烏魯木齊市高架道路排水設計分析研究

廖新亮，尹 飛

（新疆烏魯木齊市城建設計研究院，新疆烏魯木齊830092）

0 前言

城市高架道路建設發展迅速，對城市交通運行起著重要的作用，解決好道路排水問題，是確保道路暢通的重要因素之一。高架道路排水系統主要由橋面雨水收集口、排水立管和地面排水三部分組成。由于排水系統設計方案和規模的確定主要取決于當地的降雨量，所以在不同地區不同氣候特征下，雨水收集口型式、雨水口間距及排水方式都不盡相同。

近年來，設計院異地承接項目較多，特別是南方設計院承接北方寒冷、干旱地區項目時，往往套用南方排水系統的設計，忽略了北方地區不同氣候特征下應有的區別，以致造成設計缺陷。

烏魯木齊市位于亞歐大陸腹地，屬于中溫帶大陸干旱氣候區，降水少，冬季寒冷，年平均降雨量265 mm，其高架道路排水系統設計中，無論橋面雨水口間距、雨水口型式和排水方式，都應符合當地氣候特征。

1 橋面雨水收集口設計

高架道路雨水主要通過路面縱橫坡度匯水，采用雨水口或叫泄水孔收集后通過立管排除。路面縱坡、匯水范圍和雨水量影響雨水口型式和雨水口間距設計。

1.1 道路縱坡對雨水收集口的影響

高架道路縱坡會隨地形不斷變化，縱坡的大小對橋面排水產生較大的影響。

（1）當道路縱坡較大時，一般指坡度大于2%，長度小于300 m，由于橋面雨水流速較大，不會積水，這時可不沿道路設置雨水收集口，讓雨水集中匯流至橋面低洼地帶后收集。雨水匯流至低洼處后部分水流會躍過雨水口，降低泄水能力，一般在低洼地帶增加雨水口數量和管徑，以便及時排除雨水，不至積水。

（2）當道路縱坡較小時，一般指縱坡小于0.3%，橋面雨水流速緩慢，雨水不能順利地往低處流動，會在橋面兩側積水，此時應縮小雨水口間距，以避免積水過深。

（3）通常情況下，高架道路縱坡都在大于0.3%小于2%的范圍內，橋面雨水順縱坡向下游流動，此時應通過雨水量計算確定合理的雨水口間距。

1.2 雨水量計算方法

高架道路雨水設計流量應采用推理公式法計算，Qs=qψF,式中：Qs為雨水設計流量，L/s；q為設計暴雨強度，L/s·hm2；ψ為徑流系數；F為匯水面積，hm2。

設計暴雨強度值通過各地不同的暴雨強度公式計算得出，有的城市或地區由于范圍較大會有多個公式。徑流系數可以按照《室外排水設計規范（GB50014-2006）》規定取值。由于高架道路范圍非常清晰，一般不會有橋面以外的雨水進入，匯水面積計算相對簡單。

1.3 設計暴雨強度公式

烏魯木齊地區暴雨強度公式已于2013年完成修編，2014年5月正式發布，公式為：

設計降雨重現期應按照中心城區的重要地區確定標準，為保證高架道路交通暢通，一般不低于10 a。降雨歷時t=t1+t2，t1為地面集水時間，高架道路和立交橋宜采用2 min～10 min，t2為管內雨水流行時間，計算路面匯集雨水量時可不計該值。由于橋面一般為4～8車道，寬度不大，匯水范圍有限，故降雨歷時采用3 min比較適合。

1.4 橋面雨水量計算對比

以高架道路寬度32 m，雨水口間距30 m，兩側對稱布置雨水口為例，對烏魯木齊地區雨水量進行計算，并對比上海市雨水流量計算值，比較不同降雨強度下雨水量的差距（見表1）。

表1 烏魯木齊地區和上海市雨水設計流量對比計算表

設計流量公式Qs=qψF，其中ψ取0.9，暴雨強度公式中P取10 a，t取3 min。

通過計算，在同等匯水范圍內，上海市的雨水量是烏魯木齊地區的5倍以上。

1.5 雨水口間距設計

雨水口間距與匯水范圍、雨水量、排水立管管徑有關，《室外排水設計規范》2014年版4.10.5條規定，高架道路雨水口間距宜為20 m～30 m，故大多數設計單位以此間距設計雨水口，然而，不同的地區暴雨強度不同，計算出的雨水量差距很大，不應照搬規范，應通過計算復核雨水口間距。

下面就同等條件下采用烏魯木齊地區暴雨強度公式和上海市暴雨強度公式對比計算高架道路雨水口理論間距。

以高架道路寬度24 m、32 m、50 m，兩側對稱布置雨水口，雨水口收集管道管徑采用DN150、DN200、DN300為例進行雨水口間距對比計算（見表2）。由于雨水口與沿橋墩布置的排水立管連接前需采用一段水平管道連接，該段水平管道按1%的坡度、充滿度1.0的情況下計算。

表2 烏魯木齊地區和上海市雨水口間距對比計算表（單位：m）

通過計算，上海市高架道路雨水口間距采用規范中20 m～30 m，排水立管管徑采用DN150 mm是合適的，高架道路寬度在32 m以內時，能夠滿足流量要求。但上海市的降雨量是烏魯木齊市5倍以上，同等管徑同等道路寬度下，上海市的設計雨水口間距理論上應該是烏魯木齊地區的1/5，如果烏魯木齊地區雨水口間距也采用規范中20 m～30 m，數量就會過多，造成浪費。

由于高架道路雨水口通過立管接入地面排水，立管沿橋墩布置，橋墩間距以20～30 m居多，所以，建議烏魯木齊地區雨水口間距按每隔一個橋墩布置一處為宜，間距宜為40～60 m，這樣即使高架道路寬度達到50 m，最大雨水口間距也能夠滿足使用要求。

1.6 雨水口型式

雨水口型式一般有頂向進水、側向進水及側頂向組合進水三種方式。頂向進水的雨水口進水以跌水為主，雨水口泄水量大；側向進水的雨水口相當于渠道上的側堰泄流，雨水流速稍大時會順路面縱坡排水，側向進水量相比頂向進水量小；對聯合式雨水口而言，兼有兩者的特點，但以頂向進水為主，在道路允許的一定積水深度的情況下，能夠加大對雨水的排泄量。

烏魯木齊地區降雨量較上海等地區小，降雨強度也不大，通過實驗，雨水口不論采用哪一種型式都能夠起到較好的收水作用。烏魯木齊地區南北向坡度較大，高架道路隨地面道路縱坡敷設，坡度也會較大，此時采用頂向進水方式收集雨水效果更好。

2 排水立管設計

排水立管的目的是將雨水口內收集到的雨水及時排往地面雨水收集系統。排水立管中水流呈氣液兩相的流動狀態，要加強排水的通行能力，必須保證立管上下端通氣良好，不能被固體物質堵塞。從工程設計角度來看，如果排水立管管徑太大，數量太多，都不利景觀效果。排水立管的數量依據雨水口數量決定，雨水口數量依據雨水量計算結果能夠滿足使用要求即可，不應過多設計，因為雨水口的間距越大，排水立管的數量就越少，維修管理工作量就會減少，也比較美觀，所以應該按當地暴雨強度公式計算出合理的雨水口間距。

常用的排水立管管徑為DN150 mm，該管徑不論通過雨水量計算還是從目前已建高架道路的立管使用情況來看，已經能滿足排水要求，只有在道路低點或長距離不能設置排水立管，需要集中收水時，依據匯水范圍計算雨水量后再加大管徑。

3 地面排水系統設計

高架道路路面雨水應納入城市排水系統中，雨水通過橋面雨水口進入排水立管，排水立管中的雨水進入市政排水管道通常有三種形式：雨水排至橋下地面、立管接入雨水口、立管接入檢查井。

3.1 雨水排至橋下地面

它是通過排水立管將雨水導流至橋下地面，雨水順地面進入附近道路雨水口，通過雨水口進入城市排水系統。該排水方式所需設施少，施工簡便，將立管沿橋墩安裝在接近地面位置，雨水沿地面散流進入附近雨水口即可。這種排水方式應用也比較廣泛，南方城市多有建設，其缺點主要是雨水散落時可能影響道路環境。但對于北方寒冷地區，該排水方式存在凍融季節地面和雨水口結冰問題，影響排水及道路使用。

圖1是烏魯木齊市克拉瑪依路高架道路凍融季節立管下地面和附近雨水口結冰情況。入冬和春融季節，氣溫變化較大，地面積雪交替凍融，使得橋下地面和雨水口結冰。

圖1 雨水排至橋下地面實景

3.2 立管接入雨水口

它是在高架道路建設時，在道路邊距排水立管最近處設置雨水口，將立管伸入地面后加設彎管接入雨水口。該排水方式解決了雨水沿橋墩散落影響道路周邊環境的問題，但由于雨水口是開敞的，凍融季節仍造成雨水口和落水管結冰，特別是立管進入地面后設彎管進入雨水口，彎管處最易結冰，春天氣溫突然轉暖時，落水管內結冰融化速度小于地面積雪，造成橋面雨雪水不能及時排除。

圖2為烏魯木齊市東外環路立管，春融季節將管道敲開后，發現彎管處結冰嚴重，管道也已出現裂縫和漏水，已不能起到排水作用。

圖2 立管接入雨水口實景

3.3 立管接入檢查井

在排水立管附近設置檢查井，將立管伸入地面后加設彎管與檢查井聯通，雨水通過檢查井排入市政管網。該排水方式需增加檢查井一座，造價高，但可以避免凍融季節管道結冰，對于北方寒冷地區比較適合。

圖3為烏魯木齊市西外環路立管與檢查井，冬季雖然檢查井內壁及管道外壁會結霜，但由于檢查井有井蓋密封，受地溫影響井內溫度會高于室外溫度。春秋凍融交替季節，室外溫度變化很大，但井內溫度相對穩定，井內壁和管道外壁雖然結霜，但井底和立管內不會結冰，不影響橋面排水。

圖3 立管接入檢查井實景

通過對以上三種地面排水系統的觀察和研究，認為設雨水井將立管接入井內排水，是最適合烏魯木齊地區氣候特征的高架道路排水方式。

4 結語

高架道路排水系統作為附屬工程雖對結構整體安全不會產生大的影響，但其設計是否科學合理直接關系到道路的使用、管理和美觀。排水設計應充分考慮當地氣候產生的影響，不能照搬規范和不同地域的使用經驗，要遵循因地制宜的設計理念，做到即使在不利的氣候條件下也能保證排水系統正常運行，使雨水順利納入城市排水系統中，確保交通暢通。