摘要隨著國民經濟和城市化建設的不斷發展,城市道路的功能得到不斷完善,複雜的城市道路網具有越來越多的城市立交橋。立交橋分為上跨式立交和下穿式立交(下立交)兩種。據統計,下立交約佔我國已建成立交橋的75%以上,而立交橋排水逐漸成為一項專門的排水工程技術,受到有關工程人員的注意。
關鍵詞立交橋,雨水系統;設計
下立交雨水系統的作用是在汛期及時地排除下立交中匯集的雨水,維持道路交通的暢通。由於下立交兩側引道縱坡一般都較大,具有降雨時聚水較快的特點,若排除不及時就會威脅行車行人安全,以致中斷道路交通,而眾多下立交一般又位於城市道路系統的咽喉部位,一旦交通中斷往往影響很大,所以對其排水要求高於一般的雨水系統。
一,雨水系統組成
雨水系統由雨水收集系統和雨水幫浦站組成。其作用是收集集水範圍內的雨水至集水池。由於下立交引道坡度較大(通常在2%~3.
5%之間),造成雨水的地面徑流流速較大,接近甚至超過管道排放的流速,在引道上設定雨水井效果並不理想,所以一般採取在下立交最低處設定多篦集水井來收集雨水,就近進入幫浦站集水池。多篦水井的個數是雨水設計流量與單個集水井容納流量的比值,並考慮1.2~1.
5的堵塞係數。雨水幫浦站的作用是及時排除收集的雨水,相對於城市雨水幫浦站,下立交雨水幫浦站屬於小型幫浦站。近幾年的設計與執行經驗表明,利用潛水幫浦的下立交排水幫浦站在實踐中取得的效果較好,這是由潛水幫浦及潛水幫浦站的優點所決定的,其優點為:
①工程投資省,一般可節省40%-60%,工期可以縮短1/2~2/3;②安裝維護方便,可臨時安裝;③執行安全可靠,輔助裝置少,降低了故障率;④執行條件大為改善,幫浦房與控制室分開,振動、雜訊小;⑤自動化程度高,潛水幫浦機組啟動程式簡單,操作程式簡化,⑥簡化幫浦房結構。
二、立交橋積水原因
1、立交橋排水方式
立交橋排水方式共有3種,即自流排水、調蓄排水、抽公升排水。自流排水約佔總數的70%,只有東直門立交橋是調蓄排水方式,其餘為抽公升排水。
道路立交橋按交叉的結構形式分為上跨式立交和下挖式立交2種。下挖式立交橋下層路面最低點標高一般比周圍地面低3-6m,形成盆地地形,雨水向低處匯集。
2、立交橋積水原因
立交橋路段排水不暢,主要有3個原因。
(1)降雨大大超過排水設施的設計能力。2023年4次降雨過程lh降雨量都超過70mm(約10a一遇),其中7月31日機場路的降水lh降雨量105ram,為50a一遇。而北京市區道路排水標準大部分為1-2a一遇,立交橋處排水標準為5a一遇,降雨大大超過排水設施的設計能力,造成區域性道路積水,積水沿路面匯集到立交橋下,導致立交橋嚴重積水,給城區內排水系統造成了巨大壓力。
(2)市政管網配置不足或工程施工排水預留嚴重不足,導致某一區域或路段嚴重積水。
(3)平時對排水口疏於管理,雨前疏浚不力,導致遇雨即淹。
而從大量現實情況看,上述3大原因,又往往不同程度地同時存在。根據北京市防汛抗旱指揮部辦公室、北京市政工程管理處、市排水集團、首都公路發展有限責任公司和市公聯公路聯絡線有限責任公司,共同確定的重點易積水點達43處。極易引起交通中斷,造成安全事故及經濟損失。
三、立交橋雨水系統排水方式設計
1、橋區建設下沉式綠地
城市綠地為居民創造城市綠色空間,為居民健康提供保障,是城市可持續發展的關鍵。不僅可以高效利用城市空間,而且順應都市人崇尚自然、關注生命的需求。現有城市綠化帶大多高於路面。
如採用緩坡將橋區附近綠地地面下挖,將綠地略低於兩邊地面或道路路面,種植樹木花草、木石結合的花架及園路等。也可設定任何人都可以方便使用的無形的「休閒設施」。而這種「設施」 並不一定是構築物,它就是草地、空場或窪地。
把休閒內容有機地組合於綠地內,將吸氧與運動有機融為一體,在綠色中創造出個性突出、環境優美的貼身公園,符合人類返璞歸真、回歸自然、享受生活的美好願望。下沉式綠地,雨季又隨時可以變成蓄水塘,滯蓄城市雨水,值得推廣。
2、建設地下蓄水池
(1)把橋區積水範圍內的路緣石改造為透水型路緣石人行步道改造為透水布道磚,。改造現狀綠地排水系統,將綠地排水檢查井與新設的全透型排水管連線,能夠保證排水管中雨水自流進檢查井,同時採用管道將該檢查井連線至蓄水池的徑流收集井。(2)綠地上鋪設園路,園路結合周邊地勢,採用透水砂漿砌卵石護砌斷面,園路兩側設定滲漏溝,連線到徑流收集井。
同時對工程區域內的綠地進行整理,調整現狀地面高程和坡度,使現狀地表徑流流向蓄水池。
(3)地下蓄水池採用鋼筋混凝土結構,根據汛期雨水水質特點,在標準清水池基礎上進行優化,設定沉澱池、薔水池、清水池、上部滋流口、生態滲排箱。進口處布置徑流收集、過濾井,對匯集的雨水進行沉澱、過濾,確保進入清水池的水質清水池底部設定幫浦坑,用於綜合灌溉取水上部滋流口通過管道連線於生態滲排箱。生態滲排箱採用成品玻璃瓶裝的標準啤酒箱上下整齊碼放,相互連線牢固,最外層箱體外包2層透水土工布,底部設定滲井。
頂部覆土1.5m,回填種植土設定綠化微地形。
3、新創建交橋採用調蓄式排水
對於跨線橋上雨水,可通過橋上雨落管排至地面或雨水管中,或者通過地面徑流,橋上雨水流至路段後,用加密雨水口截流橋上渲洩下來的雨水,及時排入雨水管。
當降雨產生洪峰流量時,已有市政排水管的過水能力不能滿足設計雨水流量的排放要求或下游水體的洪水位高於立交道路低點標高,可將不能自流排出的雨水暫時引人貯水池,用於橋區路面噴灑及車輛沖洗等。這樣既錯開歷時較短的洪峰,緩解橋區積水,又充分利用雨水資源。
四、設計中應注意的問題
下立交雨水系統設計與城市雨水系統的設計原理相同,但有其特殊性。
1、雨水幫浦站集水池容積及流態
對潛水幫浦站而言,集水池即幫浦室,由於潛水幫浦間距較小,因此集水池大小決定著幫浦站大小和工程造價,合理地確定集水池的大小顯得尤為重要。集水池有效容積一般按《室外排水設計規範》和設計手冊中規定的不應小於最大一台幫浦5 min的出水流量計算,這是基於人工操作所需啟動時間而要求的,隨著水幫浦技術、自控技術的進步,集水池的容積可以減小。集水池雨水流態會對幫浦的執行產生影響,由於與雨水收集系統集水井直接相連,暴雨時流速較快的雨水徑流集水井直接進入集水池會形成回流、湍流,從而惡化水幫浦進水條件,導致水幫浦效率下降,應採取導流等措施改進雨水流態以助於幫浦站的正常執行,可採取的措施有:
設定導流板或導流墩、壓水板或擋水板等。
2、水幫浦的控制與安裝
下立交雨水系統幫浦站宜採用潛水幫浦,其設計流量在自動控制時應按設計秒流最確定,人工控制時應按最大小時流量確定,水幫浦數量應不少於2臺,以保證有1臺備用幫浦。水幫浦的控制手段與能否及時排除雨水密切相關。自動控制不僅有助於及時排水,還直接影響集水池的大小,可減小集水池容積,因此下立交排水宜充分利用潛水幫浦易於實現自動控制的優點,採用報警水位雙幫浦啟動方式控制,即高水位(小雨)時啟動1臺水幫浦,超高水位(大雨)時再啟動1臺水幫浦並報警。
值得注意的是,使用潛水幫浦時最低水位不應低於電動機露出液面部分的一半高度。
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