东莞市人民北立交雨水泵站设计及相关分析

2011-04-14张卿

山西建筑 2011年8期

张卿

随着我国经济建设的飞速发展,城市的交通已经成为城市经济发展和城市建设中的重要问题。为缓解城市道路网络日益紧张的状况以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 3m～6m。

滨海大道为东莞市虎门镇南北向干线性城市主干道,纵贯虎门中心区、新湾两大板块,是虎门镇新规划的城市中轴线。人民北路立交地势低洼,为避免人民北路周边雨水进入下穿通道,雨水采用高水高排,低水低排。下穿通道内雨水及周边低洼地块的雨水,采用泵站抽排。本文主要讨论东莞市滨海大道人民北立交的雨水泵站设计。

1 立交排水水量的计算

雨水量计算公式[1]:

其中,Q为雨水设计流量,L/s;φ为径流系数,根据地面铺设种类确定,一般φ=0.7～0.9;q为设计暴雨强度,L/s◦104m2;F为汇水面积,hm2。q值根据各地区暴雨强度公式,由设计重现期P(年)及集水时间t(min)两个参数确定。P与t值的选定与一般雨水量计算有所不同。P值选择高于一般道路排水标准,根据工程的重要性、道路等级以及地形特点而定。t值系指自汇水面积的最远端,流至道路最低点的时间,不计管内流行时间,根据规范t值选用5min～10min[2]。

1.1 综合径流系数ψ的取值

降水量一部分下渗,一部分消耗与蒸发,其余部分则形成地面径流。径流系数ψ是一定汇水面积内地面径流水量与降雨量的比值,是小于 1的无量纲参数。混凝土及沥青路面 ψ按 0.85～0.95取值,绿地取值 0.15,非铺砌路面取值 0.30,综合径流系数按地面种类加权平均计算。需要特别指出的是,对于一些下穿立交,为美化景观设置了绿化分隔带,植树或植草,但这些泵站服务范围内的绿地由于下渗渠道的不畅,降水基本形成径流,如果仍按绿地性质进行加权计算显然是不合理的。

本工程滨海大道上跨人民北路,人民北路的地势低洼,且滨海大道周边的RA,RB,RC,RD匝道纵坡很陡,雨水汇入人民北路通道里,根据道路平面图,大部分是机动车道,绿化带占少数,故综合径流系数ψ取 0.90。

1.2 设计暴雨重现期P的取值

下穿立交因整个雨水排水系统较周围环境要低,需重点考虑排水的安全性,国家现行规范[1]规定:雨水管渠设计重现期,应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。下穿立交暴雨设计重现期不小于 3年,重要区域标准可适当提高,同一立体交叉工程的不同部位可采用不同的重现期。一般城市次干道采用 3年～5年,城市主干道采用 5年～10年。如上海五洲大道张杨北路下立交采用 5年,上海中环线地道采用 10年,地铁及越江隧道敞开段设计暴雨重现期为 50年,重现期 10年与 5年的计算暴雨量相差 15%～25%。鉴于本地道下穿广深高速公路和滨海大道,且滨海大道上方还有一层常虎高速新联支线,该路段属于滨海大道重要的交通节点,故适当提高标准,采用 P=5年计算, P=10年校核。

1.3 地面集水时间t1的取值

地面集水时间t1与坡长L、地面坡度i、地面粗糙度n等有关。地道一般取5m in～10 min,实际上由于地道坡度大(一般引道3%～8%,下穿涵洞0.3%～0.5%),坡长较短(100m～300m),t1常常小于 5m in。鉴于地道设计千差万别,坡度、坡长均各不相同,笔者认为最好通过计算确定,计算公式可参照现行 JTJ 018-1997公路排水设计规范 3.0.4公式:

1.4 汇水面积的划分

在道路设计中应尽量避免过多的将周边支路直接入立交部分,或者支路在接入干路之前设置反坡,防止立交范围以外的雨水流入立交低点。同时将挡墙顶加高,高出地面 0.3 m～0.5m[3]。另外由于国家没有相应的规范控制道路支线接入道路立交部分设计,所以立交泵站排水设计过程中应对这部分支路未知量有充分的估计,并应对业主和道路设计提出相关的建议。

以东莞滨海大道人民北立交的实际工程为例,以 RA,RB, RC,RD匝道及人民北路的变坡点作为汇水面积的分界点,该立交形式犹如倒置的雨伞,伞底是人民北路立交最低点,而四条匝道犹如伞架,雨水沿着匝道汇入人民北路,然后进入雨水泵站。虽在RA等四条匝道已增设相应的雨水设施,截留部分雨水,但出于安全考虑,汇水面积是从匝道的变坡点划分,若雨水口或者雨水系统堵塞,雨水直接进入立交通道,雨水泵站的规模适当偏大些。故地块汇水面积为6.58 ha,挡土墙面积为 0.158 6 ha,总汇水面积为6.74 ha。

立交范围外地块的排水系统尚在完善中,本次汇水面积没有计入常虎高速新联支线地块汇水面积。该地块的排水通过增设排水设施,调整场地竖向或调整排水沟走向,进行有组织排放。且该方案已经报给业主及常虎高速管理处,周边地块的排水必须按照本排水方案图,将该地块的雨水引入道路西侧的排水箱涵,严禁进入立交抽升排水系统。

2 收水形式的探讨

一般情况下,下穿立交雨水泵站的收水形式有 3种:

1)在立交地道的进出口处设置横截沟,为加强阻水效果,还可在驼峰外加设2道横截沟。该方式收水效果最为有效,但由于下穿立交纵坡较大,行车速度较快,横截沟损坏、雨水箅子断裂等现象经常发生,车速快时甚至会带起雨水箅子,严重影响行车安全[4]。2)在路面层较厚情况下,部分下穿立交可在道路两侧利用路面层设排水沟,上设雨水箅子,或在沟壁设置立式雨水格栅,这种形式结构简单、布置美观,缺点是在道路最低点受竖曲线的影响,边沟纵坡急剧变小,过水能力同样减少,存在淤积及排水能力不足的现象。3)布设雨水口,此种方式最为广泛。但雨水口易受树叶、垃圾等杂物的阻塞,在布置雨水口时,应考虑一定的堵塞系数,建议按 0.5～0.8取值。具体采用何种收水形式,应根据工程特点因地制宜合理采用。

本工程人民北路的雨水系统是采用在道路两侧做边沟形式,最终汇入最低点,在道路纵坡减小的地方将雨水边沟加大,增大过水断面。

3 立交雨水泵站设计

3.1 立交雨水泵站的平面位置及组成

由于工程所在位置绿化带里同时布置有500 kV的高压铁塔,铁塔不能移位,并且按电力设计规程,铁塔的基础边缘要离高速公路边缘保证 15m的安全距离。因此用地受到限制,泵站布置比较紧凑。本项目泵站布置分为:格栅间、集水池、泵房间、出水箱涵、变配电间、附属值班室等。

3.2 立交雨水泵站的工艺流程

进水箱涵→格栅间→泵房→4m×2.6m出水箱涵→2.5m× 1.5m出水箱涵→下游排洪渠。

3.3 泵房间

对于立交排水标准要求高的地区或排水范围比较大,雨水设计流量变化大时,设计时可配置不同规格的水泵,大小搭配;也可采用变频调速装置或叶片可调式水泵。本设计雨水泵房一座,为半地下式,泵站的设计标高是以室内地坪标高 8.30m,采用的是同型号的四台潜污泵,主要技术参数:Q=3 960m3/h,H=12 m, N=185 kW。由于受地方所限,没有增设备用泵。

3.4 出水箱涵

出水井一般设计为半开敞式或开敞式的渠道,主要是避免密闭式的出水渠道在水泵骤停或启动时对下游排水管道的冲击,同时保护出水管道上设置的止回阀或闸阀等防倒流设施,避免对泵、电机和管路的破坏,延长设备使用寿命。本工程出水箱涵为4.0m×2.6m,具体见图1,类似于压力释放井,增设了 0.5m的水垫,水泵的出入管出水在箱涵里进行消能后,然后进入下游出水箱涵。