摘要:城市道路立交的排水直接關系到立交是否能安全運行。本文結合立交各部位的排水特點分析了立交排水設計方案,并就立交高架道路路面排水中的問題進行探討。
　　關鍵詞:城市道路立交高架路面排水設計
　　1概述
　　城市道路立交作為交通樞紐,對城市交通的正常運營起著重要的作用,立交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。立交排水的主要任務是排除降雨的地面徑流水和影響道路功能的地下水。根據立交部位和排水特點不同,立交排水可分為立交區域一般道路路面排水、立交橋面排水、下穿道路路面排水、下穿道路地下水排水以及立交綠化區域排水5個部分。立交排水形式結合當地規劃、場地水文地質條件以及立交型式等因素確定,一般采用自流排水、提升排水及先蓄后排。
　　2立交排水特點
　　立交排水與一般道路排水相比更具特殊性和復雜性,立交各部位排水又各具特點:立交區域一般道路路面排水匯水面積大、縱坡大、低洼處易積水,一般可敷設管道排入城市排水系統;立交橋面排水匯水集中、低洼橋面產生較大匯水面積,且橋梁排水立管較小,不易快速排水,容易產生積水現象;下穿道路路面排水是立交中最易積水部位,匯水面積大,危害大,且一般不能自流排水;下穿道路地下水水位高于路面部分容易滲入并侵蝕道路結構,且一般不能自流排水;立交綠化區域排水面積大,排水需有出路。
　　3立交排水設計方案研究
　　根據立交各部分排水特點,立交排水應采用不同的設計方案。
　　3.1立交區域一般道路路面排水
　　立交區域內處于原地面標高以上的道路路面排水，需結合城市排水總體規劃,敷設管道排入城市排水系統或單獨作為一個系統進行設計。立交區域內一般道路路面排水納入城市排水系統中,其暴雨重現期的確定除滿足城市排水系統要求外,還必須滿足立交區域的特定要求,確保立交區域排水達到較高的標準。立交區域內匯水面積的確定,是確定立交排水規模的重要依據之一。由于立交排水標準較高,應盡量避免匯水面積的增加,在條件許可的情況下,將立交周圍部分匯水面積劃歸附近另外排水系統或道路中,以減少立交排水設計流量,降低工程造價。受立交匝道繁雜、縱坡變化較大影響,立交道路雨水口的布設不同于一般道路,設計要便于攔截徑流,避免立交中標高較低的主線及匝道集水,設計除考慮分散設置雨水口外,在匝道最低點路段增加雨水口集中收水。立交區域排水管道的布設與其它市政管道綜合考慮,并避開立交橋墩基礎和與其它市政設施,在不能避開時從結構上考慮管道加固、設置柔性接口或改用鑄鐵管材等,以解決承載力和不均勻下沉問題。此外,由于立交交通量大,排水管道的維護管理較困難,設計斷面宜適當放大。
　　3.2立交橋面排水
　　城市互通式立交存在較多的高架道路,其排水系統主要由雨水進水口、排水立管和地面接收井三部分組成。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,但對立交縱坡較大的高架道路,雨水集中在橋面低洼地帶,通過較小的雨水口及排水立管無法及時排除。
　　(1)縱坡大小對橋面排水的影響。
　　高架道路及立交匝道橋縱坡的大小對橋面排水產生較大的影響。在道路縱坡小于0.3%時,橋面雨水遲滯現象較為嚴重,雨水不能順利地往低處流動,此時雨水主要依靠橋面每一個雨水泄水孔排放,因此當立交橋梁縱坡小于0.3%時,每一個雨水泄水孔需承擔周圍橋面的匯水面積內的雨水流量。在道路縱坡處于大于0.3%、小于2%狀況下,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,一部分雨水被雨水泄水孔截流,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匝道橋面雨水泄水孔應采用更有效的截流形式,并在橋面低洼處進行特殊設計,增加雨水泄水孔的數量和尺寸,以便及時排放橋面雨水。在橋面道路縱坡大于2%的較大坡道上,橋面雨水水流將處于急流狀態,部分水流會躍過雨水泄水孔而形成跳躍,使立交橋面坡道上的雨水泄水孔泄水能力大大降低,因此橋面低洼路段在暴雨期間將會出現較大的匯水面積,若在該低洼路段,橋面沒有足夠的雨水排泄能力(受結構限制),將會出現積水現象。
　　(2)排水立管對橋面排水的影響
　　立交排水立管由于空氣阻力等因素的關系,其排水能力受到較大影響。立管中水流呈氣液兩相的流動狀態,其水流運動與許多因素有關,如水量、水質、管壁粗糙度、進水入口的幾何特性、水流充滿度、立管高度等。其中最主要的因素是立管充滿度亦即進水量的大小。研究表明,要改善排水立管內的流態,加強排水的通行能力,可以有三種方法:增大管徑;增加管道粗糙度促使水膜形成;保證立管上下端的通氣良好,減少管內氣壓波動。從工程設計角度來看,如果排水立管管徑太大,不利景觀效果,而且從目前已建高架的立管選用管徑來看,已能滿足通水要求;如果增加管道粗糙度,則容易造成管道堵塞。工程中最簡單可行且經濟合理的方法為上述第三種,即保證立管上下端的良好通氣條件,在設計中可以在立管與橫管交會的上方設置自動通氣閥或采用橫管通過雨水斗接入立管等等方法來解決上部的通氣問題。
　　(4)立交橋面排水模型的研究
　　在橋面道路徑流條件相同情況下,橋面低洼路段的雨水量與道路縱坡大小成正比,與雨水口間距成反比,與雨水口排泄能力成反比,即:Q=fx(i,l,x)
　　其中Q———低洼地段雨水流量
　　i———道路縱坡
　　l———雨水口間距
　　x———雨水口形式
　　式中當橋面道路縱坡較小時,雨水口的型式和間距對橋面的排水起主要作用;而當橋面縱坡較大時,雨水口的型式和間距作用相對減弱,橋面排水主要通過低洼路段來排放。橋面道路縱坡越小、雨水口越便于截水、其設置間距越短,橋面低洼處的匯水量就越小。
　　(5)立交橋面排水設計原則
　　根據以上分析和實際排水設計經驗,在立交橋面排水設計中,有以下幾個設計原則:在橋面縱坡平緩路段(縱坡小于0.3%),雨水主要通過每個雨水泄水孔排放,其雨水口應每個橋墩設置(20m～30m),雨水口采用排水效果好的頂側向聯合式雨水口。在橋面存在一定縱坡的路段(縱坡大于0.3%、小于2%),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尺寸。在橋面縱坡較大的路段(縱坡大于2%),需對橋面低洼路段進行特殊設計,以確保雨水順利排放。受橋梁雨水口泄水能力影響,建議在立交設計中,避免在較大縱坡的橋面兩側形成低洼的橋面,在不得已情況下,低洼橋面部分排水泄水孔需特殊設計。
　　3.3下穿道路路面排水
　　城市立交中受環境及地形地物影響,部分立交需設置下穿道路及人行地道,如重慶市江北區觀音橋商圈步行街立交采用下穿道路形式,紅旗河溝立交采用人行地道形式等。
　　(1)匯水面積的確定
　　下穿道路的匯水面積影響到立交泵站設置的規模,其匯水面積應合理控制。立交下穿道路在分水嶺范圍內為立交設計范圍,本著“高水高排、低水低排”的原則,將高于系統雨水管道部分路段的路面排水匯入排水系統中,而對進入低洼路段的雨水則匯入排水泵站中。
　　(2)暴雨重現期的確定
　　立交下穿道雨水流量及暴雨重現期的確定需根據下穿道的等級和作用而確定暴雨重現期,為保證立交的交通暢通和整體發揮作用,暴雨重現期選用各條道路中等級最高的標準。
　　(3)路面排水形式
　　立交下穿道一般道路縱坡較大,路面排水宜采用坡道截流,低洼路段集中排水的原則,確保下穿道低洼路段不存在積水現象。
　　3.4下穿道路地下水排水
　　(1)確定地下水影響程度
　　地下水流量,因受多種因素的影響,其計算結果往往出入很大,主要原因是地下水的變化幅度除受大氣降水影響外,與附近地形地貌有關。在地勢低洼或靠近河道、排灌渠道的地區,計算結果偏大,而在地表排水暢通的地區則偏小。一般應通過抽水試驗,取得滲透系數、影響半徑、給水度等有關參數,再進行計算。在無抽水試驗資料時,可根據鉆探孔的水文地質剖面圖,選擇地下水的最高水位,合理采用土壤滲透系數值,進行估算和確定設計流量。
　　(2)地下水的排除
　　根據地下水排水特點,地下水的排除方法一般是埋設盲溝(滲渠或穿孔管)吸收、匯集地下水,使之自流或通過泵站提升排入地面排水系統或專用泵站。
　　(3)盲溝的設置
　　盲溝又稱滲水管、無砂管、透水管,在立交工程中作為匯集地下水的措施,達到干燥路面,保護路基結構穩定和足夠強度。而盲溝管一般設于車行道下,因此不僅要考慮其滲水作用,還要有一定的強度才能運輸、安裝使用。同時在
　　適當長度上設置明窨井以檢查盲溝管使用情況。
　　(4)立交泵站的設置
　　立交泵站水量有二個來源:一是立交雨水,二是地下水。必須由各自的進水管分別進入集水池,以防止雨水串流到地下水集水管堵塞盲溝濾料,破壞地下水的排除。為便于管理,集水池可以用閘板分開,同時按不同流量選泵。當地下水流量較大時,亦可統一選泵。立交泵站的特點是流量小,揚程高,要求選用的水泵體積小,結構簡單,操作方便,易于控制,選用潛水排污泵較為適合。立交泵站的位置選在接近立交最低點的地方,使排水管線最短,排水安全度最高,泵站挖
　　深最小。
　　3.5立交綠化區域排水
　　立交綠化區域面積較大,在雨量較大情況下將會出現積水,并且會影響到道路正常的交通,因此立交綠化區域內的排水必須納入立交排水系統中去。立交綠化區域內可采用明渠或管道匯集雨水,并且可以與匝道排水結合起來,納入立交排水系統中。
　　4結語
　　城市立交排水是城市道路排水系統中的一部分,有其交通地位重要、設計標準高、區域集中等特殊性,立交排水設計需結合地形地物,針對立交不同組成部分進行合理的設計,使立交納入城市排水系統中,并解決各部分的排水問題,使立交在不利的自然條件下也能正常運行,確保交通樞紐的暢通。
　　參考文獻
　　1排水工程.中國建筑工業出版社
　　2給水排水設計手冊(第五冊).中國建筑工業出版社