城市立交道路排水系统设计

张波

北京荆楚文化产业发展有限公司 北京市 100089

摘要

立交道路排水方式主要分为自流排水、调蓄排水和泵站抽升排水三种。当下游水体水位高于立交道路最低设计路面高程时，需采用泵站抽升排水，其设计原则为高水高排，低水低排，两系统互不连通，并且根据不同形式的立交系统，布置合理高效的排水系统，保证道路交通运转正常。

在道路立交系统设计时，应尽量减少需抽升排水的道路汇水面积，节约泵站投资和运行管理费用。做到既能将雨水安全有效的排除，同时又能够最大限度的节约能源。

在介绍相关排水系统的同时，着重分析立交排水系统的设计原则及方法。为城市立交排水系统设计提供参考。

关键词： 道路立交系统，立交排水，设计

一、城市立交道路排水特点

随着国家经济的飞速发展，城市道路系统的交通压力亦与日俱增。为了缓解压力，完善道路交通系统，避免或缓解由各种交通工具因平面交叉所带来的负面影响，大量的立体交叉桥应运而生。但是大量立交桥的修建，在缓解了交通压力的同时，也增加了排水工程的设计难度，排水系统也由原来单一的地面道路排水形式扩展为地面道路排水和立交道路排水。

立交工程中，道路的最低点往往比周围干道低，形成盆地，加以两侧道路纵坡很大，立交区域范围内的雨水径流很快就汇集至立交最低点，极易造成严重的积水，若不及时排除雨水，便会影响交通，甚至造成事故。

二、立交排水方式

城市道路立交系统按交叉的结构形式分为上跨式和下穿式立交桥两种。下穿式立交桥的下层路面最低点标高，一般低于附近地面高程5 -10米。根据立交道路主要由下游受纳水体的高程或水位控制，一般分为重力自流排水、调蓄排水和泵站抽升排水三种。

1.重力自流排水

在城市立交系统附近有市政排水管道或天然水体，且道路设计最低路面高程高于市政排水管渠或天然水体，排水出路畅通无阻碍的，该立交的排水系统可采用自流排水方式。

自流排水系统设计与常规道路排水系统设计相同，通过雨水口、雨水管道收集转输雨水，排放至下游受纳水体。自流排水无需专职管理人员，无能源消耗，是最经济的排水方式。因此，在进行立交排水方案设计时，应在总体排水规划允许的范围内，力争自流排出。

2.调蓄排水

当降雨洪峰时，如水体（或干管）水位高于立交路面最低点，可将不能自流排除的流量暂时引入调蓄池贮存，错开历时较短的洪峰，待水体（或干管）水位回落，再自流排除。

调蓄排水受很多条件制约，只有满足汇水面积较小，蓄水量不大；立交范围内有布置蓄水池的适宜位置；与市政管道无大的交叉矛盾；只需修建较短的出水管，即可在洪峰过后将蓄水池放空等条件时，方可采用。

3.泵站抽升排水

在下穿式立交系统内，道路设计最低路面高程低于附近排水管道或天然水体，立交范围内的雨水汇流至桥下低点，无法满足自流排除时，同时又无条件修件蓄水池（或修建蓄水池经济上不合理），需要采用抽升排水的方式排除立交范围内的雨水，从而避免造成积水。

当地下水位高于立交地面时，地下水位的降低应一并考虑，防止地下水侵蚀桥梁基础。

三、 立交排水设计

1.设计依据

（1）《室外排水设计规范》GB50014-2006（2016年版）

（2）《泵站设计规范》GB50265-2010

（3）《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002

（4）《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008

（5）《给水排水设计手册》第5册《城镇排水》（第二版）

（6）排水规划（其中包含立交工程区域的防洪标准、管道设计标准、下游受纳系统出路）

（7）道路立交设计施工图

（8）工程地区的地形资料，地质勘察报告

2.设计原则

（1）根据地形条件，结合排水专项规划，妥善解决区内部排水与外部的衔接，做到区域排水服从整体规划；

（2）充分考虑现状，尽量利用和发挥原有排水设施的作用，使规划排水系统与现状排水系统合理地有机结合；

（3）高水高排，低水低排，尽量减少排水管的埋深，减少泵站规模，控制工程投资；

（4）根据项目分期实施情况，提出近期和远期建设要求；

（5）与给水、防洪、道路、竖向、环境保护等其他专业规划相协调。

3.设计要点

（1）雨水流量计算

雨水设计流量根据暴雨强度公式确定，按下式计算：

Q＝ψ × q × F

式中 Q ――雨水设计流量（l/s）

ψ――综合径流系数；

F ――汇水面积（ha）；

q ――设计暴雨强度（l/s·ha）。

其中：

式中 P――设计重现期（a）；

t――降雨历时（min）；

其中：t＝t₁＋m × t₂

式中 t₁――地面集水时间（min）；

m ――折减系数，暗渠采用m＝2；

t₂――管渠内雨水流行时间（min）。

根据室外排水设计规范要求，立体交叉道路排水系统的设计，雨水管渠设计重现期不应小于10年；位于中心城区的重要地区，设计重现期应为20-30年。

按照各种屋面、混凝土或沥青路面径流系数取0.9，绿地径流系数取0.2计算，一般区域雨水综合径流系数采用0.7，立交范围采用0.8-1.0。

地面集水时间t₁为5～10min。

（2）管道水力计算

流量公式： Q ＝ A × V

其中： Q－－ 流量（m³/s）

A－－ 水流有效断面面积（m²）

V－－ 流速（m/s）

流速公式： V ＝ 曼宁（Manning）公式

其中： V－－ 流速（m/s）

n－－ 粗糙系数

R－－ 水力半径（m）

I－－ 水力坡降

最小设计流速：雨水管在满流时最小设计流速为0.75m/s。

最大设计流速：非金属管道为5.0m/s。

（3）雨水口设计

一般道路排水系统，沿道路每25～30m设置一组雨水口，低点处设置多篦雨水口。由于立交道路纵坡较大，造成雨水的地面径流流速较快，在坡道上设置雨水口，截水效果并不理想，所以一般采取在立交最低点处设置多篦雨水口来收集雨水，就近排入泵站集水池。当道路纵坡较缓时，可适当在坡道上布置雨水口以减轻雨水大量集中汇于道路低点处，但是并不折减道路低点雨水口数量。多篦雨水口一般沿道路纵坡方向对称布置于道路两侧的低点处，道路低点雨水口数量应按汇集到低点的雨水量计算，每个雨水口的泄水能力按15l/s计算。雨水口泄水量总和应稍大于设计雨水量。

（4）泵站设计

雨水泵站的作用是及时排除收集的雨水，一般由集水池（格栅间）机器间、出水井等组成，泵站位置应建于距离立交最低点尽可能近的地点，使雨水以最短的时间排入泵站，使管线最短，泵站挖方最小，从而达到节约能源和投资的效果。

四、其他相关问题

1.防止下穿式立交客水倒灌

排水系统设计过程中应与道路桥梁专业密切配合，在道路专业方案设计时，应明确在立交起终点处设置变坡高点，立交范围内避免设置路口，防止本可自流排除的雨水进入抽升排水的范围，增加抽升的汇水面积，加大泵站压力，一旦雨水流量超出泵站设计能力，则会引发事故。

2.防止其它管线穿越立交范围

其它市政管线纵向穿越立交道路时应尽可能绕出下穿地段，防止由于雨水排除不顺畅，所导致的雨水倒灌到其它市政管线检查井内，造成事故的情况。

结 论

随着城市高速发展，立交排水已经愈来愈成为一项专门的工程技术而得到有关人员的关注，并且在立交道路整体的配套设计中，已经成为重要的组成部分。立交排水设计的是否合理，可直接影响到日后立交桥的使用情况。本文总结了城市道路立交排水的特点与方式，在设计工作中坚持严谨的科学态度才能确保设计质量，使城市道路立交排水工程设计能够更好的满足经济、合理、适用的要求。

参考文献

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