某快速路附屬雨水地道泵站工程設(shè)計(jì)案例分析

袁曉宇，王 斌

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院第五設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

1 工程背景

本工程路線全長(zhǎng)約11.62km，在中間某段高速公路既有橋梁處下穿地道，采用U型槽分幅穿越，交叉角度為73°。道路等級(jí)為一級(jí)公路，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬24.5m，凈空大于5.5m，同時(shí)滿足該高速公路遠(yuǎn)期擴(kuò)建為八車道的要求。工程區(qū)地貌為沖積平原，微地貌為河間平地，地面標(biāo)高在21.72~24.63m。整體地形起伏不大，地勢(shì)較平坦，未發(fā)現(xiàn)有影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的活動(dòng)構(gòu)造通過(guò)，無(wú)不良地質(zhì)作用，屬于穩(wěn)定性場(chǎng)地。本工程坐標(biāo)系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，平面控制坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980西安坐標(biāo)系橢球面上的高斯投影（中央子午線為117°）平面坐標(biāo)系。

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本次設(shè)計(jì)根據(jù)該地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式和地道區(qū)域匯水面積計(jì)算，得出地道泵站雨水設(shè)計(jì)流量。其中，雨水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[1]為：

式中：q為暴雨強(qiáng)度，L/s·hm2；F為匯水面積，hm2，1.158hm2；ψ為徑流系數(shù)，根據(jù)本地道情況取0.9，不同地面徑流系數(shù)取值詳見(jiàn)表1。

表1 徑流系數(shù)取值范圍

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）——第5冊(cè)城鎮(zhèn)排水》[2]，查得該地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式為：

式中：P為重現(xiàn)期，采用P=30a；t為降雨歷時(shí)，min。

式中：L為徑流長(zhǎng)度，m；v為道路偏溝流速，m/s。

雨水管道的流速控制為在滿流時(shí)采用最小流速，為0.75m/s。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 地道排水設(shè)計(jì)

地道收水道路長(zhǎng)約463m，道路斷面寬25m，收水面積為1.158hm2，地道雨水設(shè)計(jì)水量為0.69m3/s。道路最低點(diǎn)高程為18.933m。

地道東側(cè)采用27連篦收水，地道西側(cè)采用15+15連篦收水，在最低點(diǎn)埋設(shè)d1000的雨水管道，管內(nèi)底高程為17.024m，由西向東橫穿道路接入位于快速通道與某現(xiàn)狀高速交口東南角處擬建地道泵站。該地道泵站與地道的位置關(guān)系詳見(jiàn)圖1。

圖1 地道泵站和地道位置關(guān)系圖

接自道路U型槽修筑起終點(diǎn)的盲溝管排水位于地道東側(cè)，自南北兩側(cè)向地道方向接入泵站進(jìn)水前雨水檢查井，與地道雨水一并進(jìn)入泵站。

3.2 地道泵站設(shè)計(jì)

地道泵站主體采用全地下建造方式，主要構(gòu)筑物有進(jìn)水閘井、格柵、集水池、主泵房、壓力出水池、出水閘井。進(jìn)水管內(nèi)底高程為16.960m。泵房?jī)?nèi)布置4臺(tái)水泵，3用1備，單臺(tái)設(shè)計(jì)水量為0.25m3/s。

地道兩側(cè)分別從U型槽下方引出DN200盲溝管，經(jīng)南北匯合后以DN300管徑穿泵站側(cè)墻而入，設(shè)計(jì)管內(nèi)底標(biāo)高為17.781m。泵房進(jìn)水池布置2臺(tái)水泵，1用1備，單臺(tái)設(shè)計(jì)水量為50m3/h。該地道泵站平面圖和剖面圖詳見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 地道泵站平面圖（單位：mm）

圖3 地道泵站1-1剖面圖（單位：mm）

地面上的建筑為高低壓配電室、控制室、值班室，坐落于泵站東側(cè)。擬建泵站占地面積1692m2，建構(gòu)筑物占地面積496.3m2，建筑面積196.3m2，道路面積617.4m2，綠地面積578.3m2，容積率11.6%，綠地率34.2%。該地道泵站庭院布置詳見(jiàn)圖4。

圖4 地道泵站庭院布置圖（單位：mm）

地道泵站庭院內(nèi)的給水管線沿庭院出入口道路的道路中心線和變配電室靠近圍墻一側(cè)長(zhǎng)邊呈環(huán)形布置。管徑選用DN150，管線覆土保證在1.2～1.5m的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，并沿泵站一側(cè)布置消防栓和澆灑綠地噴頭[3]。雨污水管線管中心均距離給水管線管中心1.3m，且沿變配電室一側(cè)布置，設(shè)計(jì)管徑均為d300。其中，雨水管線起點(diǎn)設(shè)計(jì)覆土為3.0m，污水管線起點(diǎn)設(shè)計(jì)覆土為2.5m，設(shè)計(jì)坡度均為0.003。雨水管線收集庭院內(nèi)雨水后排放至泵站前池，污水管線收集值班室生活污水后直接排入庭院外市政污水管。

3.3 出水管道設(shè)計(jì)

該雨水地道泵站采用壓力出水，出水管道全長(zhǎng)685m，向北沿新建快速路排入現(xiàn)狀河道。該河道常水位為21.5m。

泵站出水選擇d800管道，出水起點(diǎn)管內(nèi)底高程為19.80m，管材為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。管道從該快速路與其垂直高速樁基中間穿過(guò)，長(zhǎng)度約為50m，其中最小間距約為4.9m。采用明開(kāi)直槽施工，排河之前過(guò)路段采用d1200頂管內(nèi)套d800預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管的過(guò)路施工方式。

4 管道施工措施

本工程地道內(nèi)U型槽內(nèi)部采用鋼管，地道泵站入口連接管道和廠區(qū)內(nèi)部雨污水管道采用鋼筋混凝土承插口管，廠區(qū)內(nèi)部給水管道采用PE100塑料管，地道泵站出水管道采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土承插口管，盲溝管采用UPVC管。

鋼管之間連接方式采用焊接。鋼筋混凝土承插口管采用橡膠圈接口。PE管道采用熱熔接口。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土承插口管采用嵌埋型雙膠圈插口形式。UPVC排水管接口形式為承插口，采用承插式橡膠圈接頭連接。

鋼筋混凝土管管道基礎(chǔ)采用砂石基礎(chǔ)[4]，鋼管、PE塑料管、UPVC管采用砂墊層基礎(chǔ)。

溝槽回填方式為：

（1）鋼筋混凝土承插口管。當(dāng)管道位于非機(jī)動(dòng)車道下時(shí)，回填級(jí)配碎石至管頂，分層夯實(shí)密實(shí)度達(dá)到0.9。其以上部分回填素土并分層壓實(shí)使密實(shí)度達(dá)到0.9，再回填至道路結(jié)構(gòu)層高度。當(dāng)管道位于機(jī)動(dòng)車道時(shí)，從槽底至管頂以上50cm范圍內(nèi)回填級(jí)配碎石，在管道兩側(cè)及管頂以下，其壓實(shí)度不應(yīng)低于0.95；在管頂以上高為500mm、寬為圓管外徑范圍內(nèi)，其壓實(shí)度可采用0.85。

（2）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、鋼管、PE塑料管、UPVC管。管頂以下回填中粗砂，密實(shí)度應(yīng)不小于0.95。管頂至管頂以上50cm，回填中粗砂，分層夯實(shí)，密實(shí)度應(yīng)不小于0.90。管道50cm以上部分回填素土至路基層，分層夯實(shí)，密實(shí)度應(yīng)不小于0.90。

5 運(yùn)行和維護(hù)

該地道泵站根據(jù)需要進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉。水泵開(kāi)車前，需先打開(kāi)進(jìn)水閘門(mén)和出水閘門(mén)，同時(shí)進(jìn)水格柵根據(jù)攔截雜質(zhì)情況考慮是否進(jìn)行人工清理。

當(dāng)泵站水位達(dá)到16.860m時(shí)，開(kāi)啟第1臺(tái)水泵。水位達(dá)到17.285m時(shí)，開(kāi)啟第2臺(tái)水泵。水位達(dá)到17.710m時(shí)，開(kāi)啟第3臺(tái)水泵。水泵開(kāi)泵后水位降低至17.710m時(shí)，停止第3臺(tái)水泵。水位降低至17.285m時(shí)，停止第2臺(tái)水泵。水位降低至16.860m時(shí)，停止第1臺(tái)水泵。根據(jù)水位情況依次開(kāi)啟或關(guān)停各個(gè)水泵，并根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。另外，泵房?jī)?nèi)各水泵啟動(dòng)順序，應(yīng)在一段時(shí)間后重新調(diào)整一次，以確保各水泵在需要時(shí)都能完好地工作。

泵站進(jìn)水閘井、集水池等需要定期進(jìn)行沉泥清理。泵站管理人員需根據(jù)實(shí)際情況開(kāi)啟積水窩內(nèi)移動(dòng)式潛水排污泵進(jìn)行池底清理[5]。若需要進(jìn)入壓力出水池、閘門(mén)井、格柵井和集水池內(nèi)工作時(shí)，需首先打開(kāi)所有井蓋通風(fēng)換氣，并確定安全后方可進(jìn)行作業(yè)。同時(shí)嚴(yán)格按照管理單位及上級(jí)管理部門(mén)制定的下井作業(yè)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

6 結(jié)論和建議

本工程的設(shè)計(jì)和實(shí)施對(duì)解決該快速路地區(qū)下穿地道區(qū)域內(nèi)雨水積水的排放問(wèn)題具有很強(qiáng)的實(shí)踐性意義。同時(shí)，對(duì)可能存在的高位地下水也起到了良好的收集排放和合理的調(diào)度功能。地道泵站合理的占地面積的征用、下游河道未來(lái)行洪水位的分析和預(yù)測(cè)都將會(huì)對(duì)該泵站功能性的實(shí)施起到?jīng)Q定性的作用，同時(shí)也是保證該工程成功建設(shè)的前提。