姜 晉 波

(太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

黃土丘陵區(qū)市政道路排水工程設(shè)計(jì)優(yōu)化

姜 晉 波

(太原市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

以太原市王家峰市政道路排水工程為例，針對該項(xiàng)目兼具大坡度與濕陷性黃土的特點(diǎn)，從縱坡段雨水收集效果改善和濕陷性場地雨水入滲控制兩方面，探討了道路排水的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為道路的安全運(yùn)營提供了保障。

道路排水工程，雨水口，泄水能力，檢查井

太原市東山地區(qū)地處太原市東擴(kuò)南進(jìn)的重要區(qū)位，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，東山地區(qū)的配套市政排水工程陸續(xù)實(shí)施。由于東山地區(qū)地貌單元為太原東山黃土丘陵區(qū)，兼具大坡度與濕陷性黃土的特點(diǎn)，本文以太原市王家峰市政道路排水工程為例，分析設(shè)計(jì)中遇到的問題，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以期對同類排水工程設(shè)計(jì)具有一定參考意義。

1 縱坡段雨水收集效果改善

1.1 存在問題

擬建場地整體地勢較高，高差較大，當(dāng)發(fā)生超標(biāo)降雨時(shí)，場地雨水以坡面漫流形式快速排至下游地勢較低區(qū)域，而下游排水不及時(shí)極易引發(fā)內(nèi)澇，形成上游地塊開發(fā)與城市道路新建加劇下游內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)象。

1.2 一般措施

規(guī)范[1]規(guī)定“當(dāng)?shù)缆房v坡大于0.02時(shí)，雨水口的間距可大于50 m，其形式、數(shù)量和布置應(yīng)根據(jù)具體情況和計(jì)算確定。坡段較短時(shí)可在最低點(diǎn)處集中收水，其雨水口的數(shù)量或面積應(yīng)適當(dāng)增加”?？梢岳斫鉃榭v坡較大路段一般增大雨水口間距并在道路凹形豎曲線底部設(shè)置橫向截水溝截流路面雨水，但雨水口的位置、形式、泄流能力等并不明確，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)自行揣摩。

1.3 縱坡段雨水設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)雨水口間距。

以本項(xiàng)目為例，東西向道路紅線寬度30 m，道路縱坡介于2.6%～4.0%之間，坡長約900 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范建議的300 m坡長，因此不宜照搬規(guī)范增大雨水口間距。

首先，縱坡段雨水口匯水面積不隨縱坡改變。路面雨水受道路綜合坡度作用，水流方向仍然是向道路兩側(cè)流行，隨著縱坡增大，沿道路縱坡方向流行更遠(yuǎn)的距離方可流至路側(cè)雨水口。根據(jù)公式9.1.4[2]，地表粗度系數(shù)s相同時(shí)，坡面流行距離Lp與坡度ip成正比。進(jìn)一步簡化路拱橫坡為2.0%，當(dāng)?shù)缆房v坡不大于4.0%時(shí)，路面雨水從道路中心線處流至路側(cè)雨水口只需要沿縱坡方向流行不超過沿橫坡方向的2倍距離即可。理論上，除首尾兩個(gè)雨水口外，其余雨水口的匯水范圍均為平行四邊形，并且隨著道路縱坡增大，平行四邊形隨之拉伸，但面積不變，即匯水面積不變。

其次，雨水口的最大理論間距隨道路紅線寬度改變?？v坡段雨水口不易出現(xiàn)承壓狀態(tài)，因此雨水口和雨水連接管流量不需要采用雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期設(shè)計(jì)流量的1.5倍～3倍計(jì)算[1]，但考慮到實(shí)際中平箅雨水口易被路面垃圾和雜物堵塞，設(shè)計(jì)中考慮50%箅面被堵塞。以30 m市政路為例，根據(jù)圖集[3]中各類雨水口的理論泄水能力和太原市暴雨強(qiáng)度公式反推雨水口匯水面積，見表1。

表1 太原市市政道路(30 m)雨水口匯水面積及間距表

根據(jù)表1，本項(xiàng)目選用雙箅式偏溝式雨水口，控制雨水口間距不大于50 m，這也與規(guī)范值建議的雨水口間距宜為25 m～50 m相吻合。

必須提到的是，為了減少地塊內(nèi)部無組織雨水通過出入口漫流至市政道路，出現(xiàn)因市政道路雨水口實(shí)際匯水面積增大導(dǎo)致路面雨水排除不及時(shí)的現(xiàn)象，我們基于本次道路建設(shè)和地塊開發(fā)為同一個(gè)業(yè)主的前提，在設(shè)計(jì)階段提出了小區(qū)雨水不漫流至市政道路的原則。

最后，結(jié)合道路匯水點(diǎn)、人行橫道上游、沿街單位出入口上游、靠地面徑流的街坊或庭院的出水口等對雨水口間距進(jìn)行調(diào)整。

2)雨水口布置形式。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)按路面雨水主要通過偏溝式雨水口收集排除，已知雨水口的長度、寬度以及箅條形式對雨水收集效率影響很大，分析縱坡段雨水口收水效果不佳的原因：a.縱坡越大，地表雨水流速越大，水越容易超越雨水口流向下游；b.雨量越大，流經(jīng)雨水口寬度范圍內(nèi)的水量越少，更多的雨水流經(jīng)雨水口寬度范圍外，并會(huì)同下方的徑流流向下一個(gè)雨水口。

第一,雨水口的箅條平行于水流方向布置更利于雨水收集。

圖集[3]雨水口的箅條布置分為順條和橫條兩種，由設(shè)計(jì)者選擇使用，其泄水能力及承載能力相同。設(shè)計(jì)人員往往忽略該條，并未明確雨水箅子采用順條還是橫條。而根據(jù)試驗(yàn)[4]，模擬瀝青混凝土路面當(dāng)?shù)缆房v坡從3.0%變到4.0%，盡管模型實(shí)測結(jié)果表明不同的縱坡其水深有所不同，但在相同柵條角度情況下，區(qū)分度不大。當(dāng)雨水箅子的開孔與迎水流方向夾角為0°,30°,45°,90°，不同柵條角度對收水流量的影響較為顯著，且在相同水深情況下，柵條角度越大，收水流量越小。本項(xiàng)目明確雨水口的箅條平行于水流方向布置。

第二,雨水口最小有效長度與縱坡段雨水口過水能力密切相關(guān)。

規(guī)范[2]假設(shè)縱坡坡段上，只要孔口凈長度足夠長，路面雨水就能自由落入，從而保證格柵的泄水效率。兩年一遇降雨下箅前流量Q=18.71 L/s，泄流能力按公式9.2.4-1[2]計(jì)算，過水?dāng)嗝鏋闇\三角形溝，過水?dāng)嗝嫠頷=29 mm，由公式9.3.4[2]確定格柵孔口所需的最小凈長度Lg=165 mm。以B×H=450 mm×700 mm球墨鑄鐵雨水口箅子為例，孔口凈長度為654 mm，遠(yuǎn)大于孔口最小凈長度Lg=165 mm，即使考慮50%箅面被堵塞，采用偏溝式雙箅雨水口也是偏安全的。

第三,通過精細(xì)施工提高雨水截流量。

路面雨水流至車行道邊緣后形成三角形過水?dāng)嗝?，雨量越大，斷面越寬，越過雨水口流向下一個(gè)雨水口的流量越大，由于雨水口箅面寬度固定，無法通過增加雨水口寬度增大截流量。本次設(shè)計(jì)箅前流量Q=18.71 L/s且道路橫坡為0.02時(shí)對應(yīng)的水面寬1 450 mm，而雨水箅子的寬度僅450 mm，約有47.5%的雨水流經(jīng)雨水口寬度范圍外，并會(huì)同下方的徑流流向下一個(gè)雨水口，則下一個(gè)雨水口的箅前流量即為上游一個(gè)箅子的未攔截水量疊加當(dāng)前箅子的攔截水量，水量基本等同于18.71 L/s。因此在一定箅前流量下，提高縱坡段雨水?dāng)r截效率的方法不是采用雙箅代替單箅，而是沿水面寬度增加攔截面。通過雨水口井圈周圍的路面局部下凹不僅能保證雨水口箅面低于路面，使雨水順暢流入，同時(shí)也加大了雨水截流量，因此施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照圖集要求施作雨水口井圈周圍的路面局部下凹。

2 濕陷性場地雨水入滲控制

2.1 存在問題

場地土存在Ⅱ級(jí)自重濕陷，雨水入滲會(huì)引發(fā)路面開裂、塌陷，進(jìn)而對路側(cè)擋土墻甚至地塊內(nèi)樓座產(chǎn)生威脅。雨水入滲途徑一是從檢查井、管道內(nèi)部向外部滲水，二是通過路面裂縫向路基滲水。

2.2 一般措施

濕陷性黃土地區(qū)排水工程設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范、規(guī)程和圖集的要求，對管道和檢查井的地基處理、溝槽回填，以及檢查井與管道接口密封銜接進(jìn)行處理，基本可以消除其濕陷性，避免不均勻沉降引起的從檢查井、管道內(nèi)部向外部滲水現(xiàn)象。

路面裂縫是道路常見的病害，在道路設(shè)計(jì)和施工階段已對其有深入研究，而需要排水專業(yè)特別注意的是檢查井不均勻沉降與車輪的沖擊負(fù)荷破壞井周瀝青路面引起開裂。一般通過控制回填土質(zhì)量和規(guī)范施工等措施避免檢查井不均勻沉降，并且在設(shè)計(jì)階段避免將檢查井布設(shè)在機(jī)動(dòng)車道上，但是當(dāng)?shù)缆芳t線范圍內(nèi)管道位置緊張時(shí)，不可避免的要將檢查井布置在機(jī)動(dòng)車道內(nèi)，需要對檢查井回填和井圈加固特殊處理。

2.3 濕陷性場地雨水入滲控制設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)高流速管段采取防護(hù)措施避免結(jié)構(gòu)損壞引起滲水。

本項(xiàng)目道路縱坡較大，管道流速較快，需要采取必要的防沖刷措施，防止因管道或檢查井強(qiáng)度不足而破裂造成安全隱患。本次設(shè)計(jì)中雨水管道流速大于5 m/s時(shí)，要求該段鋼筋混凝土承插口管管體混凝土強(qiáng)度達(dá)到C50，敷設(shè)管道承口逆水流方向布置，同時(shí)檢查井采用高流槽，槽頂高于上游管道管頂200 mm，避免雨水沖刷井壁。

2)井周加固避免不均勻沉降。

本項(xiàng)目位于車行道下的檢查井均采取井周加固措施，并采用具有防盜、防沉降、防響動(dòng)功能的“三防井蓋”。井周采用8%灰土回填，回填寬度不小于50 cm，壓實(shí)度不小于95%，道路結(jié)構(gòu)層內(nèi)反開挖后采用C15混凝土澆筑，并采用預(yù)埋螺栓緊固井座至混凝土井圈。

[1] GB 50014—2006，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTG/T D33—2012，公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.給水排水標(biāo)準(zhǔn)圖集[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2007.

[4] 李 鵬.雨水箅子水力特性研究[J].城市道橋與防洪，2014(18)：125-126.

On design optimization of drainage projects of municipal roads in loess hill regions

Jiang Jinbo

(TaiyuanUrbanPlanningandDesignInstitute,Taiyuan030002,China)

Taking the drainage project of Wangjiafeng municipal road in Taiyuan as the example, the paper analyzes the features of the loess of the program with big slopes and collapsible loess, and explores the optimal design scheme of the road drainage from the improvement of the rainwater collection of longitudinal slopes and rainwater leakage control of collapsible sites, so as to provide some guarantee for the safety operation of the roads.

road drainage project, rainwater entrance, drainage capacity, checking well

1009-6825(2017)01-0147-03

2016-10-26

姜晉波(1985- )，男，工程師

TU992

A