城市市政道路建设下穿道路排水系统设计研究

熊林洋

【摘要】随着我国社会经济的不断发展与城市建设脚步的不断加快，城市现代化程度逐渐提高。当前城市可建设空间在不断缩小，土地资源变得愈发紧张，在此背景下，加速修建城市下穿道路就变得尤为重要。

当前我国很多城市都在紧锣密鼓的修建下穿道路，特别是经济发达的大城市和各省省会城市。相比普通公路，下穿道路具有造价低、可利用空间大、噪声削弱力强等特点，但随着下穿道路修建行为的逐渐增多，以及可用下穿道路数量的不断增长，积水问题也变得越来越突出，特别是因连续降雨所造成的积水。如不能很好解决积水问题，下穿道路的使用寿命就将受到严重影响，同时也会给正常行车带来不便。

本文将结合实际城市下穿道路积水现状，借助专业分析和设计方法，基于设计层面对下穿道路排水系统所存在的问题进行了研究，以寻求解决积水的办法。

首先对城市下穿立交道路地表排水系统设计进行了概述，包括下穿道路特点和排水系统特点、下穿道路排水系统设计方法和原则、排水系统参数设计等;然后对雨水口排水能力及其设置方法进行了分析和描述，最后从泵站选址、泵房设计、泵的选型，以及集水池常见的不利水力现象等四个方面出发，对排水泵站设计进行了闡述。

【关键词】市政道路建设;下穿道路;排水系统;雨水量计算;雨水泵站设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

绪论

进入到2000年后，我国城镇化发展速度逐年加快，城镇化发展速率逐年递增。特别是从2000年第二个十年开始，我国城镇化发展取得了突飞猛进的进展。从2011年到2017年短短7年时间里，我国城镇化增长速度突破了7%，明显快于2000年至2011年的增长速率。

与城镇化建设和增长速率形成鲜明对比的是，我国城市排水设施建设和排水系统发展却长期处于停滞不前的阶段，特别是遇到连续阴雨天气时，城市道路经常出现内涝现象，给城市发展带来了不可估量的损失。城市道路数量的增多，使雨水下渗受到了一定程度的阻挠，路面积水情况愈发严重，进一步加重了交通堵塞问题。下穿道路建设主要是为了解决行车通常问题，但因其所处交通路段比较特殊，所以一旦发生暴雨洪涝事件，将会使地段积水无法顺利排出，从而影响车辆正常通行，违背了下穿道路建设初衷。

一、下穿道路地表排水系统设计

1.当前城市下穿道路特点

所谓下穿道路，是指两条或两条以上道路交汇时，为了避免相互间干扰，以及提升交通通常度，利用垂直空间将彼此交错开，整体呈现空间多维化态势，从而起到节约地面资源的作用。下穿道路一般分为交互式和非交互式两种，交互式即为交叉式。下穿道路的主要特点是道路水平面低，占地面积小，相比正常道路，它主要起到辅助交流，实现交通分流的作用。

2.当前城市下穿道路排水系统特点

排水系统是城市下穿道路建设不可或缺的组成部分，在很大程度上决定了道路交通能够高效运行。应不同道路建设需求，以及地域环境特点，下穿道路排水系统也被划分为五种不同类型，即上跨桥面排水系统、道路路面排水系统、下穿式道路地表排水系统、下穿式道路下排水系统，以及立交绿化区域排水系统。结合下穿道路特点我们会发现，下穿道路较容易受降雨影响而发生积水，若不能采取有效措施将积水处理掉，路基将会在大量积水的长时间浸泡下逐渐被软化，从而降低了使用寿命。

3.城市下穿道路排水系统设计方法和原则

当前比较常用的下穿道路排水方式主要有三种，即重力排水、调蓄排水、泵站强制抽排。在实际应用中，可选择某一种方法进行排水，也可将两种或三种方法结合在一起进行排水，具体选择需要结合道路积水情况，以及地段排水系统设计特点与地理特点而定。

当期我国针对下穿道路积水问题所给出的官方排水原则主要有：

（1）根据路段地质条件和下穿道路设计特点确定如何排除积水，以及划汇水面积。

（2）根据不同路段重要程度来设定暴雨重现期时间，一般不少于3年。

（3）规定下穿道路路面集水时间不超过10分钟。

（4）径流系数介于0.8-1.0之间为宜。

（5）下穿道路出水口始终保持出水顺畅，保证出水安全;排水系统须单独设置。

在设计城市下穿道路排水系统时需遵循以下三点原则：

（1）为阻止高位积水流水低处，应采取分区排水方式，同时掐断各排水系统相互联通。

（2）设计排水系统时应充分考虑当地路段交通情况，路面材质，道路长度等因素。

（3）在选择排水方式时，优先考虑重力排水;如重力排水无法取得预期效果，可考虑设置泵站抽升。

4.城市下穿道路排水系统参数设计

当前我国所采用的雨水量计算方法主要是容量平衡法，它是根据我国暴雨公式形式所提出的。具体公式如下：

（1）

其中，β表示流量折减系数;qmax表示最大地面径流对应的设计暴雨强度 L/（s·hm2）。

对上面公式进行积分后，可算得流量折减系数：

（2）

其中，r表示 雨峰时程位置;b和n均为地方参数;t表示集流时间。

从公式（2）中我们可以看出，若想获得最经济的优质效果，可通过统计降雨当地的r值来获得β。当前国内外雨峰时程位置系数r的统计值见表1。

需要指出的是相应的推理公式计算均是在较为理想状态下进行的，比如规定区域的降雨强度分布均匀;选定时间内降雨强度是均匀且不变的;路面汇水面积扩大速度和程度是与降雨时长呈正相关的。

二、雨水口排水能力分析及设置方法

1.雨水口构造及流量设计

雨水口是城市排水系统的附属构造物，是城市道路排水的重要组成部分，位于城市排水系统的起点。通常设置在距离城市道路、广场、交叉口、路沟一定距离处，收集路面的雨水，然后通过连接管汇入人行道下的排水管渠。科学合理布设雨水口，可以防止雨水漫过街道或造成街道积水和沉淀，妨碍交通或有害道路;否则，会造成城市道路的积水问题，甚至威胁人们的生命财产安全，因此，在城市排水管网设计中应考虑城市雨水流量的设计。对于雨水口连接管管径，一般来说，最合适的间距是25-50m，用于连接雨水口的连接管最多不超过3个，且每个长度需要在25m以下。雨水口的深度要不大于1m。在城市中，要充分考虑交通拥堵、人口多等实际情况，在合适的位置，要视情安装沉泥槽。要立足雨水管渠设计重现期计算流量，按照数值的1.5-3倍来设计雨水口和雨水连接管的流量。

2.雨水口布设

雨水口的布设位置需要考虑多种影响因素，比如道路方向、周边广场以及建筑物、绿化情况、土壤情况等。原则上，应该设置在汇水点和截水点上，比如建筑物落水管的附近，道路低洼地带，小区出入口等，不宜设置在分水点及道路转弯曲线段、建筑物门口。

雨水系统排水不畅的原因大多是雨水口布置不当所致。城市道路雨水口间距宜在25m～50m之间，但根据排水工程相关规定，间距宜在30m～50m之间，由于实际规定范围大，在实际布设过程中，通常会出现以下问题：

（1）在排水服务范围内，与排水管线连接的雨水口数量太少，雨水口之间的距离过大。

（2）独立的雨水口的泄水能力没有按照设计标准进行设计，由于道路纵坡过大或者横坡过小，导致雨水口的水头高度太高或者太低，降低了泄水能力。

（3）由于布设位置不当，地表径流不能快速流入雨水口，从而雨水口的集水能力不足，雨水口一般不设街角或最低道路高度，运行时间长，后期维护管理工作不到位，进入雨水杂物处理不及时，雨水口堵塞加重，雨水收集能力逐渐减弱。

（4）雨水口箅形选用不当，导致入水缓慢，泄水不足。

3.各类型雨水口特点及排水能力分析

根据标准图集《雨水口》（05S518），雨水口可以分为：平箅式、偏沟式、立箅式和联合式雨水口，每种形式的雨水口都单箅，双箅和多箅的形式。当前绝大多数城市的下穿道路雨水口均会被设置在道路两侧边缘，且路面设计会略微呈现中间高，两侧低的状态，这主要是为了更好实现排水。雨水口的泄水能力决定了从路面进入地下排水系统的径流量，其布设的合理性直接影响了雨水排除的效果，也间接影响了道路的通行能力和交通安全，及路面的结构性能和使用寿命。

（1）平箅式雨水口

为了保证道路雨水能够被及时顺利排出，平箅式雨水口会设置在路面上，且通过道路横坡来收集雨污水。但由于容易被落叶和杂物所堵塞，因此如果不去定期清理雨水口，排水效果将大大削弱。平箅式雨水口的边沟水流分区见图3。

（2）立式雨水口

为了保证道路雨水能够被及时顺利排出，立式雨水口通常会被设置在有路缘石的道路上。该类型雨水口又被分成立孔式和立箅式两种，结构简单是立孔式雨水口的主要特点，不仅排水效率高，还不易妨碍交通。而立箅式由于上段过水量非常少，几乎为零，因此收水量和收水效果自然不会很好。相比平箅式，立箅式很少被应用。

（3）联合式雨水口

联合式雨水口是在平箅式雨水口和立式雨水口被广泛应用之后才出现的，它集合了二者的诸多优点，属于一种更加高效，结构更加新颖的雨水口。联合式雨水口适用于道路面路幅宽，有路缘石，雨水量大，且附近杂物较多，以及雨水口易被堵塞的地方。联合式雨水口被分为两种类型，一种是等宽边沟联合式雨水口，另一种是非等宽边沟联合式雨水口。不同形式雨水口泄水能力见表2。

三、排水泵站设计

1.泵站选址

在不考虑经济因素的前提下，泵站选址工作相对容易些，理论上可选择最优质的科学技术和系统设计方法来辅助选址。很明显，这样的选址方式并不具有任何现实意义。结合城市交通特点和路段地质特征，在对泵站进行选址时，必须首先对现场情况进行详细勘察，结合路段及其周边环境做出最合理的选择。同时，还需要结合近几年城市降水情况，及其收集水文资料来对选址做出科学判断。

2.泵房设计

作为泵站的最主要构筑物，泵房设计需要遵循以下三点原则：

（1）为方便前期设备安装和后期维护，以及尽可能降低投入成本，机房内设备应遵循紧凑性布置原则。

（2）为了有效提升泵房的稳固程度和抗震性，除了要在刚度和强度方面满足布置需求外，泵房设置地点也很重要，尽量选择在下穿道路的最低点进行设置。

（3）能够估计出泵房的进水高度，以最大高度作为临界线，对浸水部分构件做防渗水处理，同时提高其抗压抗裂性。

不同类型泵站特性见表3。

3.泵的选型

水泵式下穿道路雨水泵站的核心元素，泵站运行效率和效果的好坏，与水泵的选择有直接关系。图6中所展示的水泵类型是当前比较常用的类型。

结论：

结合文中论述，当前城市下穿道路排水系统设计需要结合当地道路交通情况、地质条件、降水量、城市建设规划等多方面因素來进行。通过分析下穿道路特点与下穿道路排水系统特点，应用科学的计算方法和设计原则，可以最大限度发挥排水系统功能。通过分析不同雨水口排水能力，以及对比设置方法的利弊，可帮助我们获得更好的排水效果。本文主要侧重于对下穿道路地表排水系统进行研究，并未涉及地下水研究，事实上，地下水对下穿道路路面也具有比较重要的影响。

参考文献：

[1]温军燕，罗维.杭州市庆春立交雨水泵站排涝问题及治理对策[J].中国给水排水，2016，（18）：14-8.

[2]宋丹.浅谈城市道路雨水口的改进方法[J].城市道桥与洪，2012，（3）：89-90.

[3]高婷.城市道路雨水口设计分析[J].中国给水排水，2006，22（12）：55-8.

[4]郭磊，刘森彦，刘雷斌等.城市道路雨水口设置研究[J].给水排水，2017，（5）：44-7.