关于立交排水分析研究
摘要:城市道路立交的排水直接关系到立交是否能安全运行。本文结合立交各部位的排水特点分析了立交排水设计方案,并就立交高架道路路面排水中的问题进行探讨。
关键词:城市道路立交高架路面排水设计
1概述
城市道路立交作为交通枢纽,对城市交通的正常运营起着重要的作用,立交排水设计能否妥善解决排水问题,是确保道路交通正常运行的关键。立交排水的主要任务是排除降雨的地面径流水和影响道路功能的地下水。根据立交部位和排水特点不同,立交排水可分为立交区域一般道路路面排水、立交桥面排水、下穿道路路面排水、下穿道路地下水排水以及立交绿化区域排水5个部分。立交排水形式结合当地规划、场地水文地质条件以及立交型式等因素确定,一般采用自流排水、提升排水及先蓄后排。
2立交排水特点
立交排水与一般道路排水相比更具特殊性和复杂性,立交各部位排水又各具特点:立交区域一般道路路面排水汇水面积大、纵坡大、低洼处易积水,一般可敷设管道排入城市排水系统;立交桥面排水汇水集中、低洼桥面产生较大汇水面积,且桥梁排水立管较小,不易快速排水,容易产生积水现象;下穿道路路面排水是立交中最易积水部位,汇水面积大,危害大,且一般不能自流排水;下穿道路地下水水位高于路面部分容易渗入并侵蚀道路结构,且一般不能自流排水;立交绿化区域排水面积大,排水需有出路。
3立交排水设计方案研究
根据立交各部分排水特点,立交排水应采用不同的设计方案。
3.1立交区域一般道路路面排水
立交区域内处于原地面标高以上的道路路面排水，需结合城市排水总体规划,敷设管道排入城市排水系统或单独作为一个系统进行设计。立交区域内一般道路路面排水纳入城市排水系统中,其暴雨重现期的确定除满足城市排水系统要求外,还必须满足立交区域的特定要求,确保立交区域排水达到较高的标准。立交区域内汇水面积的确定,是确定立交排水规模的重要依据之一。由于立交排水标准较高,应尽量避免汇水面积的增加,在条件许可的情况下,将立交周围部分汇水面积划归附近另外排水系统或道路中,以减少立交排水设计流量,降低工程造价。受立交匝道繁杂、纵坡变化较大影响,立交道路雨水口的布设不同于一般道路,设计要便于拦截径流,避免立交中标高较低的主线及匝道集水,设计除考虑分散设置雨水口外,在匝道最低点路段增加雨水口集中收水。立交区域排水管道的布设与其它市政管道综合考虑,并避开立交桥墩基础和与其它市政设施,在不能避开时从结构上考虑管道加固、设置柔性接口或改用铸铁管材等,以解决承载力和不均匀下沉问题。此外,由于立交交通量大,排水管道的维护管理较困难,设计断面宜适当放大。
3.2立交桥面排水
城市互通式立交存在较多的高架道路,其排水系统主要由雨水进水口、排水立管和地面接收井三部分组成。对于纵坡较缓的高架道路,其桥面排水通过每个桥墩处设置的排水立管分散排泄,但对立交纵坡较大的高架道路,雨水集中在桥面低洼地带,通过较小的雨水口及排水立管无法及时排除。
(1)纵坡大小对桥面排水的影响。
高架道路及立交匝道桥纵坡的大小对桥面排水产生较大的影响。在道路纵坡小于0.3%时,桥面雨水迟滞现象较为严重,雨水不能顺利地往低处流动,此时雨水主要依靠桥面每一个雨水泄水孔排放,因此当立交桥梁纵坡小于0.3%时,每一个雨水泄水孔需承担周围桥面的汇水面积内的雨水流量。在道路纵坡处于大于0.3%、小于2%状况下,桥面雨水顺纵坡往下游流动,在桥面横坡不大的情况下,实际水面宽度大于雨水泄水孔宽度,一部分雨水被雨水泄水孔截流,另一部分雨水顺流而下,在下流低洼处汇集。在这种状况下,位于坡道处的高架及匝道桥面雨水泄水孔应采用更有效的截流形式,并在桥面低洼处进行特殊设计,增加雨水泄水孔的数量和尺寸,以便及时排放桥面雨水。在桥面道路纵坡大于2%的较大坡道上,桥面雨水水流将处于急流状态,部分水流会跃过雨水泄水孔而形成跳跃,使立交桥面坡道上的雨水泄水孔泄水能力大大降低,因此桥面低洼路段在暴雨期间将会出现较大的汇水面积,若在该低洼路段,桥面没有足够的雨水排泄能力(受结构限制),将会出现积水现象。
(2)排水立管对桥面排水的影响
立交排水立管由于空气阻力等因素的关系,其排水能力受到较大影响。立管中水流呈气液两相的流动状态,其水流运动与许多因素有关,如水量、水质、管壁粗糙度、进水入口的几何特性、水流充满度、立管高度等。其中最主要的因素是立管充满度亦即进水量的大小。研究表明,要改善排水立管内的流态,加强排水的通行能力,可以有三种方法:增大管径;增加管道粗糙度促使水膜形成;保证立管上下端的通气良好,减少管内气压波动。从工程设计角度来看,如果排水立管管径太大,不利景观效果,而且从目前已建高架的立管选用管径来看,已能满足通水要求;如果增加管道粗糙度,则容易造成管道堵塞。工程中最简单可行且经济合理的方法为上述第三种,即保证立管上下端的良好通气条件,在设计中可以在立管与横管交会的上方设置自动通气阀或采用横管通过雨水斗接入立管等等方法来解决上部的通气问题。
(4)立交桥面排水模型的研究
在桥面道路径流条件相同情况下,桥面低洼路段的雨水量与道路纵坡大小成正比,与雨水口间距成反比,与雨水口排泄能力成反比,即:Q=fx(i,l,x)
其中Q———低洼地段雨水流量
i———道路纵坡
l———雨水口间距
x———雨水口形式
式中当桥面道路纵坡较小时,雨水口的型式和间距对桥面的排水起主要作用;而当桥面纵坡较大时,雨水口的型式和间距作用相对减弱,桥面排水主要通过低洼路段来排放。桥面道路纵坡越小、雨水口越便于截水、其设置间距越短,桥面低洼处的汇水量就越小。
(5)立交桥面排水设计原则
根据以上分析和实际排水设计经验,在立交桥面排水设计中,有以下几个设计原则:在桥面纵坡平缓路段(纵坡小于0.3%),雨水主要通过每个雨水泄水孔排放,其雨水口应每个桥墩设置(20m～30m),雨水口采用排水效果好的顶侧向联合式雨水口。在桥面存在一定纵坡的路段(纵坡大于0.3%、小于2%),坡道雨水口应采用排水效果好的顶侧向联合式雨水口,同时桥面低洼路段增加雨水口数量及立管尺寸。在桥面纵坡较大的路段(纵坡大于2%),需对桥面低洼路段进行特殊设计,以确保雨水顺利排放。受桥梁雨水口泄水能力影响,建议在立交设计中,避免在较大纵坡的桥面两侧形成低洼的桥面,在不得已情况下,低洼桥面部分排水泄水孔需特殊设计。
3.3下穿道路路面排水
城市立交中受环境及地形地物影响,部分立交需设置下穿道路及人行地道,如重庆市江北区观音桥商圈步行街立交采用下穿道路形式,红旗河沟立交采用人行地道形式等。
(1)汇水面积的确定
下穿道路的汇水面积影响到立交泵站设置的规模,其汇水面积应合理控制。立交下穿道路在分水岭范围内为立交设计范围,本着“高水高排、低水低排”的原则,将高于系统雨水管道部分路段的路面排水汇入排水系统中,而对进入低洼路段的雨水则汇入排水泵站中。
(2)暴雨重现期的确定
立交下穿道雨水流量及暴雨重现期的确定需根据下穿道的等级和作用而确定暴雨重现期,为保证立交的交通畅通和整体发挥作用,暴雨重现期选用各条道路中等级最高的标准。
(3)路面排水形式
立交下穿道一般道路纵坡较大,路面排水宜采用坡道截流,低洼路段集中排水的原则,确保下穿道低洼路段不存在积水现象。
3.4下穿道路地下水排水
(1)确定地下水影响程度
地下水流量,因受多种因素的影响,其计算结果往往出入很大,主要原因是地下水的变化幅度除受大气降水影响外,与附近地形地貌有关。在地势低洼或靠近河道、排灌渠道的地区,计算结果偏大,而在地表排水畅通的地区则偏小。一般应通过抽水试验,取得渗透系数、影响半径、给水度等有关参数,再进行计算。在无抽水试验资料时,可根据钻探孔的水文地质剖面图,选择地下水的最高水位,合理采用土壤渗透系数值,进行估算和确定设计流量。
(2)地下水的排除
根据地下水排水特点,地下水的排除方法一般是埋设盲沟(渗渠或穿孔管)吸收、汇集地下水,使之自流或通过泵站提升排入地面排水系统或专用泵站。
(3)盲沟的设置
盲沟又称渗水管、无砂管、透水管,在立交工程中作为汇集地下水的措施,达到干燥路面,保护路基结构稳定和足够强度。而盲沟管一般设于车行道下,因此不仅要考虑其渗水作用,还要有一定的强度才能运输、安装使用。同时在
适当长度上设置明窨井以检查盲沟管使用情况。
(4)立交泵站的设置
立交泵站水量有二个来源:一是立交雨水,二是地下水。必须由各自的进水管分别进入集水池,以防止雨水串流到地下水集水管堵塞盲沟滤料,破坏地下水的排除。为便于管理,集水池可以用闸板分开,同时按不同流量选泵。当地下水流量较大时,亦可统一选泵。立交泵站的特点是流量小,扬程高,要求选用的水泵体积小,结构简单,操作方便,易于控制,选用潜水排污泵较为适合。立交泵站的位置选在接近立交最低点的地方,使排水管线最短,排水安全度最高,泵站挖
深最小。
3.5立交绿化区域排水
立交绿化区域面积较大,在雨量较大情况下将会出现积水,并且会影响到道路正常的交通,因此立交绿化区域内的排水必须纳入立交排水系统中去。立交绿化区域内可采用明渠或管道汇集雨水,并且可以与匝道排水结合起来,纳入立交排水系统中。
4结语
城市立交排水是城市道路排水系统中的一部分,有其交通地位重要、设计标准高、区域集中等特殊性,立交排水设计需结合地形地物,针对立交不同组成部分进行合理的设计,使立交纳入城市排水系统中,并解决各部分的排水问题,使立交在不利的自然条件下也能正常运行,确保交通枢纽的畅通。
参考文献
1排水工程.中国建筑工业出版社
2给水排水设计手册(第五册).中国建筑工业出版社
