度及道路縱坡坡度值；H——道路允許最大積水深度。雨水設置位置的匯水面積公式為：

（25）

式中，Q2——超越流量值，可通過雨水模型試驗計算出超越流量，將公式（24）計算結果代入，可得出雨水口的匯流面積。在城市道路橫向坡度較小時，根據雨水口流域匯水面積、道路寬度兩個參數確定雨水口間距，并根據這一間距設置雨水口。

3.2 環形交叉路段雨水口的布設

環形交叉口指設置了中心島的交叉口。此種路段雨水口布設相關研究較少，沒有明確的相關規定。以往環形交叉口道路的雨水口采取均勻布設方法，主要是在環形交叉口的等分點處依次設置雨水口。此種布設方式下，環形交叉口的低點所布置的外圈雨水口會因地勢過高導致雨水無法正常進入，會增大最高點及最低點間的積水深度，最低點處會出現積水最大深度區。環形交叉路段雨水口布設最高點及最低點如圖1所示。環形交叉口具備較多相交道路時，其中心線高程并不相等。因而，需要優化環形交叉口路段的雨水口布設方案。

由于直線路段根據匯水面積布設雨水口的方式較為科學，設計時可將環形道路拉成直線，再利用極坐標法標注交叉口中心線，然后展開極坐標圖，便可找出環形島中并不相等的高程中心線。之后將環形交叉口的中心點設為圓心，在環形交叉口的最低點設置為0 °的情況下，根據展開的極坐標圖，環形交叉口最高點的位置在90 °處。將環形道路外圈直徑設為D1，內圈直徑設為D2，角度為b的情況下，匯流面積應為：

（26）

根據公式（25）求出匯水面積，再結合公式（26）找出雨水口匯水面積所對應的極坐標角度，可確定雨水口的布設位置。

3.3 環形交叉口雨水口布設實例分析

根據上一小節得出的環形交叉口雨水口布設方式，對某城市的環形交叉口的雨水布置展開分析。該城市的設計降雨強度為371.14 L/s/104 m2，降雨時長為5 min，最高點道路縱坡為1%，最低點道路縱坡為3%，橫坡粗糙度、坡度分別為0.014與0.015，徑流系數取值為0.8，設積水深度最高值為2.5 cm，結合公式（24）可求出最高點縱坡坡度雨水流量是7.93 L/s，最低點縱坡坡度的雨水流量為13.73 L/s。如果按照道路中線平行設置篦子的橫條，得到的排水量是最高點縱坡排水量的80%，是最低點縱坡排水量的75%。在雨水篦子上方積水深度相等且都為2.5 cm時，在不考慮第一個雨水口前路段的情況下，計算得出其他路段最高點縱坡坡度雨水量是1.59 L/s，最低點縱坡坡度雨水量則為3.44 L/s。再結合環形道內圈及外圈的直徑大小，根據極坐標雨水布設法，可確定此環形交叉口應設置的雨水口數量為8個，具體布設結果如表1所示。

4 結語

雨水口的布設需要根據雨水口匯水量、道路邊溝流量計算得出。實際情況下雨水向雨水口流入時情況復雜，雖可通過水壓試驗確定雨水口進水量，但仍有部分道路工程雨水口布設需求得不到滿足。該文在立孔式、平篦式、聯合式三種雨水口進水情況分析的基礎上，分別推導出了各種雨水口連續坡段的泄水能力計算公式和截水率計算公式，給出了雨水口布設間距計算方法，由此確定了直線段及環形交叉口道路段雨水口的最佳布設方式，最后通過實例分析驗證了該文所提出雨水口布設方法應用的有效性。

參考文獻

[1]蔣秀榮. 城市道路路面排水設計研究[J]. 城市道橋與防洪， 2020（8）： 168-170+191+19.

[2]張迪， 侯精明， 寧利中， 等. 道路雨水口布設方案對泄流能力影響的模擬研究[J]. 中國給水排水， 2023（9）： 97-102.

[3]李騰. 市政道路雨水口布置的優化設計[J]. 工程建設與設計， 2023（3）： 147-149.

[4]宋弘飛. 考慮雨水徑流路徑的市政道路雨水口設計研究[J]. 現代交通技術， 2022（5）： 17-21.

收稿日期：2023-11-13

作者簡介：江楠（1990—），男，本科，研究方向：給排水。