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1 2 6 防洪排水 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 6 年0 2 月第 0 2 期 城市高架桥排水设计研究 李振 宇 ， 孙 明岩 。 ( 1 深圳 市特 区建设 发展 集 团有限公 司 ， 广东 深圳 5 1 8 0 4 8 ； 2 港 铁物 业发展 ( 深圳 ) 有 限公 司 ， 广东 深圳 5 1 8 0 1 9 ) 摘 要 ： 为缓解 日益增 长的交通压力， 高架 桥这种道路 型式越来越多 的被应 用于在城市交通 体系 中， 因其 长期处于露天状 态 ， 保证 桥上 车辆 的安全及通行能力 的同时 ， 必须确保雨 后桥面排水迅 速 ， 线路通畅 。介绍了高架排水 的重要性 、 任务 及排水的方式 ， 对 于 华南沿海 多雨地区高架桥泄水 口布置及排水路径设 计 ， 提 出较 可行且效果 良好 的改进措施 。 关键词： 高架桥； 桥面排水 ； 雨水量； 泄水孔 中图分类 号 ： T U 9 9 2 0 3 文献标 志码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 6) 0 2 0 1 2 6 0 2 0 引言 排水设计是城市高架道路的一个重要组成部 分 ， 其直接关 系到高架道路运行的安全可靠性 、 投 资的经济合理性。高架桥排水设计能否妥善解决 排水问题， 是确保道路交通正常运行的关键。高架 排水系统不能及 时地排 除降水 ，就会威胁车辆运 行安全 ， 导致道路交通 中断 ， 而大多数 高架桥一般 又位于城市道路系统 的咽喉区域 ，一旦 阻塞影 响 很大。 高架 桥排水 是与城市 路 网密 切相关 的工 程 ， 解决好高架桥排水问题 ， 应 当选择经济合理 、 切实 可行 的排水方案 ， 对 于使用过程 中积水 、 泄水不利 等情况 ， 需要优化设计及后期改造， 务必确保排水 良好 。 1 排水坡 度拟定原 则 高架桥 面排水 汇水集 中、低 洼桥面产生较大 汇水 面积 ， 且桥梁排水立 管管径较 细 ， 不宜于快速 排水 ，容易产生积水现象 。排水系统主要 由泄水 口、 排水立管和地 面接收井 3部分组成 。对于纵坡 较缓的高架道路 ，其桥面排水通过每个桥墩处设 置的排水立管分散排泄 ，但对于立交纵坡较大 的 高架道路 ， 瞬 时雨 量较大 时 ， 造 成低洼 地带积水 ， 通过较小的雨水 口及排水立管无法及时排 出。如 过高架桥 面排水 系统不完善 ，不仅会影 响立交道 路的交通，而且可能影响到周围区域的路网整体 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 0 2 8 作者简 介 ： 李振 宇 ( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 河 北香 河人 ， 工 程 师 ， 从 事 工程 管理工 作。 排水效果 。按 照坡度分段 ， 设 置如下： ( 1 ) 当高架桥 面纵坡小 于 O 3 时 ， 雨水 主要通 过 每个雨 水 泄水 孔排 放 ，其地 面 接收 井 间隔 为 2 03 0 m设置一个 ，雨水泄水孑 L 采用 排水效果好 的顶侧 向联合式雨水 口。 ( 2 ) 在桥 面纵坡 大于 1 3 、 小 于 2 时 ， 桥 面 雨水顺 纵坡往下游流动 ，在桥 面横 坡不大的情况 下 ， 实际水面宽度 大于雨水泄水孔宽度 ， 一部分雨 水被雨水孔截流 ， 另一 部分雨水顺流 而下 ， 在下流 低洼处汇集 。在这种状况下 ， 位于坡道处 的高架及 坡道雨水 口应采用排水效果好的顶侧 向联合式雨 水 口，同时桥面低洼路段增加雨水口数量及立管 管径 。 ( 3 ) 当桥面纵坡 大于 2 时 ， 桥 面雨水 水流处 于急流状 态 ，部分水流会跃过雨水泄水 口而形 成 跳跃 ， 需要对桥面低洼路段进行特殊设计 ， 以确保 雨水顺利排放 。 2 排水计算 排水计算首先要确定设计径流量， 然后根据设 计径流量来检算排水 管设置的间距 是否合理， 即浅 三角形过水断面的计算， 最后间距满足规范要求就 可以根据设计径流量来确定泄水管尺寸 。 当桥面水不能迅速排 泄时 ，会形成水膜而影 响行车安全及通行能力 ，因此须在桥面汇水处设 置泄水 口 ( 道路低洼 和易积水 地段应根据需要适 当增加 泄水 口) ， 以及 时排除桥 面雨水 ， 确 保在设 计重现期 内排水畅通 、 不积水 。 2 1 径流产 生过程 地面点在受雨过程中 ， 首先被植物截 留。对于 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 6 年 0 2 月第 0 2期 城 市道桥 与防洪 防洪排水1 2 7 高架 桥面而言 ， 混凝土结构且无植物截 留 ， 径流 系 数 较一般地 面大得 多 ， 因此余 水历 时 、 径流 历时 、 降雨 总历时三者 的起始点基本相 同 ，累积入渗量 极小 。 2 2 雨水量计算参数说明 ( 1 ) 路 面径流系数口 1 ( r u n o ff c o e ffic i e n t ) 一 定汇水 面积 内地表径流量 ( mm)与降水量 ( m m) 的比值 ， 是任意时段内的径流深度 y ( 或径流 总量 w) 与同时段 内的降水深度 x ( 或 降水总量 ) 的 比值 。径流系数说 明在 降水量 中有多少水变成 了 径流 ，它综合反 映了流域 内 自然地理要素对径 流 的影 响 ，根据 公路排水设计规范 【。 规定 ， 混凝 土 路面 的迳流系数 = 0 9 0 。 ( 2 ) 重现期( r e c u r r e n c e i n t e r v a 1 ) 某特定暴雨强度 的重现期 指大于或等于该值 的暴 雨强度可 能出现一次的平均间隔时 间 ，单位 是年 ( a ) 。由于城市高架桥通行能力大 ， 堪称百年大计 ， P可取大值。 ( 3 ) 集水时间( t i m e o f fl o w) 雨水从 相应汇水 面积的最远点地表径 流到雨 水管渠人 口的时间。其计量单位通常以 m i n表示 。 2 3 设计径流量的计算 设计径流量的方法是： 首先计算汇水面积 F ， 然 后 根据公 路的等级确定设计重现期 和假 定汇流历 时， 在缺乏 当地的雨量 资料时， 可根据 中国 5 a 一遇 1 0 m i n降雨强度等值线图确定标准降雨强度 q ， 再通过重现期转换系数和降雨历时转换系数转换 成设计重现期内假定汇流历时的平均降雨强度 q ， 再 根据路面条件确定径 流系数 ，这样就可 以计 算 出设计径流量 。 例如华南地 区某市高架桥项 目： 汇水面积 F = 9 8 X 5 X 1 0 = 0 0 0 0 0 4 9 k m 先假设汇流历时 5 m i n ， 设计重现期为 5 0 a ，查 等值线图， 5 a 重现期和 1 0 m i n降雨历时的标准降 雨强度 q s 1 o = 2 5 m m m i n 。 重现期转换系数 C p = 1 2 7 ； 6 0 m i n降雨强度转换系数 c = 0 4 ； 降雨历时转换系数( t = 5 m i n ) C t = 1 2 5 ； 降雨强度 q = C t q 5 ,1o = 1 2 7 1 2 5 2 5 ：3 9 7 mm mi n： 混凝土路面径流系数 中= 0 9 0 ； 设计径流量 Q s = 1 6 6 7 q F = 1 6 6 7 X 0 9 03 9 7 X 0 00 0 0 4 9= 0 0 0 3 m3 s 。 3 泄水管选择 设计 径流量确定 ，泄水管 间距满 足规范要求 后 ， 就可 以根据流量来选择泄水管。 当采用竖 向排水管时 ：管 内流速 = 、 2 ， 流 量 Q = A V ； 当 采 用 横 向 泄 水 管 时 ： 流 量 Q = K 、 ， ， 其中流量模数 K - A C 、 ， 系数 c = 。 。 3 1 不 同泄水 管径 、 间距 5 m， 横坡 2 时的排水 能力计算 ( 1 ) 管径为 中1 2 0 mm时采用竖排 Q1 = A = 可0 0 6 x 2 X9 8 X0 0 2 6= O 0 0 8 m s 采 用 侧 排 时 ，Q = A R 丁 、 其 中当横坡 i h = 2 ， H= 0 02 6 m， L= 0 6 m， A= 0 001 6 m ， n= O 01 5， Q 2 = O 0 0 2 m3 s 。 ( 2 ) 管径为 中1 7 0 mm时采用竖排 Q 1 - A =1 T X 0 0 8 5 X、 2 9 8 X 0 0 2 6= 0 0 1 6 m S s 采用侧排时， Q 2 = 1 n A R 丁 、 等 n V L i h =2 ， H= 0 0 2 6 m， L= 0 6 m, A=O 00 2 0 m ， n =0 01 5， Q 2 = 0 0 0 4 m s 。 泄水能力见表 1 。 表 1 泄水能 力表 3 2 根据规范的规定检验泄水管选择的合理性 ( 1 ) 泄水管的横截面积一般按排泄 3倍设计流 量考虑l 4 l 。 桥 面低 点处 泄水 口的数量 ，应根据汇集 到低 点 的雨水量( Q) 及每个泄水 13的泄水能力计算 ， 考 虑初期雨水 中杂物堵塞 的影 响 ，实 际布置数量应 增加 1 5 1 4 。 泄水管布置的位置一般 沿顺桥 向纵 坡方 向布置于桥面的低点处 。 ( 2 ) 泄水 口的过水 面积通常按每平方米桥面不 少 于 23 c m 设置。 当低点两侧 的坡道纵坡较缓时 ( 2 以下 ) ， 可 适 当增 加布置泄水 口，以减轻大量 径流雨 水汇集 到低点 ， 但不扣减低点处泄水 口的数量 ， 以保证排 水安全。当道路纵坡大于 2 时， 则不必设置泄水 口。面积较大 的桥面 ， 在引道 、 匝道 、 中间分 隔带等 适 当位置 ， 应 当设置雨水 口。处于最高位置的跨线 桥 ， 为了不使雨水径流过长距离 ， 宜采用泄水 口排 ( 下转第 1 3 0页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 0 防洪排水 城市道桥 与防洪 2 0 1 6 年 0 2 月第 0 2 期 ：1 2 9 95 x1 n 0 4 - 4 8 7 x Q 1 2 x 一 因地块控制范 围干管长距离输水 ， 管道局部损 失按沿程损失的 1 0 计 。支管为短距离输水 ， 管道 局部损失按沿程损失 的 2 0 计 。最不利位置水头 损失最大 ， 全区粪水灌溉水头损失如下( 具体计算 略) 。 = 2 1 3 2 1 1 1 4 3 6 水泵设计流量、 扬程 泵站设计流量 ： Q设= 8 7 4 m 3 h 水泵 出水 口与入水 口高差取 = 4 IT I ，水泵 管 路吸水管 、 出水管及首部水头损 失取 3 0 I n 。给水 栓出 口水头取 5 i n ， 支管出 口竖管长取 0 6 m， 则扬 程计算如下 ： H 33 9 2 I n 4 3 7 水泵选型 由于粪水的特殊性 ， 对水泵型号进行综合比选 ， 此次粪水提 升泵 站水泵选择型号 为 2 0 0 WQ B 1 2 5 4 2 3 7型污水污物潜水泵 。 通过肥水还 田增加土壤有机质含量 ， 为稳产 、 高产创造 了良好的基 础 ，土壤肥力提 高后整个项 目区可 增产 1 5 8 6万 k g水稻 和 1 5 8 6万 k g的二 麦 ， 增加效益 8 2 4 7万元 。表 1为项 目区增产效益 分析表。 表 1 项 目区增产效 益分析表 ( 3 ) 降低猪粪水工业化处理的效益 项 目区内建成粪水还田灌溉系统后，能够消 纳 1 2万头猪所产生的粪水 1 5 8 4万 t 。通过粪水 还 田完全节省了工业化处理设施 的投资 ，每万头 猪粪便污水处理设施投 资约为 1 5 0万元 ，仅处理 设施投资这一项能节省 1 8 0万元 。每 吨猪粪水 的 运行处理费用约为 2元 ， 1 2万头生猪 产生的猪粪 水工业化处理运行费用也需 3 1 6 8万元 。 5 粪水还田系统产生的效益与分析 6 结语 ( 1 ) 减少化肥施用量产生 的效益 项 目区通过肥水灌溉系统的建设，将猪场产 生的粪水经厌氧发酵等无害化处理后作为有机肥 与一般灌溉用水混合后还 田，为农作物提供丰 富 的 N、 P 、 K等 营养元 素 ，增加 土壤有机质 含量 ， 改 善 土壤 团粒结构 ， 提高理 化性能 ， 提升 土地等级 。 采用粪水还 田灌溉技术可替代 4 0 氮肥和 6 0 磷 肥 的施用量 ， 每亩可节 约成 本约 9 0元 ， 项 目区内 每年可节约 1 4 2 7 4万元 。 ( 2 ) 改 良土壤产生 的效益 种养结合将猪粪水变废 为宝 ，是 发展绿 色农 业的体现。粪水还田系统的实现， 使种养结合模式 能够得以推广应用 。在接下来 的设计应用 中， 应着 重采集 已有工程 中的作物施肥 量 ，统计 出每头猪 产生 的粪水 能灌 溉 多少 亩农 田以精确 养 猪 的数 量 。 参考文 献 ： 1 钱明 ，黄 国桢 种养结 合家庭农 场的基 本模式 及发展 意义【 J J 现代 农业科 技 ， 2 0 1 2 ( 1 9 ) ： 2 9 4 2 9 7 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 - O r 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 斗 七 七 七 七 七 - e e七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 t 七 七 电 七 t 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 ( 上接第 1 2 7页) 水 ， 通过立管引入下层检查井 中 ， 如雨量再大则需 要 配合 紧急排水孔完成 。 4 结语 综 E 所述， 桥面泄水管的最小内径不小于 1 5 0 m m， 桥面泄水 口 3 5 I n ， 竖 向布置时能满足规范要求 ， 水平设置时须设计排水明沟或提高水头高度的方 法才能满足规范要求。因此为提高桥梁的使用功 能 ， 确保行 车安全 ， 延长桥 面的使用寿命 ， 应加强 桥面排水设计 ， 充分考虑各个因素的影响 ， 从而使 得泄水管 口布置更加经济合理 。市政道路 网平交 路 口较多 ， 同时应详细考虑交叉 口竖 向设计 ， 保证 道路整体排水效果 良好。 参 考文献 ： ( 1 1 袁建平 ， 方 正， 张鸿斌 ， 罗梅 城 市立 交道路排 水设计 【 J 1 - 中国农村 水利水 电， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 4 2 4 3 【 2 】 孙 慧修 排水 工程( 上册) 【 M】 北京： 中国建筑 工业出版社 ， 1 9 9 9 3 J T G T D 3 3 2 0 1 2， 公路 排水设 计规范 s 】 4 张昌伟 公路桥梁桥面排水计算的方法 【 J J 铁道勘察与设计， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 3 4 3 6 5 段成 章 道 路平 面交 叉 口竖 向设 计基本 方法 【 J J 中 国市政 工程 2 0 0 8 ( 2 ) ： 2 6 2 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m