馬莉

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市 100082）

基于雨水管理的下凹橋區(qū)道路工程設(shè)計(jì)研究

馬莉

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市 100082）

收集北京市四環(huán)路內(nèi)全部采用強(qiáng)制排水下凹式立交橋的設(shè)計(jì)資料，從下凹式立交占比、下凹式立交相關(guān)道路的路網(wǎng)功能、立交選型及平面布置、縱斷面、橫斷面等方面，對(duì)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)，定性分析設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)雨水管理的影響，提出基于雨水管理的下凹式立交設(shè)計(jì)需額外考慮的影響因素及應(yīng)對(duì)措施。

下凹式立交；立交設(shè)計(jì)；雨水管理；立交特點(diǎn)

0　引言

北京城區(qū)土地使用強(qiáng)度的增加，導(dǎo)致城區(qū)地面絕大部分被不透水的建筑物和路面所覆蓋，雨水排除需求逐年增加。另外由于近年來(lái)氣候的變化，北京面臨局地性、短歷時(shí)、高強(qiáng)度暴雨發(fā)生的頻率呈增加的態(tài)勢(shì)。一系列不利因素，導(dǎo)致北京近年來(lái)內(nèi)澇嚴(yán)重，影響了城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而城市道路內(nèi)澇最嚴(yán)重的位置一般為下凹式立交橋區(qū)，故本文從現(xiàn)有下凹橋區(qū)道路工程特點(diǎn)入手，以利于雨水控制及排除的角度，針對(duì)性研究道路設(shè)計(jì)中各技術(shù)指標(biāo)參數(shù)的應(yīng)用情況。

1　綜述

北京市四環(huán)內(nèi)立交橋共計(jì)219座，其中道路與道路立交173座，道路與鐵路立交46座。下凹式立交共計(jì)56座，其中道路與道路立交33座，道路與鐵路立交23座。

統(tǒng)計(jì)可知，下凹式立交應(yīng)用廣泛，占比較大，為25.57%；鐵路與城市道路立體交叉，更容易形成下凹立交（50%的城市道路與鐵路立體交叉采用下凹式方案）。

綜合分析，選擇下凹立交方案的主要原因如下：（1）景觀(guān)需要：地面層為人流量較大的廣場(chǎng)等，道路采用下穿形式，形成較好的視覺(jué)感受；（2）經(jīng)濟(jì)因素：采用下凹立交節(jié)省造價(jià)；（3）功能需求：下穿道路與周邊建筑地下停車(chē)場(chǎng)銜接，方便出行；（4）地面層為鐵路，選擇上跨鐵路不能滿(mǎn)足周邊銜接需要。故下凹立交將在今后的城市道路建設(shè)中長(zhǎng)期存在。

2　路網(wǎng)功能分析

通過(guò)立交道路等級(jí)確定道路在路網(wǎng)中的功能，進(jìn)而對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行分析。

2.1道路等級(jí)統(tǒng)計(jì)

對(duì)56座下凹式立交的相關(guān)道路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體見(jiàn)表1。

表1　上跨及下穿道路等級(jí)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表

2.2分析

（1）下凹立交主要用于快速路節(jié)點(diǎn)

快速路系統(tǒng)需滿(mǎn)足連續(xù)通行的條件，相交道路均需采用立交形式。實(shí)際工程中在建設(shè)條件受限的情況下，會(huì)采用下凹式立交。

（2）下凹道路等級(jí)較高

分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，主干路以上的下凹道路占總量的76.78%，由于高等級(jí)道路是城市路網(wǎng)的交通骨架，做好其雨水管理，對(duì)保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)全市交通系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

（3）鐵路上跨城市道路

當(dāng)鐵路與城市道路形成下凹立交時(shí)，北京市所有鐵路均上跨城市道路，城市道路包含了全部的道路等級(jí)，分析原因如下：（1）北京市鐵路的建成年代早，考慮當(dāng)時(shí)其對(duì)周?chē)h(huán)境影響、造價(jià)及技術(shù)特點(diǎn)等因素，較少采用高架或地下形式；（2）隨著城市建設(shè)的發(fā)展及鐵路運(yùn)力的增加，城市道路與鐵路交叉改建為立體交叉形式；（3）由于鐵路需求凈空高、線(xiàn)形要求嚴(yán)苛等特點(diǎn)，改建立交時(shí)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析后，大多選用了下凹式立交的形式。

3　平面總體布置

由立交類(lèi)型看平面總體布置，立交選型主要參照節(jié)點(diǎn)的交通轉(zhuǎn)換功能及轉(zhuǎn)換量需求，滿(mǎn)足要求的立交平面布置方案中，不同的方案占地面積不同，形成下凹橋區(qū)后雨水的排除需求差別也較大。

3.1立交類(lèi)型統(tǒng)計(jì)

對(duì)56座下凹式立交的形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體見(jiàn)表2。

表2　立交形式統(tǒng)計(jì)表

3.2分析

總體上，下凹式立交橋涵蓋了城市常用立交類(lèi)型。其中簡(jiǎn)易立交（包含分離式立交及菱形立交）占比較大，為60.71%，是下凹式立交的主要形式。簡(jiǎn)易立交平面布置簡(jiǎn)單，所占面積較小，相對(duì)于其它立交類(lèi)型，更加有利于雨水管理。

從立交類(lèi)別來(lái)看，立B類(lèi)占比最大，為53.57%，均為城市道路與城市道路相交；立C類(lèi)其次為41.07%，均為鐵路與城市道路相交。該兩類(lèi)立交占總數(shù)的94.64%，是下凹式立交橋中最重要的類(lèi)型。立A2類(lèi)大型互通立交數(shù)量很少，此類(lèi)立交一般不易形成下凹橋區(qū)，需具體問(wèn)題具體分析。

4　縱斷面

豎向高差是下凹式立交形成積水的根本原因，故豎向方案對(duì)雨水管理的影響最直接?？v斷面主要的控制因素為坡度、坡長(zhǎng)和坡差，三者相互關(guān)聯(lián)，其取值將不同程度的影響立交的匯水面積。

4.1指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

對(duì)49座下凹式立交的96條下穿道路縱坡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得192處坡長(zhǎng)、平均坡度及坡差數(shù)據(jù)，分類(lèi)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1～圖4。

圖1　平均縱坡度分布圖

圖2　平均縱坡長(zhǎng)分布圖

圖3　不同行車(chē)速度下的平均總坡長(zhǎng)分布圖

圖4　坡差分布圖

進(jìn)一步對(duì)下凹道路凈空進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，均符合規(guī)范要求，即主路凈空均大于4.5 m，允許各種機(jī)動(dòng)車(chē)通行；輔路凈空均大于3.5 m（部分大于4.5 m），允許小客車(chē)通行。

4.2分析

（1）縱坡度

從平均坡度的絕對(duì)值看，大部分均在4%以下，總體集中在1.5%～3.5%之間，占道路總數(shù)的88.5%，其中又以2.5%左右的坡度最為普遍，約占總數(shù)的43%；小于2%的縱坡度約占總數(shù)的36%。

過(guò)小的坡度不利于雨水的排除，在凈高相同的前提下，縱坡越小，道路范圍內(nèi)的匯水面積就越大，從而增加排水需求。

（2）縱坡長(zhǎng)

從坡長(zhǎng)總體分布看，下穿道路坡長(zhǎng)主要集中在100～400 m范圍內(nèi)，占總數(shù)量約達(dá)80%。其中200～300 m最多，占總數(shù)量約40%。

從不同設(shè)計(jì)速度的坡長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)分布看，下穿道路等級(jí)越高，相應(yīng)坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，分布區(qū)間也越廣。快速路（對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)車(chē)速80～100 km/h以上）由于線(xiàn)型標(biāo)準(zhǔn)較高，坡長(zhǎng)分布的區(qū)間最廣（100～1 400 m），坡長(zhǎng)總體也最長(zhǎng)。主干路（對(duì)應(yīng)車(chē)速40～60 km/h）的坡長(zhǎng)范圍小一些（100～700 m），次干路及支路等30 km/h以下的道路，相應(yīng)坡長(zhǎng)在較小的范圍內(nèi)。

（3）坡差

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，實(shí)際道路的坡差在一個(gè)較大范圍內(nèi)變動(dòng)，其中大于6.5 m的坡差很多，其中最大處甚至達(dá)到21.29 m（蓮花橋）。過(guò)高的坡差易形成長(zhǎng)距離下坡地段，導(dǎo)致匯水面積急劇增加，對(duì)排水相當(dāng)不利，在縱向規(guī)劃及縱斷面設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠重視。

5　橫斷面

對(duì)56座下凹式立交的下凹道路橫斷面形式、道路等級(jí)及車(chē)道數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

5.1分離式立交

城市道路下穿鐵路（分離式立交）時(shí)，城市道路路幅與路段相同，基本上都采取主輔路（或機(jī)非分離）的橫斷面布置型式。

對(duì)主輔路高差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，73.7%的下凹主輔路存在高差，且高差位于0.8～1.8 m之間。

5.2其它立交

城市道路立交中，下穿道路采用主輔路形式的情況在各立交形式中普遍存在，占總數(shù)的45.45%。

對(duì)主輔路高差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，66.67%的下凹主輔路存在高差，其中蓮花橋主輔路高差最大為2.2m，其它均在0.5～1.6 m之間。

5.3分析

下凹道路采用主輔路形式且主輔路之間存在高差（主路允許各種車(chē)輛通行，輔路允許小客車(chē)通行），有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）為立B類(lèi)立交時(shí)，轉(zhuǎn)向車(chē)流對(duì)主路影響較小，可保證主路通行能力；（2）輔路凈空較低，可部分降低工程投資；（3）從排澇方面看，主輔路高差形式橫斷面安全系數(shù)更高，當(dāng)主路發(fā)生積水情況時(shí)，輔路可短時(shí)間內(nèi)起到緊急疏導(dǎo)交通的作用，為積水期間應(yīng)急交通組織提供有利條件。

菱形立交的匝道系統(tǒng)與相交路平交，其下穿部分一般不設(shè)輔路，但其匝道系統(tǒng)亦可承擔(dān)臨時(shí)交通導(dǎo)流的作用。

6　設(shè)計(jì)對(duì)策

城市道路設(shè)計(jì)階段相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的選取是排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，合理選擇指標(biāo)將有利于雨水管理及風(fēng)險(xiǎn)控制。

6.1立交選型及平面設(shè)計(jì)

立交選型及平面布置，基本決定匯水面積的大小，由此直接影響到雨水排除需求，設(shè)計(jì)階段減小匯水面積較易于實(shí)現(xiàn)。

簡(jiǎn)易立交平面布置簡(jiǎn)單，所占面積一般較小，立交范圍內(nèi)雨水排除需求量相對(duì)較少，是利于雨水管理的立交型式。在滿(mǎn)足交通需求的情況下，下凹立交選型宜首先考慮該型式。

對(duì)于選定的立交型式，場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增加控制匯水面積的環(huán)節(jié)，必要時(shí)采用一定的工程措施，以減少匯水面積，或考慮分散匯水面積。

此外，由于復(fù)雜立交系統(tǒng)的積水風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免匝道下穿多條其它道路，形成長(zhǎng)距離下穿段。

6.2交通組織

交通組織對(duì)應(yīng)急期間的交通保障能力有著直接影響。從利于排水的角度考慮，方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同立交型式，對(duì)交通組織進(jìn)行優(yōu)化。（1）城區(qū)內(nèi)分離式立交主要為鐵路交叉口，應(yīng)考慮利用路網(wǎng)設(shè)置繞行線(xiàn)路，替代積水中斷的直行交通，保障路網(wǎng)系統(tǒng)的通達(dá)性；（2）菱形、環(huán)形立交應(yīng)盡量將平交部分置于上層。當(dāng)平交部分暢通時(shí)，各個(gè)交通轉(zhuǎn)向都是暢通的，通達(dá)性好；（3）苜蓿葉立交的下凹道路宜設(shè)置輔路系統(tǒng)，輔路系統(tǒng)與匝道系統(tǒng)銜接，可為積水期間的各轉(zhuǎn)向交通提供基本保障。

6.3縱斷面

工程應(yīng)用中，下凹道路縱斷面仍需以滿(mǎn)足工程造價(jià)、景觀(guān)及行車(chē)舒適性等基礎(chǔ)，但如果能兼顧雨水管理與控制，可有效降低橋區(qū)積水風(fēng)險(xiǎn)。（1）從減少排水壓力的角度考慮，縱斷面設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮提升上跨層高程、減少結(jié)構(gòu)厚、消除富余凈空及兩側(cè)用地高程局部調(diào)整等工程措施；（2）在設(shè)計(jì)時(shí)，宜選擇較大的坡度，縮短坡長(zhǎng)。另外可在同向縱坡度之間設(shè)置反坡段，形成“分水嶺”式的線(xiàn)型，以較小的工程代價(jià)，高效控制匯水面積（同時(shí)可以控制客水的匯流方向），不但有利于減少下凹橋區(qū)路面排水的壓力，也為管線(xiàn)高水系統(tǒng)及低水系統(tǒng)的設(shè)置提供便利條件；（3）不同縱坡宜選用不同的配套排水設(shè)施。當(dāng)坡度較大時(shí)，應(yīng)考慮增加路中截

（4）專(zhuān)題衡量河道交叉口的橋梁規(guī)劃是否合理。

3.3.2解決多學(xué)科綜合問(wèn)題

城市橋梁規(guī)劃是解決多學(xué)科的綜合問(wèn)題，要及時(shí)征求相關(guān)學(xué)科的意見(jiàn)，進(jìn)行統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)。同時(shí)，除了聽(tīng)取主管單位和實(shí)施部門(mén)的意見(jiàn)外，還很有必要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及座談會(huì)等不同形式吸收相關(guān)單位和市民意見(jiàn)，并將合理意見(jiàn)反映進(jìn)規(guī)劃內(nèi)容。

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6.4橫斷面

（1）下凹道路宜布置為主輔路且輔路高位運(yùn)行的形式，輔路可為應(yīng)急期間的交通暢通及應(yīng)急救援帶來(lái)便利條件；（2）現(xiàn)況輔路系統(tǒng)大多較窄，應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)的支撐條件較差。建議輔路橫斷面選擇單向布設(shè)兩車(chē)道及以上方案，對(duì)于僅存在非機(jī)動(dòng)車(chē)系統(tǒng)的，宜考慮增大非機(jī)動(dòng)車(chē)道及人行道的凈空，便于應(yīng)急期間車(chē)輛通行；（3）宜采取工程措施如減小輔路部分結(jié)構(gòu)厚度等，抬高輔路高程，為應(yīng)急措施爭(zhēng)取時(shí)間，增加一道應(yīng)急防線(xiàn)。

U412.35+2

B

1009-7716（2016）02-0060-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.015

2015-11-02

馬莉（1982-），女，山東濰坊人，工程師，從事道路設(shè)計(jì)與研究工作。