跨水源地保護區的橋面徑流收集處理設計方案研究

周 鋮

（國家林業局昆明勘察設計院，云南 昆明650000）

0 引 言

橋梁跨越水體時通常設置橋面落水井收集橋面雨水后直接排入水體。但研究表明，初期雨水徑流中含有相當數量的污染物質，直排雨水將造成水體污染；且運輸危險化工材料車輛在橋梁上發生事故時，泄漏的危險品將通過橋面排水系統直接排入水體，也將對水體造成污染[1-3]。

2007 年，國家環境保護總局印發了《關于加強公路規劃和建設環境影響評價工作的通知》（環發[2007]184 號），規定公路建設設計路線應盡量避開飲用水水源保護區。跨越飲用水水源二級保護區、準保護區和二類以上水體的橋梁，為防范危險化學品運輸帶來的環境風險，應在橋梁上設計橋面徑流收集系統，并在橋梁兩側設置沉淀池，對發生污染事故后的橋面徑流進行處理，確保飲用水的安全[4]。因此，橋梁跨越水源地保護區應在設計前期就要深入研究橋面徑流收集處理方案，排水設計人員應根據橋面徑流收集處理設計方案對橋面縱坡和結構形式提出建議，否則，設計后期容易出現重大修改。

本文以拉薩市某跨河特大橋為例，對設計前期應考慮的橋面徑流收集處理方案進行分析，以期對類似項目的設計工作起到一定的參考作用。

1 工程概況

本項目橫跨拉薩河，橋位處屬于水源地二級保護區。與本項目連接的拉薩河南北兩岸道路為規劃主干路，高程為北高南低，橋梁縱坡有調整空間，設計速度為50 km/h，瀝青混凝土路面，主橋跨河段紅線寬度分為31 m，雙向4 車道外加非機動車道與人行道的橫斷面形式，橋梁長約1.14 km。

2 總體方案

本項目采用目前常用的橋面徑流收集處理方案，橋面徑流通過管道全部匯流至橋梁端部，在橋梁端部設置橋面徑流應急池，該池平時沉淀雨水，事故時具有應急的作用。

雨天時匯集的雨水先進入應急池沉淀后排出，雨停后用潛水排污泵排出池底沉積的雨水。

事故時橋面溢流的污染物全部通過管道收集入應急池，同時關閉應急池出水閥門，應急管理人員可根據污染物情況用潛水排污泵將污水排入污水管網或排入污水收集車運至相關單位處理。

3 收集管道設計

針對橋梁連接的南北兩側道路高程特點，提出四種橋梁縱斷面布置和徑流收集管道設計方案，管材均采用聚氯乙烯塑料管。

方案一：橋梁縱坡采用單向坡，取值1%，最大匯水長度為1 000 m；管道采用橋底雙側布管，徑流收集后統一排入南側應急沉淀池內處理。

方案二：橋梁縱坡采用單向坡，取值2%，最大匯水長度為1 000 m；管道采用橋底雙側布管，徑流收集后統一排入南側應急沉淀池內處理。

方案三：橋梁縱坡采用雙向坡，取值1%，最大匯水長度為650 m；管道采用橋底雙側布管，徑流收集后向南北兩側排入應急沉淀池內處理。

方案四：橋梁縱坡采用雙向坡，取值2%，最大匯水長度為650 m；管道采用橋底雙側布管，徑流收集后向南北兩側排入南側應急沉淀池內處理。

我國現行相關規范主要包括《公路排水設計規范》（JTG/T D33—2012）、《室外排水設計規范》（GB 50014—2006）、《城市橋梁設計規范》（CJJ 11—2011）。

（1）依據《公路排水設計規范》（JTG/T D33—2012）計算：

以降雨強度等值線圖和降雨強度轉換系數等值線圖為基礎進行設計徑流量計算，設計降雨重現期5 a，標準降雨強度q5，10= 0.8 mm/min，徑流系數取值0.9，如表1 所示。

表1 等值線圖為基礎計算

（2）依據《室外排水設計規范》（GB 50014—2006）計算：

以暴雨強度公式為基礎進行設計徑流量計算，設計降雨重現期5 a，采用拉薩市暴雨強度公式：

式中：i為降雨強度；P為重現期；t為降雨歷時。

徑流系數取值0.9，降雨歷時取值17 min（考慮雨水流行時間7 min）如表2 所示。

表2 暴雨強度公式為基礎計算

（3）依據《城市橋梁設計規范》（CJJ 11—2011）校核：

《城市橋梁設計規范》（CJJ 11—2011），第9.2.3條第4 款規定，橋面排水設施的設置應符合下列規定：排水管道的間距可根據橋梁匯水面積和橋面縱坡大小確定，當縱坡大于2%時，橋面設置排水管的截面積不宜小于60 mm2/m2；當縱坡小于1%時，橋面設置排水管的截面積不宜小于100 mm2/m2。

根據上述規定，采用DN400 管道，縱坡大于2%時，最大匯水面積為2 093 m2，雙側布管時最大匯水長度為135 m。但本項目橋面長度總長1 000 m，明顯無法滿足該條規定。

但根據本條規定的條文說明，該條文參照《公路排水設計規范》中的水力計算并考慮了2 倍的安全率制定，且計算用的管道基準管徑為150 mm，舉例地區為北京。因此本項目以該條文說明中的計算過程作為校核，以拉薩市降雨條件為基礎，管道基準管徑采用400 mm，則計算出每平米橋面面積所需設置的排水管面積為：1%縱坡時，6.2 mm2/m2；2%縱坡時，4.37 mm2/m2。考慮2 倍安全率，1%縱坡時，12.4 mm2/m2；2%縱坡時，8.8 mm2/m2。

校核結果如表3 所示。

表3 校核計算

（4）收集管道設計結論

經計算校核，可選方案為橋面排水管道采用雙側布管，單面坡排水時，設計縱坡1%，設計管徑DN500；雙面坡排水時，最大匯水長度650 m，設計縱坡1%，設計管徑DN400。考慮到橋梁景觀性，建議選取管徑小的設計方案，即橋梁縱坡盡可能采用雙面坡，縱坡取值1%比較合適，將縱坡增大到2%仍無法減小排水管徑。

4 應急沉淀池設計

（1）事故時一次危險品泄漏量

根據國內外工程實際[1，5]，一次危險品泄漏量取值50 m3。

（2）應急處理反應時間

根據國內外工程實際[6]，應急處理反應時間取值30 min，即發生事故30 min 內應急管理部門應到達事故現場對污染物進行處理。

（3）應急池容積計算

應急池容積應按最不利情況設計，即暴雨的同時發生事故，應急池應收集30 min 暴雨量和危險品泄露量。

式中：V為應急池容積，m3；Q為設計暴雨流量，m3/min；t為應急處理反應時間，min；V1 為一次危險品泄漏量。

應急池容積計算中的暴雨流量計算尚無規范規定，有研究表明考慮暴雨強度隨降雨歷時逐漸減小，采用暴雨強度公式在降雨歷時上的積分計算方法更為合理[7]。但本項目為提高水源地保護區橋面徑流的安全性，未考慮暴雨強度隨降雨歷時的減小，計算結果為Q=188.7 L/hm2·s，換算為30 min 降雨強度即為34.0 mm，根據國家氣象局頒布的降水強度等級劃分標準12 h 降雨總量超過30 mm 即為暴雨。故該應急池容積計算結果可靠。

為減小應急池容積，在本項目南北兩側各設置兩個應急沉淀池，分別處理本段道路分幅匯流雨水，如圖1 所示。應急池容積計算結果如表4 所示。

圖1 橋面徑流應急沉淀池平面圖

表4 橋面徑流雨水水力計算表及應急池設計

5 結 論

通過設計前期對橋面徑流收集處理方案的深入分析，排水設計人員應對橋面縱坡和結構形式提出如下建議。

（1）建議橋梁縱坡采用雙面坡，且一端坡長不大于650 m，縱坡不小于1%，這樣可減小排水管徑到DN400。

（2）建議橋面下方預留出DN400 排水管道的布置空間，并注意主橋和引橋的橋面結構連接處應便于管道穿過。

（3）橋梁南北兩側橋頭處應留出應急沉淀池的布置空間。

隨著我國基礎設施建設的加速發展和生態環境保護的不斷加強，橋面徑流收集處理系統設計必然成為跨越重要水體橋梁設計中的重要環節和關鍵因素，因此今后在類似工程設計中應在前期規劃及方案研究中做好統籌考慮。