立交排水設(shè)計(jì)問(wèn)題淺析
——以淄博市昌國(guó)路立交橋?yàn)槔?/h1>
2018-06-27 07:29:54張彥光刁樂(lè)群
城市建設(shè)理論研究（電子版） 2018年36期
張彥光 刁樂(lè)群
1.淄博市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 山東 淄博 255037
2.淄博市城市資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)有限公司 山東 淄博 255000
正文：
1.工程概況
昌國(guó)路-原山大道立交位于張店城區(qū)西南角，西側(cè)為濱萊高速出入口立交。昌國(guó)路為規(guī)劃的東西向快速路，原山大道為規(guī)劃的南北向快速路，昌國(guó)路與原山大道相交處設(shè)置一座半苜蓿葉全互通立交，西向南、西向北通過(guò)兩條環(huán)形匝道連接，東向南、北向東通過(guò)兩條半定向的匝道連接。地面輔路在與主線及匝道相交處下臥作為負(fù)一層，昌國(guó)路為一層，原山大道上跨昌國(guó)路，為二層。
2.收水方式
（1）道路標(biāo)準(zhǔn)段、外圍輔道及立交圈內(nèi)部分輔道段采用雨水口收水的方式，匯入現(xiàn)狀或設(shè)計(jì)雨水管道內(nèi)，并最終通過(guò)重力流管道排走。
（2）下穿昌國(guó)路的輔道通道內(nèi)采用雨水口收水的方式，匯入設(shè)計(jì)一體化雨水泵站提升后，最終排入設(shè)計(jì)重力流雨水管道內(nèi)排走。
（3）昌國(guó)路部分路段及匝道路面雨水通過(guò)道路兩側(cè)急流槽匯入雨水邊溝，最終就近排入現(xiàn)狀或設(shè)計(jì)雨水管道內(nèi)排走。
（4）原山大道主橋段、匝道橋段及集散道橋段采用雨水落水管收水，收集的雨水排入滲井中，超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的雨水通過(guò)雨水管道排走。
（5）立交圈內(nèi)綠化帶的水通過(guò)雨水邊溝或雨水口匯集，最終排入設(shè)計(jì)雨水管道內(nèi)排走。
雨水口收水方式細(xì)部大樣圖
3.雨水口布設(shè)
依據(jù)“高水高排、地水低排”的分區(qū)原則，本設(shè)計(jì)通過(guò)道路邊溝截流、道路反坡設(shè)計(jì)等措施盡量減小下穿通道的匯水面積，經(jīng)過(guò)外圍截流以后的匯水面積約2.0ha，經(jīng)計(jì)算，總設(shè)計(jì)流量為1.03m3/s，單個(gè)通道設(shè)計(jì)流量為0.52m3/s。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，雨水口和雨水連接管流量應(yīng)為雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期計(jì)算流量的1.5～3倍[1]，故單個(gè)通道雨水口的總收水量為0.78～1.56 m3/s，本設(shè)計(jì)取值1.0m3/s。按照?qǐng)D集（06MS201-8）推薦的雨水口泄水能力（多箅雨水口為每箅15L/s），單個(gè)通道內(nèi)需設(shè)置67組單箅雨水口，在長(zhǎng)度約100的坡道設(shè)置如此多的雨水口顯示是不經(jīng)濟(jì)和不切實(shí)際的。
偏溝式雨水口泄水能力值
依據(jù)圖集（06MS201-8）多箅雨水口的泄水能力與道路的坡度、雨水口的型式、箅前水深等因素有關(guān)。15L/s是在道路縱坡3‰～3.5%、橫坡1.5%、箅前水深4cm的條件下經(jīng)實(shí)驗(yàn)所得。而在本設(shè)計(jì)中下穿通道縱坡3%、橫坡1.5%。故相同型式雨水口的泄水能力主要與箅前水深有關(guān)。
《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中“地面積水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”中的道路積水深度是指靠近路拱處的車(chē)道上最深積水深度。當(dāng)路面積水深度超過(guò)15cm時(shí)，車(chē)道可能因機(jī)動(dòng)車(chē)熄火而完全中斷，因此規(guī)定每條道路至少應(yīng)有一條車(chē)道的積水深度不超過(guò)15cm。根據(jù)下穿通道橫坡設(shè)計(jì)，當(dāng)最外側(cè)車(chē)道積水深度10～15cm時(shí)，雨水口位置處積水約30cm，此時(shí)下穿通道至少一條車(chē)道積水深度不超過(guò)15cm，仍可正常通行。因此，發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降雨以后，道路達(dá)到積水標(biāo)準(zhǔn)之前，雨水口的箅前水深最大可達(dá)30cm，此時(shí)為路面正常通車(chē)的極限條件。由此判斷，圖集（06MS201-8）推薦的箅前水深（4cm）與實(shí)際狀況（≤30cm）差距較大。
下穿通道設(shè)計(jì)橫斷面
根據(jù)相關(guān)研究[2]，隨著雨量增加，匯流雨水在雨水口前的深度不斷增大，雨水口的流態(tài)可由堰流轉(zhuǎn)換為孔口流。顯然，按照孔口流流量計(jì)算公式去計(jì)算雨水口流量更加接近實(shí)際情況。
C0——孔口流綜合流量系數(shù)，為0.67；
A——過(guò)水面積，m2
工程效果圖
H——箅前水深，m
從上式可以看出，雨水口的流量與箅前水深H0.5成正比，由此計(jì)算多箅雨水口（單箅）泄水能力如下：
孔口出流公式計(jì)算所得雨水口泄水能力值
本設(shè)計(jì)多箅雨水口泄水能力按（30L/s）/單箅取值，單個(gè)通道內(nèi)僅需布設(shè)34組單箅雨水口即可。
4.路面高程
立交橋排水系統(tǒng)圖
本設(shè)計(jì)中互通立交橋的主線及匝道高程均高于現(xiàn)狀地面線1m以上，容易排水。而輔道高程需要與現(xiàn)狀路面及地塊進(jìn)行銜接，其設(shè)計(jì)高程與地面線基本貼合，而輔道與匝道相交時(shí)，由于凈空要求的限制，部分路段會(huì)低于現(xiàn)狀地面線。
立交橋東側(cè)范陽(yáng)河是立交排水的主要出路，輔道雨水可以通過(guò)重力流排河。根據(jù)規(guī)范要求，淄博市屬于大城市序列，其內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為30-50年一遇。為確保發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，范陽(yáng)河的水不倒灌至設(shè)計(jì)路面，本設(shè)計(jì)取輔道最低點(diǎn)高程不低于50年一遇洪水位（41.75m）。
內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期
5.一體化泵站
本設(shè)計(jì)中下穿通道的最低點(diǎn)為37.5m，低于范陽(yáng)河常水位，需要增設(shè)雨水泵站進(jìn)行強(qiáng)排水。根據(jù)《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB 50318-2017）5.4.2條規(guī)定，雨水泵站的占地面積按照以下指標(biāo)[3]取值。
雨水泵站規(guī)劃用地指標(biāo)
設(shè)計(jì)雨水泵站規(guī)模為1035L/s，需占地（580～797）m2，但由于橋墩、匝道、地下管線等障礙物限制，立交圈內(nèi)僅能滿足200m2左右的用地，故傳統(tǒng)雨水泵站無(wú)法實(shí)施。設(shè)計(jì)采用一體化雨水泵站，順利解決用地問(wèn)題，僅占地150m2。本泵站共設(shè)3臺(tái)水泵，根據(jù)液位由電控柜智能程序批次投入水泵運(yùn)行，水泵需交替運(yùn)行，水泵采用潛水排污泵，水泵參數(shù)為：Q=1500m3/h，H=15m，N=90kw。
一體化預(yù)制泵站因其占地面積小、施工工期短、自動(dòng)化程度高和無(wú)人值守等優(yōu)點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用，相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也已陸續(xù)出臺(tái)，如山東省已出臺(tái)《一體化預(yù)制泵站技術(shù)規(guī)程》，應(yīng)用前景廣泛。
該立交橋距離范陽(yáng)河約500m，地下水位較高，故一體化泵站的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)引起重視。本項(xiàng)目勘察單位收集了本區(qū)域的水文地質(zhì)、河流氣象條件，根據(jù)已有資料，深入分析地下水的補(bǔ)給、儲(chǔ)存、徑流、排泄與擬建場(chǎng)地地下水位的相互關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察及地下水位的觀測(cè)，查明擬建場(chǎng)地地下水混合水位高程最大值可按41.5m考慮。
根據(jù)《一體化預(yù)制泵站技術(shù)規(guī)程》（J 13637-2016）4.5.6條規(guī)范規(guī)定，泵站抗浮應(yīng)按下式計(jì)算：
式中：W=泵站總重力（N）；
Ks=設(shè)計(jì)穩(wěn)定性抗力系數(shù)，取1.05；
F=泵站總浮力（N）[4]。
根據(jù)《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50069-2002）4.3.3.4條規(guī)范規(guī)定，地表水或地下水對(duì)結(jié)構(gòu)作用的浮托力，其標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按最高水位確定（41.5m），并按下式計(jì)算：
本泵站相關(guān)參數(shù)詳見(jiàn)下表：
泵站抗浮設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)
W＞Ks×F，一體化本站設(shè)計(jì)參數(shù)符合《一體化預(yù)制泵站技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
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張彥光 刁樂(lè)群
1.淄博市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 山東 淄博 255037
2.淄博市城市資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)有限公司 山東 淄博 255000
正文：
1.工程概況
昌國(guó)路-原山大道立交位于張店城區(qū)西南角，西側(cè)為濱萊高速出入口立交。昌國(guó)路為規(guī)劃的東西向快速路，原山大道為規(guī)劃的南北向快速路，昌國(guó)路與原山大道相交處設(shè)置一座半苜蓿葉全互通立交，西向南、西向北通過(guò)兩條環(huán)形匝道連接，東向南、北向東通過(guò)兩條半定向的匝道連接。地面輔路在與主線及匝道相交處下臥作為負(fù)一層，昌國(guó)路為一層，原山大道上跨昌國(guó)路，為二層。
2.收水方式
（1）道路標(biāo)準(zhǔn)段、外圍輔道及立交圈內(nèi)部分輔道段采用雨水口收水的方式，匯入現(xiàn)狀或設(shè)計(jì)雨水管道內(nèi)，并最終通過(guò)重力流管道排走。
（2）下穿昌國(guó)路的輔道通道內(nèi)采用雨水口收水的方式，匯入設(shè)計(jì)一體化雨水泵站提升后，最終排入設(shè)計(jì)重力流雨水管道內(nèi)排走。
（3）昌國(guó)路部分路段及匝道路面雨水通過(guò)道路兩側(cè)急流槽匯入雨水邊溝，最終就近排入現(xiàn)狀或設(shè)計(jì)雨水管道內(nèi)排走。
（4）原山大道主橋段、匝道橋段及集散道橋段采用雨水落水管收水，收集的雨水排入滲井中，超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的雨水通過(guò)雨水管道排走。
（5）立交圈內(nèi)綠化帶的水通過(guò)雨水邊溝或雨水口匯集，最終排入設(shè)計(jì)雨水管道內(nèi)排走。
雨水口收水方式細(xì)部大樣圖
3.雨水口布設(shè)
依據(jù)“高水高排、地水低排”的分區(qū)原則，本設(shè)計(jì)通過(guò)道路邊溝截流、道路反坡設(shè)計(jì)等措施盡量減小下穿通道的匯水面積，經(jīng)過(guò)外圍截流以后的匯水面積約2.0ha，經(jīng)計(jì)算，總設(shè)計(jì)流量為1.03m3/s，單個(gè)通道設(shè)計(jì)流量為0.52m3/s。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，雨水口和雨水連接管流量應(yīng)為雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期計(jì)算流量的1.5～3倍[1]，故單個(gè)通道雨水口的總收水量為0.78～1.56 m3/s，本設(shè)計(jì)取值1.0m3/s。按照?qǐng)D集（06MS201-8）推薦的雨水口泄水能力（多箅雨水口為每箅15L/s），單個(gè)通道內(nèi)需設(shè)置67組單箅雨水口，在長(zhǎng)度約100的坡道設(shè)置如此多的雨水口顯示是不經(jīng)濟(jì)和不切實(shí)際的。
偏溝式雨水口泄水能力值
依據(jù)圖集（06MS201-8）多箅雨水口的泄水能力與道路的坡度、雨水口的型式、箅前水深等因素有關(guān)。15L/s是在道路縱坡3‰～3.5%、橫坡1.5%、箅前水深4cm的條件下經(jīng)實(shí)驗(yàn)所得。而在本設(shè)計(jì)中下穿通道縱坡3%、橫坡1.5%。故相同型式雨水口的泄水能力主要與箅前水深有關(guān)。
《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中“地面積水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”中的道路積水深度是指靠近路拱處的車(chē)道上最深積水深度。當(dāng)路面積水深度超過(guò)15cm時(shí)，車(chē)道可能因機(jī)動(dòng)車(chē)熄火而完全中斷，因此規(guī)定每條道路至少應(yīng)有一條車(chē)道的積水深度不超過(guò)15cm。根據(jù)下穿通道橫坡設(shè)計(jì)，當(dāng)最外側(cè)車(chē)道積水深度10～15cm時(shí)，雨水口位置處積水約30cm，此時(shí)下穿通道至少一條車(chē)道積水深度不超過(guò)15cm，仍可正常通行。因此，發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降雨以后，道路達(dá)到積水標(biāo)準(zhǔn)之前，雨水口的箅前水深最大可達(dá)30cm，此時(shí)為路面正常通車(chē)的極限條件。由此判斷，圖集（06MS201-8）推薦的箅前水深（4cm）與實(shí)際狀況（≤30cm）差距較大。
下穿通道設(shè)計(jì)橫斷面
根據(jù)相關(guān)研究[2]，隨著雨量增加，匯流雨水在雨水口前的深度不斷增大，雨水口的流態(tài)可由堰流轉(zhuǎn)換為孔口流。顯然，按照孔口流流量計(jì)算公式去計(jì)算雨水口流量更加接近實(shí)際情況。
C0——孔口流綜合流量系數(shù)，為0.67；
A——過(guò)水面積，m2
工程效果圖
H——箅前水深，m
從上式可以看出，雨水口的流量與箅前水深H0.5成正比，由此計(jì)算多箅雨水口（單箅）泄水能力如下：
孔口出流公式計(jì)算所得雨水口泄水能力值
本設(shè)計(jì)多箅雨水口泄水能力按（30L/s）/單箅取值，單個(gè)通道內(nèi)僅需布設(shè)34組單箅雨水口即可。
4.路面高程
立交橋排水系統(tǒng)圖
本設(shè)計(jì)中互通立交橋的主線及匝道高程均高于現(xiàn)狀地面線1m以上，容易排水。而輔道高程需要與現(xiàn)狀路面及地塊進(jìn)行銜接，其設(shè)計(jì)高程與地面線基本貼合，而輔道與匝道相交時(shí)，由于凈空要求的限制，部分路段會(huì)低于現(xiàn)狀地面線。
立交橋東側(cè)范陽(yáng)河是立交排水的主要出路，輔道雨水可以通過(guò)重力流排河。根據(jù)規(guī)范要求，淄博市屬于大城市序列，其內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為30-50年一遇。為確保發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，范陽(yáng)河的水不倒灌至設(shè)計(jì)路面，本設(shè)計(jì)取輔道最低點(diǎn)高程不低于50年一遇洪水位（41.75m）。
內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期
5.一體化泵站
本設(shè)計(jì)中下穿通道的最低點(diǎn)為37.5m，低于范陽(yáng)河常水位，需要增設(shè)雨水泵站進(jìn)行強(qiáng)排水。根據(jù)《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB 50318-2017）5.4.2條規(guī)定，雨水泵站的占地面積按照以下指標(biāo)[3]取值。
雨水泵站規(guī)劃用地指標(biāo)
設(shè)計(jì)雨水泵站規(guī)模為1035L/s，需占地（580～797）m2，但由于橋墩、匝道、地下管線等障礙物限制，立交圈內(nèi)僅能滿足200m2左右的用地，故傳統(tǒng)雨水泵站無(wú)法實(shí)施。設(shè)計(jì)采用一體化雨水泵站，順利解決用地問(wèn)題，僅占地150m2。本泵站共設(shè)3臺(tái)水泵，根據(jù)液位由電控柜智能程序批次投入水泵運(yùn)行，水泵需交替運(yùn)行，水泵采用潛水排污泵，水泵參數(shù)為：Q=1500m3/h，H=15m，N=90kw。
一體化預(yù)制泵站因其占地面積小、施工工期短、自動(dòng)化程度高和無(wú)人值守等優(yōu)點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用，相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也已陸續(xù)出臺(tái)，如山東省已出臺(tái)《一體化預(yù)制泵站技術(shù)規(guī)程》，應(yīng)用前景廣泛。
該立交橋距離范陽(yáng)河約500m，地下水位較高，故一體化泵站的抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)引起重視。本項(xiàng)目勘察單位收集了本區(qū)域的水文地質(zhì)、河流氣象條件，根據(jù)已有資料，深入分析地下水的補(bǔ)給、儲(chǔ)存、徑流、排泄與擬建場(chǎng)地地下水位的相互關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察及地下水位的觀測(cè)，查明擬建場(chǎng)地地下水混合水位高程最大值可按41.5m考慮。
根據(jù)《一體化預(yù)制泵站技術(shù)規(guī)程》（J 13637-2016）4.5.6條規(guī)范規(guī)定，泵站抗浮應(yīng)按下式計(jì)算：
式中：W=泵站總重力（N）；
Ks=設(shè)計(jì)穩(wěn)定性抗力系數(shù)，取1.05；
F=泵站總浮力（N）[4]。
根據(jù)《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50069-2002）4.3.3.4條規(guī)范規(guī)定，地表水或地下水對(duì)結(jié)構(gòu)作用的浮托力，其標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按最高水位確定（41.5m），并按下式計(jì)算：
本泵站相關(guān)參數(shù)詳見(jiàn)下表：
泵站抗浮設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)
W＞Ks×F，一體化本站設(shè)計(jì)參數(shù)符合《一體化預(yù)制泵站技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
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