城市立交道路排水设计分析

何 斐 戴旭东

（1、杭州城市规划设计咨询有限公司，浙江 杭州 310000 2、浙江大学建筑设计研究院市政交通分院，浙江 杭州 310000）

1 前言

城市道路立交作为交通枢纽，对城市交通的正常运营起着重要的作用，立交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。立交排水的主要任务是排除降雨的地面径流水和影响道路功能的地下水。根据立交部位和排水特点不同，立交排水可分为立交区域一般道路路面排水、立交桥面排水、下穿道路路面排水、下穿道路地下水排水以及立交绿化区域排水5个部分。立交排水形式结合当地规划、场地水文地质条件以及立交型式等因素确定，一般采用自流排水、提升排水及先蓄后排。

2 立交排水的重要性

城市的交通是城市经济发展和城市建设中的重要问题，为了解决交通的拥挤和不畅，就需要疏导，避免或减少各种交通工具的交叉，设置道路立交桥是解决这一问题的有效办法。道路立交分道路与道路立交及道路与铁路立交两大类。按交叉的结构形式分上跨式和下挖式立交两种。下挖式立交桥的下层路面最低点标高，一般低于附近地面高程3～6m。道路立交是一项包括有各种专业的综合性工程，它不仅包括道路及桥梁主体工程，还包括有关的配合专业工程，如立交雨水、给水、电力、照明、通信等各种市政管线的综合埋设。道路立交排水是与立交道路密切相关的工程，解决好立交排水问题，关系到交通的正常运行，人民生命财产安全以及立交方案是否经济合理的重要环节。因此，在立交工程中，必须同时解决好立交的排水问题，应当选择经济合理、安全可靠的排水方案，这也是近年来在排水工程设计中，新发展起来的设计课题。

3 立交排水设计方案研究

根据立交各部分排水特点，立交排水应采用不同的设计方案。

3.1 立交区域一般道路路面排水

立交区域内处于原地标高以上的道路路面排水需结合城市排水总体规划，敷设管道排人城市排水系统或单独作为一个系统进行设计。立交区域内一般道路路面排水纳入城市排水系统中，其暴雨重现期的确定除满足城市排水系统要求外，还必须满足立交区域的特定要求，确保立交区域排水达到较高的标准。立交区域内汇水面积的确定，是确定立交排水规模的重要依据之一。由于立交排水标准较高，应尽量避免汇水面积的增加，在条件许可的情况下，将立交周围部分汇水面积划归附近另外排水系统或道路中，以减少立交排水设计流量，降低工程造价。受立交匝道繁杂、纵坡变化较大影响，立交道路雨水的布设不同于一般道路，设计要便于拦截径流，避免立交中标高较低的主线及匝道集水，设计除考虑分散设置雨水口外，在匝道最低点路段增加雨水口集中收水。立交区域排水管道的布设与其它市政管道综合考虑，并避开立交桥墩基础和与其它市政设施.在不能避开时从结构上考虑管道加固、设置柔口或改用铸铁管材等，以解决承载力和不均匀下沉问题。此外，由于立交交通量大，排水管道的维护管理较困难，设计断面宜适当放大。根据杭州实际情况，起点最小断面不小于D=600mm，以下各段设计断面，均应比计算的加大一级。

3.2 立交桥面排水

城市互通式立交存在较多的高架道路，其排水系统主要由雨水进水口、排水立管和地面接收井三部分组成。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，但对立交纵坡较大的高架道路，雨水集中在桥面低洼地带，通过较小的雨水口及排水立管无法及时排除。

3.2.1 纵坡太小对桥面排水的影响

高架道路及立交匝道桥纵坡的大小对桥面排水产生较大的影响。在道路纵坡小于0.3%时，桥面雨水迟滞现象较为严重，雨水不能顺利地往低处流动，此时雨水主要依靠桥面每一个雨水泄水孔排放，因此当立交桥梁纵坡小于0.3%时，每一个雨水泄水孔需承担周围桥面的汇水面积内的雨水流量。在道路纵坡处于大于0.3%、小于2%状况下，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，一部分雨水被雨水泄水孔截流，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匝道桥面雨水泄水孔应采用更有效的截流形式，并在桥面低洼处进行特殊设计，增加雨水泄水孔的数量和尺寸，以便及时排放桥面雨水。

3.2.2 桥面雨水泄水孔的形式和效果分析

从桥面雨水泄水孔型式看有顶向进水、侧向进水及侧顶向组合进水三种方式。

对于顶向进水的雨水口在水量不大、水流未漫过篦栅时进水以跌水为主，在水流漫过篦栅面、有漫篦汇流时进水以孔口人流为主；对于侧面进水的雨水口(如Ⅱ型雨水口)，其流态相当于渠道上的侧堰泄流，但是在局部地方应看作是自由宽顶堰人流；而对于联合式雨水口而言，两者兼而有之，但以顶向进水特性为主。从理论计算方法上来看，侧向式雨水口的Q随H的增加速率大，顶向式雨水口的的Q随H的增加速率小。联合式雨水口的优点之一，就是在充分利用顶向式雨水口大泄水量的同时，在道路允许的一定积水深度的情况下，充分发挥侧向式雨水口的作用来加大对雨水的吞吐量。

3.2.3 排水立管对桥面排水的影响

立交排水立管由于空气阻力等因素的关系，其排水能力受到较大影响。立管中水流呈气液两相的流动状态，其水流运动与许多因素有关，如水量、水质、管壁粗糙度、进水入口的几何特性、水流充满度、立管高度等。其中最主要的因素是立管充满度亦即进水量的太小。

研究表明，要改善排水立管内的流态.加强排水的通行能力，可以有三种方法：增大管径：增加管道粗糙度促使水膜形成；保证立管上下端的通气良好，减少管内气压波动。

从工程设计角度来看，如果排水立管管径太大，不利景观效果，而且从目前已建高架的立管选用管径来看，已经能满足通水要求；如果增加管道粗糙度，则容易造成管道堵塞。工程中最简单可行且经济合理的方法为上述第三种，即保证立管上下端的良好通气条件，在设计中可以在立管与横管交会的上方设置自动通气阀或采用横管通过雨水斗接入立管中等等方法来解决上部的通气问题。

3.2.4 立交桥面排水模型的研究

在桥面道路径流条件相同情况下，桥面低洼路段的雨水量与道路纵坡大小成正比，与雨水口间距成反比，与雨水口排泄能力成反比，即：Q=f(i，l，x)

其中 Q—蛞洼地段雨水流量；i—道路纵坡；I—雨水口间距；r—雨水口形式

式中当桥面道路纵坡较小时，雨水口的型式和间距对桥面的排水起主要作用：而当桥面纵坡较大时，雨水口的型式和间距作用相对减弱，桥面排水主要通过低洼路段来排放。桥面道路纵坡越小、雨水口越便于截水、其设置间距越短，桥面低洼处的汇水量就越小。

3.3 下穿道路路面排水

城市立交中受环境及地形地物影响，部分立交需设置下穿道路及人行地道。

3.3.1 汇水面积的确定

下穿道路的汇水面积影响到立交泵站设置的规模，其汇水面积应合理控制。立交下穿道路在分水岭范围内为立交设计范围，本着"高水高排、低水低排"的原则，将高于系统雨水管道部分路段的路面排水汇入排水系统中，而对进入低洼路段的雨水则汇入排水泵站中。

3.3.2 暴雨重现期的确定

立交下穿道雨水流量及暴雨重现期的确定需根据下穿道的等级和作用而确定暴雨重现期，为保证立交的交通畅通和整体发挥作用，暴雨重现期选用各条道路中等级最高的标准。

3.3.3 路面排水形式

立交下穿道一般道路纵坡较大，路面排水宜采用坡道截流，低洼路段集中排水的原则，确保下穿道低洼路段不存在积水现象。

3.4 立交绿化区域排水

立交绿化区域面积较大，在雨量较大情况下将会出现积水，并且会影响到道路正常的交通，因此立交绿化区域内的排水必须纳入立交排水系统中去。立交绿化区域内可采用明渠或管道汇集雨水，并且可以与匝道排水结合起来，纳入立交排水系统中。

4 结语

立交道路排水在整个立交工程设计中，所占比重较小，但它的作用是不可低估的，它对道路交通的正常运行和人民生命安全都至关重要，必须引起设计和建设部门的高度重视，同时应选择经济合理、安全可靠的排水方案。以上是笔者结合实际工程的设计经验体会，提出自己的浅见，不妥之处，请批评指正。