浅谈城市重要功能构筑物旁的道路排水系统设计

赵俊健

（1.天津市市政工程设计研究院，天津市 300051；2.天津市基础设施耐久性企业重点实验室，天津市 300051）

1 概述

道路排水系统是一个由点、线、面组成的综合系统。降落在地面上的雨水，大部分通过路面横坡和纵坡流向路肩及路基以外，然后经由收水篦或者收水支管联通进入雨水井、雨水管道或渠道进行统一的排放管理。

本文引用的工程为天津市某重要新建城市功能构筑物一侧的高速公路与市政道路相结合的排水设计案例。该工程的设计需要兼具安全性、功能性和景观需要。

（1）该工程采用《室外排水设计规范》GB50014-2006，规范中规定：重现期在“重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般采用3～5 a，并应与道路设计协调，经济条件较好或有特殊要求的地区宜采用规定的上限。”由于该项目的重要地理位置和较高的城市功能构筑物定位，该工程的排水设计采用的重现期为5 a，地面径流系数采用0.9。

（2）排水系统的多样性也是本工程设计的一个重要特点。该工程为某大型高速公路设计的一个分段，在此分段的范围内的新建项目包含高速公路，市政道路以及一个互通式立交桥，排水设计时应当充分考虑其特点，形成系统化的设计方案。本次设计还需考虑与现状的若干条道路及其排水设施的衔接，另外还有现状的河道作为潜在的排水出路需要进行考虑。此外，由于本段只是整体工程的一个分段，所以和上下游段之间的衔接也成为了重要的设计内容。

（3）外部客观条件的多样性。本次设计的分段内，排水出路多样化：有河道规划高水位为2.5 m，有现状道路的排水边沟还有未来规划片区的管网系统和泵站。所以在每一小分段的设计中，都应该结合道路情况和周围排水出路的情况进行针对性设计。

2 设计原则和思路[1-3]

（1）本设计采用了天津地区的暴雨强度公式进行计算：

式中：q——暴雨强度，L/(s·hm2)；

p——设计降雨频率（重现期）：本次设计采用5 a；

t——降雨历时（min），t=t1+mt2；

t1——起步聚水时间：一般路段取10 min，立交及地道取5 min；

t2——管内雨水流行时间（min）；

m——管渠延缓系数，圆管m=2，渠道m=1.2。相应的雨水量：

式中：q——暴雨强度，L/(s·hm2)；

F——收水面积（hm2），设计只考虑接收设计道路及设施带范围内的雨水；

ψ——径流系数,本次设计取0.9。

（2）排水系统的设计应该具备超前性和主动性，在考虑排水效果的同时也需要同时注意其产生的后期管理维护等诸多方面的综合影响。根据实际情况进行优化设计，避免采取习惯化的通用化设计。

3 设计内容

3.1 排水出路分析

本次设计中，可利用的排水出路为：（1）现状河道，规划高水位2.5 m，规划常水位1.6～2.0 m。本次设计中，多处路段的排水需要依赖现状河道，但是道路的设计标高在有的地方并不是非常有利于雨水的重力自排，其中有几处路面的路边设计高度低于2.5 m。（2）在互通式立交区域下方，有现状道路及其配套的排水边沟。所以互通式立交和与之相连接的匝道排水可以充分利用现状边沟。（3）与本段设计相衔接的上下游，都在设计之初考虑了与本段的衔接统一。其中上游的排水采用明渠，并且预留了与本段衔接部分的雨水量，所以本次设计可以直接利用；下游由于缺少排水出路，所以在设计时，将收集的雨水引入本段中，所以在本段设计计算时，需要考虑接入的下游流量以及管道高程。（4）高架桥部分可以分为两部分：第一部分跨越河道的平直段部分可以完全采用散排处理；第二部分重要城市功能构筑物旁的则必须对雨水进行收集统一排放，由于未来的规划片区有配套的管网系统，并且管道的设计流量已经将本段高架桥区的面积包含在内，所以未来的排水出路应该是规划管网。然而近期内规划管网不会建设，所以近期的排水出路还需考虑河道，但是需要为未来接入管网进行预留。

3.2 排水设计

根据对排水出路的分析结果，本次设计需要采用不同的技术手段进行设计，以保证排水出路的稳定性和可靠性。

（1）受制于河道规划水位数据偏高，道路设计边高不足的情况，以河道为排水出路的路段，可采取分段排水。同时，管道排水受制于埋深较大的客观条件，在道路边高不足的情况下，不予采用。为了解决高程不足的问题，设计采用了明渠的方式进行排水，渠顶高度只需低于道路边高30 cm左右，最大限度地缓解了高程不足的问题，见图1。

图1 明渠横断示意图

（2）当道路设计标高较富裕，比较轻松的能够达到重力自排入河的条件时，但是还不能够满足管道重力自排条件时。可考虑盖板渠的形式，见图2。设计盖板渠时需要预留盖板高度、未来绿化用土壤高度以及景观效果，故盖板渠内顶高程需要至少低于路边高60 cm。其中30 cm为盖板高度，30 cm为覆盖绿化土高度，都填完之后达到景观美化效果。在盖板渠之上需要设置能够打开的活盖板，以便于日后清通管理。

图2 盖板渠横断示意图

（3）除了采取渠道之外，当遇到设计标高较高，重力自排条件较好的情况时，也可采取排水管道的形式。排水管道在本次设计情况下的优点为节约路外护坡范围，并且有利于日后的管理维护。本次设计中，在互通式立交的满足设计高程的上下行匝道以及高架桥底部，均采用了管道的形式。在立交匝道上，管道敷设于路面层以下；在高架桥区域则将管道放置在高架桥左右幅之间的中心线位置，然后结合高架桥墩柱底下放置的立交收水井进行联合系统设计。在建成后的一段时间内，管道的排水出路为河道，所以设计管道高程时需要按照规划高水位2.5 m进行反向水力计算。为了日后能够接入规划建设的片区管网，在设计雨水出路时，还需预留一根反向的雨水管道，一直延伸到路外2 m，并且进行封堵。

（4）市政道路排水时，可采用雨水篦进行路边收水，然后雨水篦再与管道、明渠或者盖板渠串接。在本次高速公路设计时，由于高速公路路面设计高与路外地面的地平高度相差较大，并且不允许放置雨水篦，所以雨水无法和外侧管道直接相连。所以在这种情况下则需采用急流槽的形式，每隔一定的长度沿着高速公路边的侧石开口，然后经过浆砌石护坡排入护坡底下的明渠之中。如果高速公路的设计高度和路外地面高度相差不足0.5 m时，则不需要采用急流槽的形式，可以直接让雨水散排，流过浆砌石护坡进入排水明渠。

（5）另外在本次设计中还有道路左右幅的单向坡情况。在这种情况下，高速公路上，采用了在高速公路中央分隔带设置中央流水槽的形式，将雨水集中到流水槽中。然后间隔一定距离设置集水井，并将集水井与路外侧的明渠使用PVC管道进行连接，将雨水再排入明渠之中。高架桥部分出现这种情况的时候，则将立交收水井放置在靠近中心线一侧的墩柱底下，将由墙面通下来的雨水连通管的雨水收集再排入雨水管道。

（6）当遇到路边设计标高低于规划河道高水位的情况时，设计中采用了若干种方案：例如泵站强排措施；例如提高管道标高进入路面结构层，然后采取360°混凝土包管手段；例如，在道路低点设置碎石盲沟，以期在河道高水位时，路面积水能够向路外散排以保证安全，等等。综合未来的管理，维护等因素，最终采用了碎石盲沟的排水方式，这样既能采用重力自排的形式，节约了修建泵站的短期长期投入；并且在高水位时，道路低点的积水能够通过碎石盲沟进行排放，保证了行车安全。

4 总结

道路的排水工程系统对整体交通的影响是非常大的，它既可以保证人们正常的出行生活，同时也是促进经济快速发展的保障，设计方面出现任何的问题都会影响整个系统的运行。本次设计中，因为有了重要城市功能构筑物的原因，排水设计的安全性和景观效果又被提升到一个新的高度。所以在设计中，应该结合客观外界条件和主观的需求进行统一考虑。既要保证其安全性、合理性，同时也要充分考虑人们的视觉效果和综合景观影响。

[1]董欣.市政给排水设计规划要点措施探究[J].科技创新与应用,2014(2):132.

[2]刘毅学.高速公路路面排水分析与设计[D].江苏南京:东南大学,2000.

[3]张杰,李捷,熊必永.城市排水系统新思维[J].给水排水,2002(11):24-26