黄土丘陵区市政道路排水工程设计优化

姜 晋 波

(太原市城市规划设计研究院，山西 太原 030002)

黄土丘陵区市政道路排水工程设计优化

姜 晋 波

(太原市城市规划设计研究院，山西 太原 030002)

以太原市王家峰市政道路排水工程为例，针对该项目兼具大坡度与湿陷性黄土的特点，从纵坡段雨水收集效果改善和湿陷性场地雨水入渗控制两方面，探讨了道路排水的优化设计方案，为道路的安全运营提供了保障。

道路排水工程，雨水口，泄水能力，检查井

太原市东山地区地处太原市东扩南进的重要区位，适应经济发展需求，东山地区的配套市政排水工程陆续实施。由于东山地区地貌单元为太原东山黄土丘陵区，兼具大坡度与湿陷性黄土的特点，本文以太原市王家峰市政道路排水工程为例，分析设计中遇到的问题，总结设计经验，以期对同类排水工程设计具有一定参考意义。

1 纵坡段雨水收集效果改善

1.1 存在问题

拟建场地整体地势较高，高差较大，当发生超标降雨时，场地雨水以坡面漫流形式快速排至下游地势较低区域，而下游排水不及时极易引发内涝，形成上游地块开发与城市道路新建加剧下游内涝风险的现象。

1.2 一般措施

规范[1]规定“当道路纵坡大于0.02时，雨水口的间距可大于50 m，其形式、数量和布置应根据具体情况和计算确定。坡段较短时可在最低点处集中收水，其雨水口的数量或面积应适当增加”。可以理解为纵坡较大路段一般增大雨水口间距并在道路凹形竖曲线底部设置横向截水沟截流路面雨水，但雨水口的位置、形式、泄流能力等并不明确，需要设计人员根据设计经验自行揣摩。

1.3 纵坡段雨水设计要点

1)雨水口间距。

以本项目为例，东西向道路红线宽度30 m，道路纵坡介于2.6%～4.0%之间，坡长约900 m，远远超过了规范建议的300 m坡长，因此不宜照搬规范增大雨水口间距。

首先，纵坡段雨水口汇水面积不随纵坡改变。路面雨水受道路综合坡度作用，水流方向仍然是向道路两侧流行，随着纵坡增大，沿道路纵坡方向流行更远的距离方可流至路侧雨水口。根据公式9.1.4[2]，地表粗度系数s相同时，坡面流行距离Lp与坡度ip成正比。进一步简化路拱横坡为2.0%，当道路纵坡不大于4.0%时，路面雨水从道路中心线处流至路侧雨水口只需要沿纵坡方向流行不超过沿横坡方向的2倍距离即可。理论上，除首尾两个雨水口外，其余雨水口的汇水范围均为平行四边形，并且随着道路纵坡增大，平行四边形随之拉伸，但面积不变，即汇水面积不变。

其次，雨水口的最大理论间距随道路红线宽度改变。纵坡段雨水口不易出现承压状态，因此雨水口和雨水连接管流量不需要采用雨水管渠设计重现期设计流量的1.5倍～3倍计算[1]，但考虑到实际中平箅雨水口易被路面垃圾和杂物堵塞，设计中考虑50%箅面被堵塞。以30 m市政路为例，根据图集[3]中各类雨水口的理论泄水能力和太原市暴雨强度公式反推雨水口汇水面积，见表1。

表1 太原市市政道路(30 m)雨水口汇水面积及间距表

根据表1，本项目选用双箅式偏沟式雨水口，控制雨水口间距不大于50 m，这也与规范值建议的雨水口间距宜为25 m～50 m相吻合。

必须提到的是，为了减少地块内部无组织雨水通过出入口漫流至市政道路，出现因市政道路雨水口实际汇水面积增大导致路面雨水排除不及时的现象，我们基于本次道路建设和地块开发为同一个业主的前提，在设计阶段提出了小区雨水不漫流至市政道路的原则。

最后，结合道路汇水点、人行横道上游、沿街单位出入口上游、靠地面径流的街坊或庭院的出水口等对雨水口间距进行调整。

2)雨水口布置形式。

项目设计按路面雨水主要通过偏沟式雨水口收集排除，已知雨水口的长度、宽度以及箅条形式对雨水收集效率影响很大，分析纵坡段雨水口收水效果不佳的原因：a.纵坡越大，地表雨水流速越大，水越容易超越雨水口流向下游；b.雨量越大，流经雨水口宽度范围内的水量越少，更多的雨水流经雨水口宽度范围外，并会同下方的径流流向下一个雨水口。

第一,雨水口的箅条平行于水流方向布置更利于雨水收集。

图集[3]雨水口的箅条布置分为顺条和横条两种，由设计者选择使用，其泄水能力及承载能力相同。设计人员往往忽略该条，并未明确雨水箅子采用顺条还是横条。而根据试验[4]，模拟沥青混凝土路面当道路纵坡从3.0%变到4.0%，尽管模型实测结果表明不同的纵坡其水深有所不同，但在相同栅条角度情况下，区分度不大。当雨水箅子的开孔与迎水流方向夹角为0°,30°,45°,90°，不同栅条角度对收水流量的影响较为显著，且在相同水深情况下，栅条角度越大，收水流量越小。本项目明确雨水口的箅条平行于水流方向布置。

第二,雨水口最小有效长度与纵坡段雨水口过水能力密切相关。

规范[2]假设纵坡坡段上，只要孔口净长度足够长，路面雨水就能自由落入，从而保证格栅的泄水效率。两年一遇降雨下箅前流量Q=18.71 L/s，泄流能力按公式9.2.4-1[2]计算，过水断面为浅三角形沟，过水断面水深h=29 mm，由公式9.3.4[2]确定格栅孔口所需的最小净长度Lg=165 mm。以B×H=450 mm×700 mm球墨铸铁雨水口箅子为例，孔口净长度为654 mm，远大于孔口最小净长度Lg=165 mm，即使考虑50%箅面被堵塞，采用偏沟式双箅雨水口也是偏安全的。

第三,通过精细施工提高雨水截流量。

路面雨水流至车行道边缘后形成三角形过水断面，雨量越大，断面越宽，越过雨水口流向下一个雨水口的流量越大，由于雨水口箅面宽度固定，无法通过增加雨水口宽度增大截流量。本次设计箅前流量Q=18.71 L/s且道路横坡为0.02时对应的水面宽1 450 mm，而雨水箅子的宽度仅450 mm，约有47.5%的雨水流经雨水口宽度范围外，并会同下方的径流流向下一个雨水口，则下一个雨水口的箅前流量即为上游一个箅子的未拦截水量叠加当前箅子的拦截水量，水量基本等同于18.71 L/s。因此在一定箅前流量下，提高纵坡段雨水拦截效率的方法不是采用双箅代替单箅，而是沿水面宽度增加拦截面。通过雨水口井圈周围的路面局部下凹不仅能保证雨水口箅面低于路面，使雨水顺畅流入，同时也加大了雨水截流量，因此施工单位应严格按照图集要求施作雨水口井圈周围的路面局部下凹。

2 湿陷性场地雨水入渗控制

2.1 存在问题

场地土存在Ⅱ级自重湿陷，雨水入渗会引发路面开裂、塌陷，进而对路侧挡土墙甚至地块内楼座产生威胁。雨水入渗途径一是从检查井、管道内部向外部渗水，二是通过路面裂缝向路基渗水。

2.2 一般措施

湿陷性黄土地区排水工程设计应严格按照相关规范、规程和图集的要求，对管道和检查井的地基处理、沟槽回填，以及检查井与管道接口密封衔接进行处理，基本可以消除其湿陷性，避免不均匀沉降引起的从检查井、管道内部向外部渗水现象。

路面裂缝是道路常见的病害，在道路设计和施工阶段已对其有深入研究，而需要排水专业特别注意的是检查井不均匀沉降与车轮的冲击负荷破坏井周沥青路面引起开裂。一般通过控制回填土质量和规范施工等措施避免检查井不均匀沉降，并且在设计阶段避免将检查井布设在机动车道上，但是当道路红线范围内管道位置紧张时，不可避免的要将检查井布置在机动车道内，需要对检查井回填和井圈加固特殊处理。

2.3 湿陷性场地雨水入渗控制设计要点

1)高流速管段采取防护措施避免结构损坏引起渗水。

本项目道路纵坡较大，管道流速较快，需要采取必要的防冲刷措施，防止因管道或检查井强度不足而破裂造成安全隐患。本次设计中雨水管道流速大于5 m/s时，要求该段钢筋混凝土承插口管管体混凝土强度达到C50，敷设管道承口逆水流方向布置，同时检查井采用高流槽，槽顶高于上游管道管顶200 mm，避免雨水冲刷井壁。

2)井周加固避免不均匀沉降。

本项目位于车行道下的检查井均采取井周加固措施，并采用具有防盗、防沉降、防响动功能的“三防井盖”。井周采用8%灰土回填，回填宽度不小于50 cm，压实度不小于95%，道路结构层内反开挖后采用C15混凝土浇筑，并采用预埋螺栓紧固井座至混凝土井圈。

[1] GB 50014—2006，室外排水设计规范[S].

[2] JTG/T D33—2012，公路排水设计规范[S].

[3] 中国建筑标准设计研究院.给水排水标准图集[M].北京：中国计划出版社，2007.

[4] 李 鹏.雨水箅子水力特性研究[J].城市道桥与防洪，2014(18)：125-126.

On design optimization of drainage projects of municipal roads in loess hill regions

Jiang Jinbo

(TaiyuanUrbanPlanningandDesignInstitute,Taiyuan030002,China)

Taking the drainage project of Wangjiafeng municipal road in Taiyuan as the example, the paper analyzes the features of the loess of the program with big slopes and collapsible loess, and explores the optimal design scheme of the road drainage from the improvement of the rainwater collection of longitudinal slopes and rainwater leakage control of collapsible sites, so as to provide some guarantee for the safety operation of the roads.

road drainage project, rainwater entrance, drainage capacity, checking well

1009-6825(2017)01-0147-03

2016-10-26

姜晋波(1985- )，男，工程师

TU992

A