基于環保設計理念的橋梁排水設計探究

苗成濤

(山東省德州市公路勘察設計院,山東德州 253006)

基于環保設計理念的橋梁排水設計探究

苗成濤

(山東省德州市公路勘察設計院,山東德州 253006)

在環保設計理念的前提下,針對不同的水體保護原則,進行橋面徑流收集方案的計算,選取經濟合理、技術可行的排水設計方案,是我國橋梁排水設計的主要出路。本文從如果橋梁排水不合格,會存在的一些隱患入手,即影響橋梁使用年限、過往車輛的行車安全以及環保情況的破壞等,陳述了常見排水設計方法,比如說:分散排水、集中排水等。接著對橋面排水設計的計算進行一系列闡述,包括對橋面徑流量的計算、設計降水歷時和溝管最小面積的計算等。深入探究了基于環保設計理念的橋梁排水設計。

環保 設計理念 橋梁排水

傳統的橋梁排水設計，主要是為了避免由于下雨積水對橋面鋪裝層造成的損壞，因此其設計更側重于排水時間的計算、橋面徑流的計算、橋面排水管的間距和大小、進水口的設計等。隨著人們出行交通的快速發展，高速公路網密度的增加，一些跨海、跨湖的橋梁不斷延生，以及人們尊重環境、保護水資源等意識的逐步提高，有關部門對橋梁排水的設計研究打破了傳統設計模式，引入環保設計的理念，明確環保設計優先的原則，真正的保護環境、和諧發展。

1 橋梁排水不合格的隱患

1.1 橋梁使用年限

如果降雨量超過預計值，而通過橋面裂縫、接縫等地方的滲透防水層進入橋梁結構內部的水積累太多，不能夠及時排出。一段時間后，這些橋面鋪裝層內部孔隙的水會達到飽和狀態。當眾多車輛在橋面上快速行駛時，會將一部分能力傳遞給孔隙間的水，使橋面鋪裝層的飽和孔隙水獲得一定的壓力和流速。長此以往，橋面鋪裝層會出現剝落、松散、塌陷等現象，致使橋梁內部不穩定，大大降低了橋梁的使用年限。

1.2 行車安全

橋梁的排水系統應該擁有足夠的排水能力，確保過水斷面的深度不會引起行駛車輛車輪的飄滑，保證行車的安全。因為當橋梁上積水過多時，駕駛中的車輛在上面行駛會引起車輪的打滑，降低了橋梁的通行能力。更甚者，積水過多還會導致橋梁一系列的水破壞現象，影響過往車輛的行車安全。

1.3 環保情況

我國有關環境保護法規定，對于某些特殊地表水體的保護區禁止排污。但就實際而言，橋梁路面的徑流必須在短時間內采用就近分流的方式進行疏散，這種方式很難保證可能具有污染特征的橋梁徑流不排放進敏感水域。折中的方式是，對于特別敏感的水域，橋梁排水的徑流采用縱向的排水系統設計，確保在發生事故的狀態下，含有危險物的水流會沿著縱向排水管道流向預先設置的應急池、集水池等，然后進行妥善的處理。

2 常見排水設計方法

2.1 分散排水

通過加固土路肩，采用漫流的方式排出路面的積水就是分撒排水。分散排水能夠在不影響行車的情況下，短時間內排出路面的積水，還能夠減少滯留水滲入路面的情況，保障橋梁的使用壽命。具體的操作方式就是：在硬路肩外側設置平式路緣石，在填方的路段上，采用水泥預制板硬化來加固土路肩，對于挖方路段的土路肩，加固的方法是從整體上用7.5號的漿切片石來進行加固。

2.2 集中排水

在硬路的肩外側邊緣設置預制混凝土攔水帶或者是瀝青攔水埂，然后利用路面上的路拱和一些橫坡、縱坡，將路面水匯集在硬路肩和攔水帶組成的前三角形過水斷面內。之后再根據實際施工地的環境、橋面的日常流量等因素設計出有一定間距的泄水口，讓排出的水集中流向預先設置的路基兩側的排水溝中，通過排水管道流走。

3 橋面排水設計的計算

3.1 橋面徑流量的計算

正常的橋面排水設計是，降落在橋面上的雨水通過橋梁外側護欄匯集到護欄的內側，形成一個人工的街溝，溝里的積水之后會通過預先設置的泄水口流入排水管道或排水溝。對于橋面排水系統的設計，需要遵循的原則是：橋段內、橋面上的設計徑流量應當小于排水管道或排水溝的排水能力。計算徑流量必須要考慮到施工地常年的降水強度和預計的降水強度，然后對于橋面的建造設計計算出一定的徑流系數，第三個應該考慮的因素是橋面的匯水寬度和匯水長度，因為它決定了橋面最終能承擔的壓力大小。

3.2 設計降水歷時

降水歷時包括了匯水區最遠點的水流到排水口所經歷的時間和雨水在排水管道或排水溝內流到設計的控制點所經歷的時間。

對于在橋梁坡面匯流經歷的時間而言，主要考慮的是橋面的粗糙系數、橋面的長度、橋面的橫向坡度和縱向坡度。根據這些物理因素就可以計算出水流在坡面上所經歷的時間。對于排水管道或排水溝匯流歷時而言，主要是包括雨水到達溝管后流至泄水口的時間和在縱管內流動的時間。實際情況中，雨水在溝管中流至泄水口的時間很短，幾乎可以忽略不計，因此只考慮雨水在縱管中的流動歷時。

3.3 溝管最小面積的計算

全面收集方案和部分收集方案的橋面排水設計是根據橋梁跨域水域的水環境功能而劃分的。全面收集方案是指當水環境功能在二類及以上時，水域為提供飲用水的水源，因此橋面的徑流不允許流入水體，相關單位必須對橋面的徑流進行全面收集，之后進行岸上處理。部分收集方案是指當水環境功能處于二類以下時，可以只收集降雨開始一定時間內的徑流，對于之后的雨水可采取讓其直接排入水域的方式。

3.3.1 全部收集方案

橋面縱向匯水長度確定的前提下，需要使用試算法去計算溝管截面的尺寸。具體步驟有：首先取溝管匯流長度為橋梁坡度內的最大長度，得到匯水的面積，再根據公式得出坡面匯水的時間。第二步，根據公式計算溝管的設計徑流量，然后判斷橋面集水管道應該選用矩形溝還是圓形管。第三步，計算溝管的最小截面尺寸。第四步，計算溝管內的平均流速和管內的匯流時間。最后比較坡面匯流時間和溝管匯流時間之和是否大于預計值。如果大于，則需要增大截面尺寸。

3.3.2 部分收集方案

部分收集方案大體步驟如同全部收集方案，唯一不同的是需要確定收集降水的時間長度。因為部分收集方案只需要收集一定時間內的積水，所以確定時間是重中之重。根據橋面的長度、粗糙系數、橫縱向的寬度等物理因素，利用相應公式計算出時間。其他步驟均按全部收集方案的步驟進行。

4 結語

科學技術的發展也帶動了橋梁排水系統的快速發展。但因為我國的生態環境存在的問題比較多，有的地方生態環境很脆弱，不能夠再延續傳統的橋梁排水系統設計方案。基于環境保護方面的橋梁排水設計，在一定程度上緩解了這一破壞。本文涉及的基于環保設計理念的橋梁設計方案，對傳統的方案進行了一定的創新，比如說：提出跨越大面積水域的橋梁建設排水設計，即全面收集方案和部分收集方案；在確定了溝管內的水流長度的前提下，提出了采用試算法進行徑流集水溝管的最小過水斷面尺寸計算等。

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[3]李偉偉,周全.橋梁排水問題的探討[J].城市道橋與防洪,2012,(9): 119-120.