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      城市市政道路建設(shè)下穿道路排水系統(tǒng)設(shè)計研究

      2021-09-22 23:55:44熊林洋
      關(guān)鍵詞:排水系統(tǒng)

      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??茖W(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。

      參考文獻(xiàn):

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      [3]高婷.城市道路雨水口設(shè)計分析[J].中國給水排水,2006,22(12):55-8.

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