淺談城市重要功能構筑物旁的道路排水系統設計

趙俊健

（1.天津市市政工程設計研究院，天津市 300051；2.天津市基礎設施耐久性企業重點實驗室，天津市 300051）

1 概述

道路排水系統是一個由點、線、面組成的綜合系統。降落在地面上的雨水，大部分通過路面橫坡和縱坡流向路肩及路基以外，然后經由收水篦或者收水支管聯通進入雨水井、雨水管道或渠道進行統一的排放管理。

本文引用的工程為天津市某重要新建城市功能構筑物一側的高速公路與市政道路相結合的排水設計案例。該工程的設計需要兼具安全性、功能性和景觀需要。

（1）該工程采用《室外排水設計規范》GB50014-2006，規范中規定：重現期在“重要干道、重要地區或短期積水即能引起較嚴重后果的地區，一般采用3～5 a，并應與道路設計協調，經濟條件較好或有特殊要求的地區宜采用規定的上限。”由于該項目的重要地理位置和較高的城市功能構筑物定位，該工程的排水設計采用的重現期為5 a，地面徑流系數采用0.9。

（2）排水系統的多樣性也是本工程設計的一個重要特點。該工程為某大型高速公路設計的一個分段，在此分段的范圍內的新建項目包含高速公路，市政道路以及一個互通式立交橋，排水設計時應當充分考慮其特點，形成系統化的設計方案。本次設計還需考慮與現狀的若干條道路及其排水設施的銜接，另外還有現狀的河道作為潛在的排水出路需要進行考慮。此外，由于本段只是整體工程的一個分段，所以和上下游段之間的銜接也成為了重要的設計內容。

（3）外部客觀條件的多樣性。本次設計的分段內，排水出路多樣化：有河道規劃高水位為2.5 m，有現狀道路的排水邊溝還有未來規劃片區的管網系統和泵站。所以在每一小分段的設計中，都應該結合道路情況和周圍排水出路的情況進行針對性設計。

2 設計原則和思路[1-3]

（1）本設計采用了天津地區的暴雨強度公式進行計算：

式中：q——暴雨強度，L/(s·hm2)；

p——設計降雨頻率（重現期）：本次設計采用5 a；

t——降雨歷時（min），t=t1+mt2；

t1——起步聚水時間：一般路段取10 min，立交及地道取5 min；

t2——管內雨水流行時間（min）；

m——管渠延緩系數，圓管m=2，渠道m=1.2。相應的雨水量：

式中：q——暴雨強度，L/(s·hm2)；

F——收水面積（hm2），設計只考慮接收設計道路及設施帶范圍內的雨水；

ψ——徑流系數,本次設計取0.9。

（2）排水系統的設計應該具備超前性和主動性，在考慮排水效果的同時也需要同時注意其產生的后期管理維護等諸多方面的綜合影響。根據實際情況進行優化設計，避免采取習慣化的通用化設計。

3 設計內容

3.1 排水出路分析

本次設計中，可利用的排水出路為：（1）現狀河道，規劃高水位2.5 m，規劃常水位1.6～2.0 m。本次設計中，多處路段的排水需要依賴現狀河道，但是道路的設計標高在有的地方并不是非常有利于雨水的重力自排，其中有幾處路面的路邊設計高度低于2.5 m。（2）在互通式立交區域下方，有現狀道路及其配套的排水邊溝。所以互通式立交和與之相連接的匝道排水可以充分利用現狀邊溝。（3）與本段設計相銜接的上下游，都在設計之初考慮了與本段的銜接統一。其中上游的排水采用明渠，并且預留了與本段銜接部分的雨水量，所以本次設計可以直接利用；下游由于缺少排水出路，所以在設計時，將收集的雨水引入本段中，所以在本段設計計算時，需要考慮接入的下游流量以及管道高程。（4）高架橋部分可以分為兩部分：第一部分跨越河道的平直段部分可以完全采用散排處理；第二部分重要城市功能構筑物旁的則必須對雨水進行收集統一排放，由于未來的規劃片區有配套的管網系統，并且管道的設計流量已經將本段高架橋區的面積包含在內，所以未來的排水出路應該是規劃管網。然而近期內規劃管網不會建設，所以近期的排水出路還需考慮河道，但是需要為未來接入管網進行預留。

3.2 排水設計

根據對排水出路的分析結果，本次設計需要采用不同的技術手段進行設計，以保證排水出路的穩定性和可靠性。

（1）受制于河道規劃水位數據偏高，道路設計邊高不足的情況，以河道為排水出路的路段，可采取分段排水。同時，管道排水受制于埋深較大的客觀條件，在道路邊高不足的情況下，不予采用。為了解決高程不足的問題，設計采用了明渠的方式進行排水，渠頂高度只需低于道路邊高30 cm左右，最大限度地緩解了高程不足的問題，見圖1。

圖1 明渠橫斷示意圖

（2）當道路設計標高較富裕，比較輕松的能夠達到重力自排入河的條件時，但是還不能夠滿足管道重力自排條件時?？煽紤]蓋板渠的形式，見圖2。設計蓋板渠時需要預留蓋板高度、未來綠化用土壤高度以及景觀效果，故蓋板渠內頂高程需要至少低于路邊高60 cm。其中30 cm為蓋板高度，30 cm為覆蓋綠化土高度，都填完之后達到景觀美化效果。在蓋板渠之上需要設置能夠打開的活蓋板，以便于日后清通管理。

圖2 蓋板渠橫斷示意圖

（3）除了采取渠道之外，當遇到設計標高較高，重力自排條件較好的情況時，也可采取排水管道的形式。排水管道在本次設計情況下的優點為節約路外護坡范圍，并且有利于日后的管理維護。本次設計中，在互通式立交的滿足設計高程的上下行匝道以及高架橋底部，均采用了管道的形式。在立交匝道上，管道敷設于路面層以下；在高架橋區域則將管道放置在高架橋左右幅之間的中心線位置，然后結合高架橋墩柱底下放置的立交收水井進行聯合系統設計。在建成后的一段時間內，管道的排水出路為河道，所以設計管道高程時需要按照規劃高水位2.5 m進行反向水力計算。為了日后能夠接入規劃建設的片區管網，在設計雨水出路時，還需預留一根反向的雨水管道，一直延伸到路外2 m，并且進行封堵。

（4）市政道路排水時，可采用雨水篦進行路邊收水，然后雨水篦再與管道、明渠或者蓋板渠串接。在本次高速公路設計時，由于高速公路路面設計高與路外地面的地平高度相差較大，并且不允許放置雨水篦，所以雨水無法和外側管道直接相連。所以在這種情況下則需采用急流槽的形式，每隔一定的長度沿著高速公路邊的側石開口，然后經過漿砌石護坡排入護坡底下的明渠之中。如果高速公路的設計高度和路外地面高度相差不足0.5 m時，則不需要采用急流槽的形式，可以直接讓雨水散排，流過漿砌石護坡進入排水明渠。

（5）另外在本次設計中還有道路左右幅的單向坡情況。在這種情況下，高速公路上，采用了在高速公路中央分隔帶設置中央流水槽的形式，將雨水集中到流水槽中。然后間隔一定距離設置集水井，并將集水井與路外側的明渠使用PVC管道進行連接，將雨水再排入明渠之中。高架橋部分出現這種情況的時候，則將立交收水井放置在靠近中心線一側的墩柱底下，將由墻面通下來的雨水連通管的雨水收集再排入雨水管道。

（6）當遇到路邊設計標高低于規劃河道高水位的情況時，設計中采用了若干種方案：例如泵站強排措施；例如提高管道標高進入路面結構層，然后采取360°混凝土包管手段；例如，在道路低點設置碎石盲溝，以期在河道高水位時，路面積水能夠向路外散排以保證安全，等等。綜合未來的管理，維護等因素，最終采用了碎石盲溝的排水方式，這樣既能采用重力自排的形式，節約了修建泵站的短期長期投入；并且在高水位時，道路低點的積水能夠通過碎石盲溝進行排放，保證了行車安全。

4 總結

道路的排水工程系統對整體交通的影響是非常大的，它既可以保證人們正常的出行生活，同時也是促進經濟快速發展的保障，設計方面出現任何的問題都會影響整個系統的運行。本次設計中，因為有了重要城市功能構筑物的原因，排水設計的安全性和景觀效果又被提升到一個新的高度。所以在設計中，應該結合客觀外界條件和主觀的需求進行統一考慮。既要保證其安全性、合理性，同時也要充分考慮人們的視覺效果和綜合景觀影響。

[1]董欣.市政給排水設計規劃要點措施探究[J].科技創新與應用,2014(2):132.

[2]劉毅學.高速公路路面排水分析與設計[D].江蘇南京:東南大學,2000.

[3]張杰,李捷,熊必永.城市排水系統新思維[J].給水排水,2002(11):24-26