基于雨水管理的下凹桥区道路工程设计研究

马莉

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

基于雨水管理的下凹桥区道路工程设计研究

马莉

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京市 100082）

收集北京市四环路内全部采用强制排水下凹式立交桥的设计资料，从下凹式立交占比、下凹式立交相关道路的路网功能、立交选型及平面布置、纵断面、横断面等方面，对设计资料进行整理和统计，定性分析设计指标对雨水管理的影响，提出基于雨水管理的下凹式立交设计需额外考虑的影响因素及应对措施。

下凹式立交；立交设计；雨水管理；立交特点

0　引言

北京城区土地使用强度的增加，导致城区地面绝大部分被不透水的建筑物和路面所覆盖，雨水排除需求逐年增加。另外由于近年来气候的变化，北京面临局地性、短历时、高强度暴雨发生的频率呈增加的态势。一系列不利因素，导致北京近年来内涝严重，影响了城市的正常运转。而城市道路内涝最严重的位置一般为下凹式立交桥区，故本文从现有下凹桥区道路工程特点入手，以利于雨水控制及排除的角度，针对性研究道路设计中各技术指标参数的应用情况。

1　综述

北京市四环内立交桥共计219座，其中道路与道路立交173座，道路与铁路立交46座。下凹式立交共计56座，其中道路与道路立交33座，道路与铁路立交23座。

统计可知，下凹式立交应用广泛，占比较大，为25.57%；铁路与城市道路立体交叉，更容易形成下凹立交（50%的城市道路与铁路立体交叉采用下凹式方案）。

综合分析，选择下凹立交方案的主要原因如下：（1）景观需要：地面层为人流量较大的广场等，道路采用下穿形式，形成较好的视觉感受；（2）经济因素：采用下凹立交节省造价；（3）功能需求：下穿道路与周边建筑地下停车场衔接，方便出行；（4）地面层为铁路，选择上跨铁路不能满足周边衔接需要。故下凹立交将在今后的城市道路建设中长期存在。

2　路网功能分析

通过立交道路等级确定道路在路网中的功能，进而对其特点进行分析。

2.1道路等级统计

对56座下凹式立交的相关道路进行统计，具体见表1。

表1　上跨及下穿道路等级分类统计表

2.2分析

（1）下凹立交主要用于快速路节点

快速路系统需满足连续通行的条件，相交道路均需采用立交形式。实际工程中在建设条件受限的情况下，会采用下凹式立交。

（2）下凹道路等级较高

分类统计，主干路以上的下凹道路占总量的76.78%，由于高等级道路是城市路网的交通骨架，做好其雨水管理，对保障人民生命财产安全、维护全市交通系统正常运营至关重要。

（3）铁路上跨城市道路

当铁路与城市道路形成下凹立交时，北京市所有铁路均上跨城市道路，城市道路包含了全部的道路等级，分析原因如下：（1）北京市铁路的建成年代早，考虑当时其对周围环境影响、造价及技术特点等因素，较少采用高架或地下形式；（2）随着城市建设的发展及铁路运力的增加，城市道路与铁路交叉改建为立体交叉形式；（3）由于铁路需求净空高、线形要求严苛等特点，改建立交时进行经济分析后，大多选用了下凹式立交的形式。

3　平面总体布置

由立交类型看平面总体布置，立交选型主要参照节点的交通转换功能及转换量需求，满足要求的立交平面布置方案中，不同的方案占地面积不同，形成下凹桥区后雨水的排除需求差别也较大。

3.1立交类型统计

对56座下凹式立交的形式进行统计，具体见表2。

表2　立交形式统计表

3.2分析

总体上，下凹式立交桥涵盖了城市常用立交类型。其中简易立交（包含分离式立交及菱形立交）占比较大，为60.71%，是下凹式立交的主要形式。简易立交平面布置简单，所占面积较小，相对于其它立交类型，更加有利于雨水管理。

从立交类别来看，立B类占比最大，为53.57%，均为城市道路与城市道路相交；立C类其次为41.07%，均为铁路与城市道路相交。该两类立交占总数的94.64%，是下凹式立交桥中最重要的类型。立A2类大型互通立交数量很少，此类立交一般不易形成下凹桥区，需具体问题具体分析。

4　纵断面

竖向高差是下凹式立交形成积水的根本原因，故竖向方案对雨水管理的影响最直接。纵断面主要的控制因素为坡度、坡长和坡差，三者相互关联，其取值将不同程度的影响立交的汇水面积。

4.1指标统计

对49座下凹式立交的96条下穿道路纵坡进行统计，获得192处坡长、平均坡度及坡差数据，分类统计见图1～图4。

图1　平均纵坡度分布图

图2　平均纵坡长分布图

图3　不同行车速度下的平均总坡长分布图

图4　坡差分布图

进一步对下凹道路净空进行统计，均符合规范要求，即主路净空均大于4.5 m，允许各种机动车通行；辅路净空均大于3.5 m（部分大于4.5 m），允许小客车通行。

4.2分析

（1）纵坡度

从平均坡度的绝对值看，大部分均在4%以下，总体集中在1.5%～3.5%之间，占道路总数的88.5%，其中又以2.5%左右的坡度最为普遍，约占总数的43%；小于2%的纵坡度约占总数的36%。

过小的坡度不利于雨水的排除，在净高相同的前提下，纵坡越小，道路范围内的汇水面积就越大，从而增加排水需求。

（2）纵坡长

从坡长总体分布看，下穿道路坡长主要集中在100～400 m范围内，占总数量约达80%。其中200～300 m最多，占总数量约40%。

从不同设计速度的坡长统计分布看，下穿道路等级越高，相应坡长越长，分布区间也越广。快速路（对应设计车速80～100 km/h以上）由于线型标准较高，坡长分布的区间最广（100～1 400 m），坡长总体也最长。主干路（对应车速40～60 km/h）的坡长范围小一些（100～700 m），次干路及支路等30 km/h以下的道路，相应坡长在较小的范围内。

（3）坡差

由统计结果看，实际道路的坡差在一个较大范围内变动，其中大于6.5 m的坡差很多，其中最大处甚至达到21.29 m（莲花桥）。过高的坡差易形成长距离下坡地段，导致汇水面积急剧增加，对排水相当不利，在纵向规划及纵断面设计中应引起足够重视。

5　横断面

对56座下凹式立交的下凹道路横断面形式、道路等级及车道数进行了统计。

5.1分离式立交

城市道路下穿铁路（分离式立交）时，城市道路路幅与路段相同，基本上都采取主辅路（或机非分离）的横断面布置型式。

对主辅路高差进行统计，73.7%的下凹主辅路存在高差，且高差位于0.8～1.8 m之间。

5.2其它立交

城市道路立交中，下穿道路采用主辅路形式的情况在各立交形式中普遍存在，占总数的45.45%。

对主辅路高差进行统计，66.67%的下凹主辅路存在高差，其中莲花桥主辅路高差最大为2.2m，其它均在0.5～1.6 m之间。

5.3分析

下凹道路采用主辅路形式且主辅路之间存在高差（主路允许各种车辆通行，辅路允许小客车通行），有如下优点：（1）为立B类立交时，转向车流对主路影响较小，可保证主路通行能力；（2）辅路净空较低，可部分降低工程投资；（3）从排涝方面看，主辅路高差形式横断面安全系数更高，当主路发生积水情况时，辅路可短时间内起到紧急疏导交通的作用，为积水期间应急交通组织提供有利条件。

菱形立交的匝道系统与相交路平交，其下穿部分一般不设辅路，但其匝道系统亦可承担临时交通导流的作用。

6　设计对策

城市道路设计阶段相关技术指标的选取是排水系统设计的基础，合理选择指标将有利于雨水管理及风险控制。

6.1立交选型及平面设计

立交选型及平面布置，基本决定汇水面积的大小，由此直接影响到雨水排除需求，设计阶段减小汇水面积较易于实现。

简易立交平面布置简单，所占面积一般较小，立交范围内雨水排除需求量相对较少，是利于雨水管理的立交型式。在满足交通需求的情况下，下凹立交选型宜首先考虑该型式。

对于选定的立交型式，场地设计时应增加控制汇水面积的环节，必要时采用一定的工程措施，以减少汇水面积，或考虑分散汇水面积。

此外，由于复杂立交系统的积水风险相对较大，在设计中，应尽量避免匝道下穿多条其它道路，形成长距离下穿段。

6.2交通组织

交通组织对应急期间的交通保障能力有着直接影响。从利于排水的角度考虑，方案设计时应根据不同立交型式，对交通组织进行优化。（1）城区内分离式立交主要为铁路交叉口，应考虑利用路网设置绕行线路，替代积水中断的直行交通，保障路网系统的通达性；（2）菱形、环形立交应尽量将平交部分置于上层。当平交部分畅通时，各个交通转向都是畅通的，通达性好；（3）苜蓿叶立交的下凹道路宜设置辅路系统，辅路系统与匝道系统衔接，可为积水期间的各转向交通提供基本保障。

6.3纵断面

工程应用中，下凹道路纵断面仍需以满足工程造价、景观及行车舒适性等基础，但如果能兼顾雨水管理与控制，可有效降低桥区积水风险。（1）从减少排水压力的角度考虑，纵断面设计中应考虑提升上跨层高程、减少结构厚、消除富余净空及两侧用地高程局部调整等工程措施；（2）在设计时，宜选择较大的坡度，缩短坡长。另外可在同向纵坡度之间设置反坡段，形成“分水岭”式的线型，以较小的工程代价，高效控制汇水面积（同时可以控制客水的汇流方向），不但有利于减少下凹桥区路面排水的压力，也为管线高水系统及低水系统的设置提供便利条件；（3）不同纵坡宜选用不同的配套排水设施。当坡度较大时，应考虑增加路中截

（4）专题衡量河道交叉口的桥梁规划是否合理。

3.3.2解决多学科综合问题

城市桥梁规划是解决多学科的综合问题，要及时征求相关学科的意见，进行统筹与协调。同时，除了听取主管单位和实施部门的意见外，还很有必要通过网络及座谈会等不同形式吸收相关单位和市民意见，并将合理意见反映进规划内容。

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6.4横断面

（1）下凹道路宜布置为主辅路且辅路高位运行的形式，辅路可为应急期间的交通畅通及应急救援带来便利条件；（2）现况辅路系统大多较窄，应对突发事件时的支撑条件较差。建议辅路横断面选择单向布设两车道及以上方案，对于仅存在非机动车系统的，宜考虑增大非机动车道及人行道的净空，便于应急期间车辆通行；（3）宜采取工程措施如减小辅路部分结构厚度等，抬高辅路高程，为应急措施争取时间，增加一道应急防线。

U412.35+2

B

1009-7716（2016）02-0060-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.015

2015-11-02

马莉（1982-），女，山东潍坊人，工程师，从事道路设计与研究工作。