城市高架橋排水設計研究

李振宇，孫明巖，2

（1.深圳市特區建設發展集團有限公司，廣東 深圳 518048；2.港鐵物業發展（深圳）有限公司，廣東 深圳 518019）

城市高架橋排水設計研究

李振宇1，孫明巖1，2

（1.深圳市特區建設發展集團有限公司，廣東 深圳 518048；2.港鐵物業發展（深圳）有限公司，廣東 深圳 518019）

為緩解日益增長的交通壓力,高架橋這種道路型式越來越多的被應用于在城市交通體系中，因其長期處于露天狀態，保證橋上車輛的安全及通行能力的同時，必須確保雨后橋面排水迅速，線路通暢。介紹了高架排水的重要性、任務及排水的方式，對于華南沿海多雨地區高架橋泄水口布置及排水路徑設計，提出較可行且效果良好的改進措施。

高架橋；橋面排水；雨水量；泄水孔

0　引言

排水設計是城市高架道路的一個重要組成部分，其直接關系到高架道路運行的安全可靠性、投資的經濟合理性。高架橋排水設計能否妥善解決排水問題，是確保道路交通正常運行的關鍵。高架排水系統不能及時地排除降水，就會威脅車輛運行安全，導致道路交通中斷，而大多數高架橋一般又位于城市道路系統的咽喉區域，一旦阻塞影響很大。

高架橋排水是與城市路網密切相關的工程，解決好高架橋排水問題，應當選擇經濟合理、切實可行的排水方案，對于使用過程中積水、泄水不利等情況，需要優化設計及后期改造，務必確保排水良好。

1　排水坡度擬定原則

高架橋面排水匯水集中、低洼橋面產生較大匯水面積，且橋梁排水立管管徑較細，不宜于快速排水，容易產生積水現象。排水系統主要由泄水口、排水立管和地面接收井3部分組成。對于縱坡較緩的高架道路，其橋面排水通過每個橋墩處設置的排水立管分散排泄，但對于立交縱坡較大的高架道路，瞬時雨量較大時，造成低洼地帶積水，通過較小的雨水口及排水立管無法及時排出。如過高架橋面排水系統不完善，不僅會影響立交道路的交通，而且可能影響到周圍區域的路網整體排水效果。按照坡度分段，設置如下[1]：

（1）當高架橋面縱坡小于0.3%時，雨水主要通過每個雨水泄水孔排放，其地面接收井間隔為20～30 m設置一個，雨水泄水孔采用排水效果好的頂側向聯合式雨水口。

（2）在橋面縱坡大于1.3%、小于2%時，橋面雨水順縱坡往下游流動，在橋面橫坡不大的情況下，實際水面寬度大于雨水泄水孔寬度，一部分雨水被雨水孔截流，另一部分雨水順流而下，在下流低洼處匯集。在這種狀況下，位于坡道處的高架及坡道雨水口應采用排水效果好的頂側向聯合式雨水口，同時橋面低洼路段增加雨水口數量及立管管徑。

（3）當橋面縱坡大于2%時，橋面雨水水流處于急流狀態，部分水流會躍過雨水泄水口而形成跳躍，需要對橋面低洼路段進行特殊設計，以確保雨水順利排放。

2　排水計算

排水計算首先要確定設計徑流量,然后根據設計徑流量來檢算排水管設置的間距是否合理,即淺三角形過水斷面的計算,最后間距滿足規范要求就可以根據設計徑流量來確定泄水管尺寸。

當橋面水不能迅速排泄時，會形成水膜而影響行車安全及通行能力，因此須在橋面匯水處設置泄水口（道路低洼和易積水地段應根據需要適當增加泄水口），以及時排除橋面雨水，確保在設計重現期內排水暢通、不積水。

2.1徑流產生過程

地面點在受雨過程中，首先被植物截留。對于高架橋面而言，混凝土結構且無植物截留，徑流系數較一般地面大得多，因此余水歷時、徑流歷時、降雨總歷時三者的起始點基本相同，累積入滲量極小。

2.2雨水量計算參數說明

（1）路面徑流系數[2]（runoff coefficient）

一定匯水面積內地表徑流量（mm）與降水量（mm）的比值，是任意時段內的徑流深度y（或徑流總量W）與同時段內的降水深度x（或降水總量）的比值。徑流系數說明在降水量中有多少水變成了徑流，它綜合反映了流域內自然地理要素對徑流的影響，根據《公路排水設計規范》[3]規定，混凝土路面的逕流系數ψ=0.90。

（2）重現期（recurrence interval）

某特定暴雨強度的重現期指大于或等于該值的暴雨強度可能出現一次的平均間隔時間，單位是年（a）。由于城市高架橋通行能力大，堪稱百年大計，P可取大值。

（3）集水時間（time of flow）

雨水從相應匯水面積的最遠點地表徑流到雨水管渠入口的時間。其計量單位通常以min表示。

2.3設計徑流量的計算

設計徑流量的方法是:首先計算匯水面積F,然后根據公路的等級確定設計重現期和假定匯流歷時,在缺乏當地的雨量資料時,可根據中國5 a一遇10 min降雨強度等值線圖確定標準降雨強度q5,10,再通過重現期轉換系數和降雨歷時轉換系數轉換成設計重現期內假定匯流歷時的平均降雨強度q,再根據路面條件確定徑流系數Φ,這樣就可以計算出設計徑流量。

例如華南地區某市高架橋項目:

匯水面積F=9.8×5×10-6=0.000 049 km2

先假設匯流歷時5 min,設計重現期為50 a,查等值線圖,5 a重現期和10 min降雨歷時的標準降雨強度q5,10=2.5 mm/min。

重現期轉換系數CP=1.27；

60 min降雨強度轉換系數C60=0.4；

降雨歷時轉換系數（t=5 min）C t=1.25；

降雨強度q=CPCtq5,10=1.27×1.25×2.5

=3.97 mm/min；

混凝土路面徑流系數Φ=0.90；

設計徑流量QS=16.67ΦqF=16.67×0.90×3.97× 0.000 049=0.003 m3/s。

3　泄水管選擇

設計徑流量確定，泄水管間距滿足規范要求后，就可以根據流量來選擇泄水管。

3.1不同泄水管徑、間距5 m，橫坡2%時的排水能力計算

（1）管徑為Φ120 mm時采用豎排

其中當橫坡

ih=2%,H=0.026 m,L=0.6 m,A=0.001 6 m2,n=0.015, Q2=0.002 m3/s。

（2）管徑為Φ170 mm時采用豎排

ih=2%,H=0.026 m,L=0.6 m,A=0.002 0 m2,n=0.015, Q2=0.004 m3/s。

泄水能力見表1。

表1　泄水能力表

3.2根據規范的規定檢驗泄水管選擇的合理性

（1）泄水管的橫截面積一般按排泄3倍設計流量考慮[4]。

橋面低點處泄水口的數量，應根據匯集到低點的雨水量（Q）及每個泄水口的泄水能力計算，考慮初期雨水中雜物堵塞的影響，實際布置數量應增加1/5～1/4。泄水管布置的位置一般沿順橋向縱坡方向布置于橋面的低點處。

（2）泄水口的過水面積通常按每平方米橋面不少于2～3 cm2設置。

當低點兩側的坡道縱坡較緩時（2%以下），可適當增加布置泄水口，以減輕大量徑流雨水匯集到低點，但不扣減低點處泄水口的數量，以保證排水安全。當道路縱坡大于2%時，則不必設置泄水口。面積較大的橋面，在引道、匝道、中間分隔帶等適當位置，應當設置雨水口。處于最高位置的跨線橋，為了不使雨水徑流過長距離，宜采用泄水口排水，通過立管引入下層檢查井中，如雨量再大則需要配合緊急排水孔完成。

4　結語

綜上所述，橋面泄水管的最小內徑不小于150mm，橋面泄水口3～5 m，豎向布置時能滿足規范要求，水平設置時須設計排水明溝或提高水頭高度的方法才能滿足規范要求。因此為提高橋梁的使用功能，確保行車安全，延長橋面的使用壽命，應加強橋面排水設計，充分考慮各個因素的影響，從而使得泄水管口布置更加經濟合理。市政道路網平交路口較多，同時應詳細考慮交叉口豎向設計，保證道路整體排水效果良好。

[1]袁建平,方正,張鴻斌,羅梅.城市立交道路排水設計[J].中國農村水利水電,2006(1):42-43.

[2]孫慧修.排水工程(上冊)[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.

[3]JTG/T D33-2012,公路排水設計規范[S].

[4]張昌偉.公路橋梁橋面排水計算的方法 [J].鐵道勘察與設計, 2008(9):34-36.

[5]段成章.道路平面交叉口豎向設計基本方法[J].中國市政工程, 2008(2):26-28.

TU992.03

A

1009-7716（2016）02-0126-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.034

2015-10-28

李振宇（1980-），男，河北香河人，工程師，從事工程管理工作。