广东某山区城市市政道路排水设计方案

黄粲祺

（天津市政工程设计研究总院有限公司广州分公司，广东广州 510199）

0 引言

工程位于广东粤西山区某产业园区内，新建道路为连接县道和园区内快速路的重要通道，呈东西走向，全长约2.603km，道路宽度为60m，配套建设市政排水工程。本工程污水管位于两个污水处理系统的交界，牵涉两个污水系统的协调与衔接，但规划之间衔接不畅，在这种情况下，规划理念与现场实施之间的衔接需要通过设计手段来保证。雨水工程方面，由于衔接道路与地块开发时序不一致，导致本工程雨水箱涵无出路，需制定临时排水方案。此外，山区地形复杂地势起伏，道路纵坡变化大，排水系统时往往面临距离短、高差大的陡坡[1]，故需衔接好高差并有效消能。基于以上特点，特提出排水方案，以供类似工程参考。

1 区域现状

园区现状以山地、丘陵地貌为主，地势连绵群抱，场地山体高程高、高差大，高程自西北至东南递减，最大高差约100m。F 河是该片区内降雨径流外排的主要通道，属西江流域，全长8.4km，流域面积21.2km2，河流比降为0.0046。区域内有2 座污水处理厂，S厂现状规模1 万m3/d，规划规模7 万m3/d，处理工艺为A2O。Y 厂现状规模为0.5 万m3/d，规划规模为7 万m3/d。地块排水情况如下：北侧地块已出让某钢铁公司，该公司集雨面积为150hm2，这部分雨水排入本工程雨水管，排入市政管道的污水规模为3600m3/d，南侧地块尚未出让。与本工程衔接道路方面，西侧大道近期内立项，东侧道路暂无实施计划。

2 设计方案

2.1 污水设计方案

专项规划为单侧布管，分东西两段，分属两个污水系统。详规为双侧布管走向自西向东，均属Y 污水系统。

本方案污水南侧布管，原因如下。由于北侧地块仅有一家钢铁公司，只有两根DN300 的污水支管接出，而南侧地块未开发，污水支管预留数量约为25 根。主管敷设在道路南侧，一方面穿中央绿化带的支管数量少，对轻轨建设的影响降到最低，另一方面减少管道长度，可降低造价。

平面上，污水管道以钢铁公司主出入口为界，分东西两段。主出入口以西段污水管主要收集北侧钢铁公司生活污水及南侧地块小部分污水，自东向西逆坡接至规划西侧大道DN500 污水管，最终接入S 污水处理厂。主出入口以东段污水管主要收集南侧地块污水，自西向东接至规划东侧道路DN400 污水管，最终接入Y 污水处理厂。设计管径为DN300~DN400，管道埋深为2~8m。该方案优点是西段下游道路有实施计划，且污水厂可容纳钢铁公司生活污水，污水出路稳定可靠。需说明，东段虽然下游条件不稳定，但东段收集的南侧地块同样没开发，现阶段无排水需求，影响不大。

2.2 雨水设计方案

横断上，雨水采取双侧布管。整体地势为西高东低，雨水管起自西侧大道交叉口，自西向东顺坡敷设，设计管径为d600~3800×3300，雨水箱涵终点涵底标高底为62.00。根据规划，本工程箱涵于末端接入规划东侧道路4000×3300 雨水箱涵。由于东侧道路近期无实施计划，需设置临时排水通道。

通道设置考虑就近排入水体并且力求水力顺畅。首先确定临时排水通道方向。设计终点北侧及东侧均为高山，标高分别为90.48 和144.48，远高于终点箱涵底标高，均不适合作为临时排水的方向。南侧现状为山谷，且南侧约500m 处有河流，故确定向南临时排水。接着，需确定临时通道线位。雨水管道终点南侧现状为山谷，近期作为弃土场，弃土场填至与道路标高齐平约为67.00，坡底标高约61.00，临时排水通道考虑贴着弃土场的边，沿61.00 等高线，自北向南接至F 河附近，通过急流槽下山后，进入消力池，最终排入F 河（河底标高约为46.00）。最后确定临时沟形式，临时沟考虑利用弃土场边坡和山体边坡围成倒三角形作为临时排水通道，上口宽为6.2m，水深为3m，坡度为0.0035。该通道清表后，铺上六边形连锁砖并植草。待地块开发，临时排水通道废除，六边形连锁砖可回收利用。

2.3 消能方案比选

市政管网中消能方式多种多样，但本质上均可归为沿途消能或末段消能。沿途消能一般通过设置跌水井、阶梯式跌坎和急流槽等方式实现。末段消能一般通过设置常规消力池或格栅式消力池等构筑物实现。具体采用哪种形式消能，与地形及流量有关，以下介绍三种消能方案。

2.3.1 阶梯式跌水井

使管道坡度略小于管坡，在同一检查井位置，在最小覆土的控制下，进水管管底必然高于出水管管底，可利用这一高差消能。根据图集，阶梯式跌水井方式适用于单次跌水高度1~2m 且DN≤1650 的情况，在实际应用中适当扩大管径及跌水范围，但此时需考虑防冲刷措施。对于迎水面墙，混凝土保护层内加钢丝网可有效防冲刷。对于井底，井底设置碗状坑蓄水形成“水垫”或铺一定厚度的卵石缓冲层，对水流的冲击起缓冲作用。该方案特点为：

（1）沿途逐次消能，消能效率高。

（2）总跌水水头分摊到每个检查井上，减少土方，造价较低。

（3）流速控制在5m/s 以内，使用广东地区排水工程常用管材即可满足要求。

2.3.2 斜管跌落+消力池

使管道坡度等于地坡，使用机制球墨铸铁管压力排水，中途不设检查井，在管节衔接处设圆钢管卡及支墩固定，管道末端设置消力池消能。斜管跌落在处理方式上相当于封闭的急流槽，适于管径较小的排水管道，在三级管网中普遍采用[2]。

2.3.3 阶梯式跌坎+消力池（见图1~图2）

图1 阶梯式跌坎

图2 消力池

该方案本质上是设置多级台阶来克服上下游高差。由于水流在跌落的过程中掺入大量空气，增加了下泄水流的沿程阻力和能量耗散，在下游消力池中流速很快衰减，使消力池的长度大大缩短[3]。一般该方式适用于坡度和流量均较大的情况。特点为：①同时采用沿途及末端消能，消能效果好；②土方开挖量较小，造价较低。

本工程消能形式确定如下：①对于市政雨污管道，采用方式一进行消能。市政排水管道流速经水力计算最大为4.5m/s，且单次跌水高度为1~2m，有条件设置阶梯式跌水井消能；②市政雨水箱涵同样通过控制箱涵坡度略小于地坡，每隔40m 设置一次跌水，单次跌水高度1~2m；该方式施工缝现场处理时间长；③临时雨水通道位于半山腰，需排往位于山脚的现状河流。该处雨水设计流量为32000m3/s，斜坡坡度为0.24，由于流量及坡度均较大，故不采用方案一和方案二，采用方案三阶梯式跌坎+消力池消能。台阶宽度取6m，台阶高度取1.2m，共设12 级。水力计算得掺气段水深为1.0m，考虑安全高度，台阶侧壁高度取1.5m。

3 结语

（1）上层次规划为宏观的控制，当各规划衔接不顺时，在实现规划意图有困难的情况下，设计积极寻求替代方案并征求规划意见通过设计合理确定方案。

（2）本项目所处园区处于开发阶段，多个规划明确了周边的发展方向，设计必须结合地块和衔接道路的实际发展情况，合理布置管道走向，科学确定临时、永久工程实施内容，既能满足雨水临时排放要求，又与规划相结合，保证临时与永久工程的衔接，避免重复建设。

（3）山区城市排水系统具有坡度大、流速大等区别于其他平原城市的特点，本工程综合各方面因素后确定消能形式，对于市政管道采用阶梯式跌水井消能形式，对于雨水箱涵用自身结构高差设置跌水消能，对于临时沟排入河流处采用阶梯式跌坎+消力池消能形式。