廣東某山區(qū)城市市政道路排水設計方案

黃粲祺

（天津市政工程設計研究總院有限公司廣州分公司，廣東廣州 510199）

0 引言

工程位于廣東粵西山區(qū)某產業(yè)園區(qū)內，新建道路為連接縣道和園區(qū)內快速路的重要通道，呈東西走向，全長約2.603km，道路寬度為60m，配套建設市政排水工程。本工程污水管位于兩個污水處理系統(tǒng)的交界，牽涉兩個污水系統(tǒng)的協(xié)調與銜接，但規(guī)劃之間銜接不暢，在這種情況下，規(guī)劃理念與現(xiàn)場實施之間的銜接需要通過設計手段來保證。雨水工程方面，由于銜接道路與地塊開發(fā)時序不一致，導致本工程雨水箱涵無出路，需制定臨時排水方案。此外，山區(qū)地形復雜地勢起伏，道路縱坡變化大，排水系統(tǒng)時往往面臨距離短、高差大的陡坡[1]，故需銜接好高差并有效消能。基于以上特點，特提出排水方案，以供類似工程參考。

1 區(qū)域現(xiàn)狀

園區(qū)現(xiàn)狀以山地、丘陵地貌為主，地勢連綿群抱，場地山體高程高、高差大，高程自西北至東南遞減，最大高差約100m。F 河是該片區(qū)內降雨徑流外排的主要通道，屬西江流域，全長8.4km，流域面積21.2km2，河流比降為0.0046。區(qū)域內有2 座污水處理廠，S廠現(xiàn)狀規(guī)模1 萬m3/d，規(guī)劃規(guī)模7 萬m3/d，處理工藝為A2O。Y 廠現(xiàn)狀規(guī)模為0.5 萬m3/d，規(guī)劃規(guī)模為7 萬m3/d。地塊排水情況如下：北側地塊已出讓某鋼鐵公司，該公司集雨面積為150hm2，這部分雨水排入本工程雨水管，排入市政管道的污水規(guī)模為3600m3/d，南側地塊尚未出讓。與本工程銜接道路方面，西側大道近期內立項，東側道路暫無實施計劃。

2 設計方案

2.1 污水設計方案

專項規(guī)劃為單側布管，分東西兩段，分屬兩個污水系統(tǒng)。詳規(guī)為雙側布管走向自西向東，均屬Y 污水系統(tǒng)。

本方案污水南側布管，原因如下。由于北側地塊僅有一家鋼鐵公司，只有兩根DN300 的污水支管接出，而南側地塊未開發(fā)，污水支管預留數(shù)量約為25 根。主管敷設在道路南側，一方面穿中央綠化帶的支管數(shù)量少，對輕軌建設的影響降到最低，另一方面減少管道長度，可降低造價。

平面上，污水管道以鋼鐵公司主出入口為界，分東西兩段。主出入口以西段污水管主要收集北側鋼鐵公司生活污水及南側地塊小部分污水，自東向西逆坡接至規(guī)劃西側大道DN500 污水管，最終接入S 污水處理廠。主出入口以東段污水管主要收集南側地塊污水，自西向東接至規(guī)劃東側道路DN400 污水管，最終接入Y 污水處理廠。設計管徑為DN300~DN400，管道埋深為2~8m。該方案優(yōu)點是西段下游道路有實施計劃，且污水廠可容納鋼鐵公司生活污水，污水出路穩(wěn)定可靠。需說明，東段雖然下游條件不穩(wěn)定，但東段收集的南側地塊同樣沒開發(fā)，現(xiàn)階段無排水需求，影響不大。

2.2 雨水設計方案

橫斷上，雨水采取雙側布管。整體地勢為西高東低，雨水管起自西側大道交叉口，自西向東順坡敷設，設計管徑為d600~3800×3300，雨水箱涵終點涵底標高底為62.00。根據(jù)規(guī)劃，本工程箱涵于末端接入規(guī)劃東側道路4000×3300 雨水箱涵。由于東側道路近期無實施計劃，需設置臨時排水通道。

通道設置考慮就近排入水體并且力求水力順暢。首先確定臨時排水通道方向。設計終點北側及東側均為高山，標高分別為90.48 和144.48，遠高于終點箱涵底標高，均不適合作為臨時排水的方向。南側現(xiàn)狀為山谷，且南側約500m 處有河流，故確定向南臨時排水。接著，需確定臨時通道線位。雨水管道終點南側現(xiàn)狀為山谷，近期作為棄土場，棄土場填至與道路標高齊平約為67.00，坡底標高約61.00，臨時排水通道考慮貼著棄土場的邊，沿61.00 等高線，自北向南接至F 河附近，通過急流槽下山后，進入消力池，最終排入F 河（河底標高約為46.00）。最后確定臨時溝形式，臨時溝考慮利用棄土場邊坡和山體邊坡圍成倒三角形作為臨時排水通道，上口寬為6.2m，水深為3m，坡度為0.0035。該通道清表后，鋪上六邊形連鎖磚并植草。待地塊開發(fā)，臨時排水通道廢除，六邊形連鎖磚可回收利用。

2.3 消能方案比選

市政管網中消能方式多種多樣，但本質上均可歸為沿途消能或末段消能。沿途消能一般通過設置跌水井、階梯式跌坎和急流槽等方式實現(xiàn)。末段消能一般通過設置常規(guī)消力池或格柵式消力池等構筑物實現(xiàn)。具體采用哪種形式消能，與地形及流量有關，以下介紹三種消能方案。

2.3.1 階梯式跌水井

使管道坡度略小于管坡，在同一檢查井位置，在最小覆土的控制下，進水管管底必然高于出水管管底，可利用這一高差消能。根據(jù)圖集，階梯式跌水井方式適用于單次跌水高度1~2m 且DN≤1650 的情況，在實際應用中適當擴大管徑及跌水范圍，但此時需考慮防沖刷措施。對于迎水面墻，混凝土保護層內加鋼絲網可有效防沖刷。對于井底，井底設置碗狀坑蓄水形成“水墊”或鋪一定厚度的卵石緩沖層，對水流的沖擊起緩沖作用。該方案特點為：

（1）沿途逐次消能，消能效率高。

（2）總跌水水頭分攤到每個檢查井上，減少土方，造價較低。

（3）流速控制在5m/s 以內，使用廣東地區(qū)排水工程常用管材即可滿足要求。

2.3.2 斜管跌落+消力池

使管道坡度等于地坡，使用機制球墨鑄鐵管壓力排水，中途不設檢查井，在管節(jié)銜接處設圓鋼管卡及支墩固定，管道末端設置消力池消能。斜管跌落在處理方式上相當于封閉的急流槽，適于管徑較小的排水管道，在三級管網中普遍采用[2]。

2.3.3 階梯式跌坎+消力池（見圖1~圖2）

圖1 階梯式跌坎

圖2 消力池

該方案本質上是設置多級臺階來克服上下游高差。由于水流在跌落的過程中摻入大量空氣，增加了下泄水流的沿程阻力和能量耗散，在下游消力池中流速很快衰減，使消力池的長度大大縮短[3]。一般該方式適用于坡度和流量均較大的情況。特點為：①同時采用沿途及末端消能，消能效果好；②土方開挖量較小，造價較低。

本工程消能形式確定如下：①對于市政雨污管道，采用方式一進行消能。市政排水管道流速經水力計算最大為4.5m/s，且單次跌水高度為1~2m，有條件設置階梯式跌水井消能；②市政雨水箱涵同樣通過控制箱涵坡度略小于地坡，每隔40m 設置一次跌水，單次跌水高度1~2m；該方式施工縫現(xiàn)場處理時間長；③臨時雨水通道位于半山腰，需排往位于山腳的現(xiàn)狀河流。該處雨水設計流量為32000m3/s，斜坡坡度為0.24，由于流量及坡度均較大，故不采用方案一和方案二，采用方案三階梯式跌坎+消力池消能。臺階寬度取6m，臺階高度取1.2m，共設12 級。水力計算得摻氣段水深為1.0m，考慮安全高度，臺階側壁高度取1.5m。

3 結語

（1）上層次規(guī)劃為宏觀的控制，當各規(guī)劃銜接不順時，在實現(xiàn)規(guī)劃意圖有困難的情況下，設計積極尋求替代方案并征求規(guī)劃意見通過設計合理確定方案。

（2）本項目所處園區(qū)處于開發(fā)階段，多個規(guī)劃明確了周邊的發(fā)展方向，設計必須結合地塊和銜接道路的實際發(fā)展情況，合理布置管道走向，科學確定臨時、永久工程實施內容，既能滿足雨水臨時排放要求，又與規(guī)劃相結合，保證臨時與永久工程的銜接，避免重復建設。

（3）山區(qū)城市排水系統(tǒng)具有坡度大、流速大等區(qū)別于其他平原城市的特點，本工程綜合各方面因素后確定消能形式，對于市政管道采用階梯式跌水井消能形式，對于雨水箱涵用自身結構高差設置跌水消能，對于臨時溝排入河流處采用階梯式跌坎+消力池消能形式。