道路立交排水

陈辉

　　【摘要】 本文根据北京市近30年立交排水的设计实践，介绍了立交排水三种方式，阐述了立交排水量的计算和设计原则，以及立交雨水泵站的组成与布置。
　　【关键词】 立交 排水 雨水量 计算 设计

1 概况及立交排水的重要性

　　城市的交通是城市经济发展和城市建设中的重要问题，为了解决交通的拥挤和不畅，就需要疏导，避免或减少各种交通工具的交叉，设置道路立交桥是解决这一问题的有效办法。
　　自1974年北京建成第一座立交工程——复兴门立交开始，至1995年已建成各种类型的立交达138座。根据北京市总体规划，还将有相当数量的立交工程陆续兴建。
　　道路立交分道路与道路立交及道路与铁路立交两大类。按交叉的结构形式分上跨式和下挖式立交两种。下挖式立交桥的下层路面最低点标高，一般低于附近地面高程3～6米。
　　道路立交是一项包括有各种专业的综合性工程，它不仅包括道路及桥梁主体工程，还包括有关的配合专业工程，如立交雨水、给水、电力、照明、绿化等各种市政管线的综合埋设。
　　道路立交排水是与立交道路密切相关的工程，解决好立交排水问题，关系到交通的正常运行，人民生命财产安全以及立交方案是否经济合理的重要环节。因此，在立交工程中，必须同时解决好立交的排水问题，应当选择经济合理安全可靠的排水方案，这也是近20多年来在排水工程设计中，新发展起来的设计课题。

2 立交排水的任务

　　道路立交是把各种车道、人行道修建在不同的高程上，形成多层次的交叉，在下挖式立交中，道路低点比周围地面低3～6米，形成盆地地形，这样大气降水向低洼处汇集，造成路面积水，甚至会引起交通中断，造成安全事故及经济损失，因此，带来了立交排水的第一个任务，即排除大气降水，大气降水主要以雨雪形式出现，北京地区不考虑降雪的影响。立交排水的第二个任务是经常排除地下水，当地下水位高于或接近设计路基时，为确保路基经常处于干燥状态，保证路面强度及稳定性，必须排除地下水。

3 立交排水方式

　　在北京地区采用的立交排水方式共有三种，即自流排水、调蓄排水及抽升排水。在北京市已建成的138座立交桥中，绝大多数为自流排水方式，共有95座，占总数的70％；调蓄排水仅东直门立交一座，不足1％；抽升排水共有42座，占总数的30％。在抽升排水中道路与道路交叉有15座，占抽升排水的1／3；道路与铁路交叉27座，占抽升排水的2／3。
3.1 自流排水
　　自流排水是最经济最安全的排水措施，它不需要专职管理人员，不消耗能量，无需永久性占地。在选择排水方式时，首先考虑自流排水。
　　自流排水应具备的条件必须是立交道路最低点高程，高于下游水体（或干管）设计20年标准洪水位0.5米，此水位应计入道路立交低点至下游水体的沿程水头损失。
　　在北京已建成的立交工程中，有两种立交形式采用自流排水方式。第一种是上跨式立交，其排水设计与一般道路排水相同。对于跨线桥上雨水，可通过桥上雨落管排至地面或雨水管中，或者通过地面径流，桥上雨水流至路段后，用加密雨水口截流桥上渲泄下来的雨水，及时排人雨水管。如月坛南街桥、月坛北街桥、大北窑桥及东三环跨通惠河桥等，均属上跨式立交情况的自流排水。第二种是下挖式立交的道路最低点标高符合自流排水条件时，就可以采用自流排水方式。在机场路的首端，即首都国际机场候机楼前的2号立交桥，是飞机滑行道与进场路交叉，属下挖式立交，桥下道路低点比周围地面低近7米，但其雨水下游温榆河的洪水位较低，满足自流排水条件，因而采用自流排水方式。本立交于1978年建成，经过20年的雨季考验，运行良好。1996年7～8月三次降雨，2号桥下积水深达0.8～1.0米，断绝了交道，经调查，积水原因系属下游明渠人为阻塞，及大量客水流入，不属于自流排水方法的原因。再如，位于东南二环路上的东便门桥（角楼东侧）、广渠门桥及劲松桥等，属于下挖式立交，与此三座桥相邻的南护城河，20年标准洪水位较低，因此均采用自流排水方式。这三座桥于1987年建成，至今已运行十余年，运行正常，未发生积水现象。
3.2 调蓄排水
　　当下雨产生洪峰流量时，下游水体的洪水位高于立交道路低点标高，可将不能自流排出的雨水暂时引入贮水池，错开历时较短的洪峰，待下游水体洪水位回落并低于立交路面低点时，再自流排放。
　　调蓄排水应具备以下条件：
　　·在立交范围内有布置贮水池的位置，而且贮水池内雨水能自流泄空；
　　·立交道路需排除地下水时，不宜采用调蓄排水。
　　在北京市采用调蓄方式排水的立交，仅东直门桥。该工程于1979年建成，至今已有20年的历史，由于调蓄排水方式存在较为突出的缺点，所以一直没有正常运行，池内泥砂污物雨后清洗工作量大，地下贮水池通风差，有恶臭味，地下闸门及电气设备受潮，不能启动，管理复杂等，这些问题有待进一步研究改进。
3.3 抽升排水
　　当立交雨水下游水体的洪水位高于立交道路最低点路面时，又不具备调蓄排水的条件，需设置泵站，抽升排除立交范围内的雨水。抽升排水用于下挖式立交排水中，北京市第一座立交雨水泵站是西大望泵站，它始建于1972年，截止到1995年，北京市共建成立交雨水泵站42座，已有10～20年的历史，绝大多数运行正常，保证了立交内雨水的及时排除。

4 雨水量的计算

　　立交内雨水量计算，特指下挖式立交的雨水量。上跨式立交雨水量则按常规方法计算。
　　雨水量公式：
　　Q＝φ·q·F （升／秒）
　　式中：Q——设计雨水量 （升／秒）
　　　　　φ——迳流系数，根据地面铺装种类确定，一般φ＝0.7～0.9
　　　　　q——暴雨强度 （升／秒·顷）
　　q值根据北京市暴雨强度公式，由设计重现期P（年）及集水时间t（分钟）两个参数确定。P与t值的选定与一般雨水量计算有所不同。P值选择高于一般道路排水标准，根据工程的重要性、道路等级以及地形特点而定。北京地区立交排水P值一般选用1～3年，常用值为2年。t值系指自立交汇水面积的最远端，流至道路最低点的时间，不计人管内流行时间，根据规范t值选用5～10分钟。
F——汇水面积（公顷）。由于立交雨水量公式中φ及q均为常数值，因此，立交雨水量随着汇水面积的大小而变化，与F成正比。因而在设计中要控制雨水量，使其达到最小值，关键在于严格控制汇水面积，这样不仅可以减少积水的危胁，同时可减小泵站规模，达到节省投资、安全行运、经济合理的效果。在设计中为防止立交范围以外的客水进入，通常采取拦截客水的措施是在立交道路的起终端，设置变坡高点，以及将挡墙顶加高，高出附近地面0.3～0.5米。
　　在北京已建成的立交中，绝大多数采取了这些措施，限制了客水流入立交低点，收到了很好的效果。现况立交雨水泵站规模一般在800～1500升／秒之间，大型立交水量可达2000～3000升／秒。

5 雨水口的布置

　　在立交雨水设计中，雨水口的布置是重要环节。立交低点处雨水口的数量，应根据汇集到低点处的雨水量（Q）计算，每个雨水口的泄水能力以15升／秒计，考虑初期雨水中杂物堵塞的影响，实际布置的数量应增加1／5～1／4。雨水口布设的位置一般沿道路纵坡方向布置于道路的低点处。当低点两侧的坡道纵坡较缓时（2％以下），可适当布置雨水口，以减轻大量迳流雨水汇集到低点，但不扣减低点处雨水口的数量，以保证排水安全。当道路纵坡大于2％时，则不必设置雨水口。
　　在实际工程中，低点雨水口采用多篦式雨水口型式，每组雨水口的数量约在10～20多个。
　　雨水口管管径根据雨水量选定，由于受雨水口结构尺寸所限，雨水口管的最大管径为d500毫米，当一条管不能满足泄水要求时，可在一组雨水口中设2根或2根以上雨水口管。

6 地下水排除

　　常年地下水位接近或高于道路槽底时，为使路基免遭破坏，常用的措施是在路面下埋设盲沟管，降低地下水位；或者道路采用封闭式钢筋砼结构，隔断地下水的补给。
　　在现有的42座泵站中，有地下水的泵站16座，占38％，无地下水泵站26座，占62％。在16座有地下水的泵站中，有12座采用盲沟排水方法，如安华桥、和平里、来广营等。有4座采用封闭结构，如永定门、西客站遂道等。
6.1 盲沟排除地水
　　地下水的流量应根据含水层的厚度和长度、土层的种类及渗透系数等因素，进行计算得出。据此选择盲沟管管径及水泵。
　　设置盲沟来降低地下水位，是目前立交道路设计中常用措施，盲沟的设计（包括水量计算、设计原则、布置形式、纵断设计及其构造等）在道路专业设计中解决。
　　结合立交排水的特点，盲沟设计应注意以下几点：
　　·盲沟必须自成系统，不得与雨水管连通，以免雨水中的杂物流砂堵塞盲沟，使盲沟失效，酿成后患。
　　·下挖式立交内的地下水一般无自流条件排除，在北京地区，立交内地下水均抽升排除，并与雨水泵站合建，但集水池、水泵及出水管均分开系统。
　　·盲沟检查井的井盖应加密封措施，并应铸有明显标志，以区别于其它检查井，降雨时，不能任意打开井盖，以免雨水灌人，损害盲沟构造，盲沟应经常保持清洁，延长使用寿命。
6.2 封闭式钢筋砼道路结构
　　封闭式钢筋砼道路结构，又称船形结构，采用此种隔断地下水渗入的方法，要求在道路内设置的检查井及雨水口必须采取密封措施，与道路结构结为一个整体，与道路混合土一起浇注，以防地下水渗入。

7 立交雨水泵站

7.1 泵站位置泵站的位置一般建于距立交道路最低点尽可能最近的地方。这样使雨水以最短的距离排人泵站，降低工程造价。此段管道挖深很大，一般在7～9米深。泵站一般占地800～1200平方米。
　　在选择泵站位置时要根据地质情况及地下水情况选址，同时要尽量少拆迁占地，要保证施工期间对周围地上建筑物，地下管道及铁路的安全，避开高压电线。
　　泵站的位置，要与周围景观相结合，尽可能隐蔽，少占地，可利用跨线桥下空间。例如安定门立交泵站，与附近地铁出人口的建筑风格一致；西客站站前隧道两座泵站，是建在站前广场的地下车库内，解决了地上占地及影响景观的矛盾。
7.2 泵站的组成
　　泵站内一般由泵房、出水井、变压器室、低压配电室、附属生活设施等构筑物或建筑物组成。泵站内还应埋设给水、雨水、污水及电缆等地下管道。铺装站内道路及砌筑围墙等。
　　泵房的型式为园形或矩形，70年代初建造的泵房为园形，即地下部分为钢筋砼园形结构，地上部分为砖混矩形结构，此种型式仅有西大望、通县人民路及化工路工程三处。
　　自70年代末开始均为矩形结构。自80年代中期，随着道路立交的逐渐增多，我院编制了立交雨水泵房的标准图，地下部分为9×10米的钢筋砼结构，地上为砖混结构。泵房内的机器间与格栅间为合建。泵房内主要设备为水泵及配套电机，除此之外还有水泵的进出水管、闸门、吊装设备、通风设备、采光、检修平台、室内给排水、拖布池洗手盆等。
　　出水并是泵房出水由压力流变为重力流的连接构筑物，尺寸为5.6×1.8米地下钢筋砼结构。出水井的最高水位应高于下游水体或干管的洪水位，防止下游洪水倒灌泵房。
　　附属生活设施主要用于管理人员值班或居住用。一般建3～5间，大部为平房。有的与泵房或变电室结合，建在二层；如东便门、永定门、高热等泵站均将附属用房建在泵房二层上。
7.3 水泵选择
　　泵房内水泵台数一般为2～3台，70年代初建的泵站均为2台，80年代以后修建的泵房大部设三台。由于雨水泵站可在非雨季节进行检修，故不设备用泵。抽雨水的泵应具备流量大、扬程低、耐腐蚀及不易堵塞的特点。在北京的立交雨水泵站中，基本选用具有上述特点的以下几种类型的水泵：
　　① 立式轴流泵：70年代初建的泵站，如复兴门、西大望、通县人民路及化工路均选用了此种泵型，后因管理不便被淘汰。
　　② 混流泵：自80年代以后，大多数用此种泵型，泵站标准图按此泵型设计。
　　③ 清水泵：在个别泵站中选用，只有农展馆及黄管屯两座选用。
　　④ 潜水泵：此泵是80年代以后的新产品，90年代以后开始在北京的立交雨水泵站中试用，如在西客站的两座隧道泵站、莲花池、大钟寺及和平里五座泵站使用。
7.4 配电
　　立交雨水泵站均配双电源，设两台变压器，变压器大部设在室内，在无双电源的情况下，采用柴油发电机作为备用电源。