广州市某公路市政化改造中排水工程设计与研究

张昶凯，张雨飞

（1、广州市市政工程设计研究总院有限公司 广州510060；2、广州市交通设计研究院有限公司 广州510060）

随着我国城市化进程有序推进，一些城市公路亟需市政化改造，提供与城市需求相匹配的市政配套服务［1］。同时，市政排水系统作为重要的配套设施，与城市的建筑物布置和排水管道布置密切相关［2］，更须因地制宜制定改造方案。

1 项目概况

广州市花都区某公路市政化改造工程位于广州市花都区花东镇，路线总体为东西走向，起点与机场高速北延线花山立交相交，之后路线沿花都大道向东，经花东镇城区，终点为机场第二高速公路花东立交，路线全长约6.23 km，道路宽度60 m，双向十车道，主线设计速度80 km∕h，辅道设计速度40 km∕h，如图1 所示。全线包含机场北进场路立交跨线桥1 座（1.49 km）、永星路立交跨线桥1座（0.77 km）、花东立交1座、人行过街天桥6处及中小桥5座。

2 排水系统现状

图1 项目总体平面Fig.1 Overall Site Plan of the Project

本项目现状雨水系统是典型的公路排水形式，即在道路两侧设置公路边沟，将路基范围积水引至河涌或路基范围以外的指定地点，从而减少地表水对路基和路面的侵蚀以及对行车安全的不利。随着城市发展，部分路段已形成墟镇，道路边沟大部分被附近居民自行暗渠化。墟镇路段的排水暗渠为简易浆砌片石结构，断面尺寸b×h 从1.2 m×1.2 m～2.3 m×1.2 m 不等。非墟镇路段大部分为填方路段，道路两侧边沟为浆砌片石结构，断面尺寸b×h从0.6 m×0.6 m～2 m×1 m不等。

根据《广州市花都区污水处理系统总体规划》（2008～2020）和《广州市花都区污水处理系统详细规划》（2013～2020），本项目现状污水管道属于花东污水处理系统，为后期建设，管道运行正常。除约1 km 路段无污水管外，其余路段均有污水主管，管径为D600～D1 000，埋深1.5～7.3 m。现状污水管主要埋于北侧（单侧）行车道下，内、外侧车道均有分布。

现状排水系统存在以下几点问题：

⑴现状道路边沟和简易排水暗渠存在排水性能差、建设标准低和维修养护难等问题，此外，道路扩建后两侧现状边沟和暗渠将位于行车道下，结构单薄的渠体难以满足行车荷载要求。

⑵该公路两侧呈北高南低态势，雨水一般是经现状过路排水涵洞自北向南排放，但随着南侧地块开发，一些天然沟渠也被人为收窄、改道、甚至封堵，导致北侧地块的水浸问题频现。如三凤村路段（碧桂园—机场北进场路段，道路里程范围为K0+425-K1+945）以北地块，每逢雨季均出现不同程度的内涝（“水浸街”）情况，小雨小浸，大雨大浸。2017 年5 月7 日，广州市发生特大暴雨，该片区曾出现大面积的内涝。

⑶现状雨水系统中部分排水通道不满足远期排水需求，或排水收纳水体为灌溉渠。如K2+257 处的迳口涌（渠），具备一定的排涝功能，但其下游去向曲折，最终被收窄成现状D1 350排水管道，同时根据《广州市花都区水系规划》和相关地块控规文件，该涌（渠）不是规划河涌，远期将被填埋；再如K5+640 处的灌溉渠道（宽约13 m，深约3.7～4.0 m，梯形断面），是现状道路边沟和两侧地块的排水受纳水体，但是经向水务、农林主管部门了解，该渠为一条仍在使用，且具有灌溉功能的干渠（水质为Ⅲ类水），为白云机场周边花都区和白云区提供农业灌溉用水，不得作为排水收纳水体。

⑷该公路为S118线，路宽约22.5 m，道路扩宽至60 m 后，单侧布管不满足《室外排水设计规范（2016版）：GB 50014-2006》［3］中“道路红线宽度超过40 m 的城镇干道，宜在道路两侧布置排水管道”的要求。另外，为优化道路通行能力，需在部分路段设置跨线桥，新建构筑物会对现状污水管造成影响。

⑸经调查发现，现状排水系统存在雨污水管混接情况。一些生活污水未经处理直接排到道路边沟或排水暗渠中，也有部分雨水口连接管错接现状污水管。

3 排水工程总体设计

3.1 排水体制

本项目排水体制采用雨污分流制。

3.2 设计标准和参数

3.2.1 雨水系统

⑴雨水量计算公式

根据文献［3］，规划雨水量按目前我国普遍采用的公式计算，即：

Q=qψ F

式中：Q 为 雨水设计流量（L∕s）；q 为设计暴雨强度（L∕s·ha）；ψ 为径流系数；F为汇水面积（ha）。

其中，设计暴雨强度根据设计重现期P 和设计降雨历时t确定。

⑵设计重现期

根据《广州市排水管理办法实施细则》（穗水［2013］10 号，以下简称“细则”）和文献［3］的规定，新建项目、新建区域和成片改造区域设计重现期一般不小于5a，重要地区（含立交桥）重现期不小于10年。

因此，本工程常规路段的重现期统一采用P＝5a，而对于现状存在内涝（“水浸街”）问题的区域地块，重现期采用P＝50a。

⑶降雨历时

降雨历时t按以下公式计算：

t=t1+t2

式中：t 为降雨历时（min）；t1为地面集水时间（min）；t2为管道内雨水流行时间（min）。

按文献［3］，地面集水时间t1一般采用5～15 min。本项目地面集水时间取t2=10 min。

⑷设计暴雨强度

按照以上设定参数，本工程采用广州市花都区单一重现期暴雨强度公式：

当P＝5a时：

当P＝50a时：

设计暴雨强度q 值均采用《广州市花都区暴雨公式及计算图表》数值。

⑸径流系数

根据文献［3］，径流系数ψ 按市区标准采用0.5～0.8，而根据规范条文说明提供的地方性数值，广州地区采用0.5～0.9。由于规划范围内，建设用地绝大部分为物流仓储用地，小部分为商业用地和二类居住用地，其地表种类主要以碎石、块石、混凝土和沥青铺面，径流系数取值范围在0.6～0.9 之间。根据上述情况综合考虑，本工程规划建设用地径流系数ψ 值综合取0.65。

⑹设计充满度、设计流速及最小管径

雨水管道按满流设计。管道最小流速为0.75 m∕s，管内最大流速不超过5 m∕s。根据《细则》，雨水管最小管径为500 mm（雨水口连接管为300 mm）。本项目位于低地坪高潮位地区，为尽可能降低水位雍高对雨水管的不利影响，故采用小坡降、低流速、大管径雨水系统［4］，同时保证雨水排水口底高程高于河道底高程0.5 m以上［5］。

3.2.2 污水系统

⑴污水计算方法

本项目采用单位建设用地法预测污水量，计算公式如下：

平均日平均时污水量=（最高日用水量×污水排放系数∕日变化系数）×1.1。

综合污水排放系数取0.85，日变化系数1.30，地下水渗入量按0.10考虑。

⑵设计充满度、设计流速及最小管径

污水管道按非满流设计。管道最小流速为0.6 m∕s，管内最大流速不超过5 m∕s。根据《细则》，污水主管最小管径为500 mm，针对雨污分流制排水工程，新建污水管道应采用3倍的旱流污水量复核管道过流能力。

3.3 雨水管道设计

⑴本次设计对现状路边沟和简易排水暗渠均不再保留，配合道路扩宽方案，新建道路雨水管渠系统，以满足道路和周边地块雨水排放需要。新建跨线桥的雨水由桥面雨水口收集，经独立竖管接至桥下落水井进行消能处理后，排防至新建雨水管渠系统。

⑵新建雨水系统收集的雨水就近排放至安全可靠的雨水通道和受纳水体：K0+425 处的天和涌、K1+400 处的花安东路扩容改造的雨水渠箱系统、K2+770处的大沙河（高溪河）和K6+100处的老山水河。

⑶新建雨水系统与过路管（涵）和K2+257 处的径口涌进行连通处理；新建雨水箱涵与K5+640 灌溉渠道立体交叉、互不连通，采用倒虹吸方式穿越灌溉渠，但考虑到倒虹吸水力条件差，建议远期对该段雨水系统进行重力流改造。

⑷“水浸街”成因分析及整治措施：

①成因分析：现状三凤村路段（碧桂园-机场北进场路，道路里程K0+425～K1+945）以北地块的雨水，经既有过路排水涵洞自北向南排至下游排水沟渠，随着地块的开发建设，道路以南的下游天然排水沟渠已被人为收窄、改道或填埋，过流能力严重削弱。现状花安东路雨水渠箱系统（设计流量约为10 971 L∕s）是当前机场北进场路以西、天和涌以东、花都大道以北、九湖村等村庄以南地块（汇水面积约89 公顷，设计流量约为29 000 L∕s）的主要排水通道，目前该现状管渠系统已难以满足排水需求。暴雨期间，该路段路面雨水和过路排水涵洞的雨水不能及时排放，从而形成片区排水不畅，出现内涝。

②整治措施：一是提高内涝处雨水系统建设标准，对于三凤村段以北“水浸街”严重区域采用高标准的重现期（50年）；二是协调水务部门对下游雨水箱涵进行改造，经协调，由花都区水务部门对三凤村路段以南的花安东路雨水箱涵系统进行扩容改造。

雨水管道总平面及水力计算如图2、表1所示。

3.4 污水管道设计

⑴保留道路北侧现状D600～D1 000 污水主管，在南侧新建D500～D600 污水管。对于无现状污水管的路段，则在道路两侧按需新建污水管道，由西往东接入定溪路现状D800 污水主管。另外，对沿线排水预埋管进行梳理，确保无错接或漏接，同时在雨水排出口末端进行截污处理。

⑵由于桥梁引道大大增加现状污水管道的覆土，为了确保现状污水管安全运行，对引道范围内的污水管进行迁改。另外，为避免重复建设，对新建桥梁下的现状污水管进行全线保留，施工期间采取保护措施确保管线安全。

污水管道总平面及水力计算如图3、表2所示。

表1 雨水管道水力计算Tab.1 Hydraulic Calculation Result of Rainwater Pipeline

图2 雨水管道总平面Fig.2 Overall Site Plan of Rainwater Pipeline

3.5 管线综合设计

经物探后可知，本项目沿线管线规格较大、种类较多，主要有排水边沟（渠）（b×h=0.6 m×0.6 m～2.3 m×1.2 m）、污 水 管（D600～D1000）、给 水 管（DN100～DN1200）、军用和民用通信（31～43孔）、广州白云国际机场电力专线（1～2回110 kV）、电力管（1～8 线10 kV）、燃 气 管（DN400）等。经与机场方面协调，机场电力专线暂不具备迁改条件，需对此管线就地保护，新建电力管沟已按远期机场电力专线入沟考虑；由于DN1000和DN1200 给水主干管供水范围广、迁移成本高，经与自来水公司协调，对此给水主干管原则上不予迁改；现状污水管道为近期建设，目前运行正常，除新建桥梁引道范围内的污水管进行迁改外，对绝大部分现状污水管道予以保留。

道路改造工程的设计应侧重现况分析和基础调研［6］，鉴于地下市政管线种类繁多且多单位各自管理［7］，设计前需对既有管线情况进行调查，并与各管线的权属单位积极对接。管线综合设计中各管线净距应满足文献［8］要求，并征得各管线权属单位意见，报规划部门审查后方可实施。另外，为确保行人和车辆安全，井盖设施需严格执行文献［9］相关标准。

4 结语

表2 污水管道水力计算Tab.2 Hydraulic Calculation Result of Sewage Pipeline

在公路市政化改造设计中，不仅要对现状排水系统进行详细分析，还要平衡好新建管渠与现状管线、既有建筑和新建构筑物的关系。此外，设计方案应严格执行地方标准和技术规范，广泛听取有关部门、专家和社会公众的意见［10］。因此，在新时代的高标准建设背景下，排水工程更应切合实际，改善城市水环境，提高居民幸福感。