城市高架桥排水设计研究

李振宇，孙明岩，2

（1.深圳市特区建设发展集团有限公司，广东 深圳 518048；2.港铁物业发展（深圳）有限公司，广东 深圳 518019）

城市高架桥排水设计研究

李振宇1，孙明岩1，2

（1.深圳市特区建设发展集团有限公司，广东 深圳 518048；2.港铁物业发展（深圳）有限公司，广东 深圳 518019）

为缓解日益增长的交通压力,高架桥这种道路型式越来越多的被应用于在城市交通体系中，因其长期处于露天状态，保证桥上车辆的安全及通行能力的同时，必须确保雨后桥面排水迅速，线路通畅。介绍了高架排水的重要性、任务及排水的方式，对于华南沿海多雨地区高架桥泄水口布置及排水路径设计，提出较可行且效果良好的改进措施。

高架桥；桥面排水；雨水量；泄水孔

0　引言

排水设计是城市高架道路的一个重要组成部分，其直接关系到高架道路运行的安全可靠性、投资的经济合理性。高架桥排水设计能否妥善解决排水问题，是确保道路交通正常运行的关键。高架排水系统不能及时地排除降水，就会威胁车辆运行安全，导致道路交通中断，而大多数高架桥一般又位于城市道路系统的咽喉区域，一旦阻塞影响很大。

高架桥排水是与城市路网密切相关的工程，解决好高架桥排水问题，应当选择经济合理、切实可行的排水方案，对于使用过程中积水、泄水不利等情况，需要优化设计及后期改造，务必确保排水良好。

1　排水坡度拟定原则

高架桥面排水汇水集中、低洼桥面产生较大汇水面积，且桥梁排水立管管径较细，不宜于快速排水，容易产生积水现象。排水系统主要由泄水口、排水立管和地面接收井3部分组成。对于纵坡较缓的高架道路，其桥面排水通过每个桥墩处设置的排水立管分散排泄，但对于立交纵坡较大的高架道路，瞬时雨量较大时，造成低洼地带积水，通过较小的雨水口及排水立管无法及时排出。如过高架桥面排水系统不完善，不仅会影响立交道路的交通，而且可能影响到周围区域的路网整体排水效果。按照坡度分段，设置如下[1]：

（1）当高架桥面纵坡小于0.3%时，雨水主要通过每个雨水泄水孔排放，其地面接收井间隔为20～30 m设置一个，雨水泄水孔采用排水效果好的顶侧向联合式雨水口。

（2）在桥面纵坡大于1.3%、小于2%时，桥面雨水顺纵坡往下游流动，在桥面横坡不大的情况下，实际水面宽度大于雨水泄水孔宽度，一部分雨水被雨水孔截流，另一部分雨水顺流而下，在下流低洼处汇集。在这种状况下，位于坡道处的高架及坡道雨水口应采用排水效果好的顶侧向联合式雨水口，同时桥面低洼路段增加雨水口数量及立管管径。

（3）当桥面纵坡大于2%时，桥面雨水水流处于急流状态，部分水流会跃过雨水泄水口而形成跳跃，需要对桥面低洼路段进行特殊设计，以确保雨水顺利排放。

2　排水计算

排水计算首先要确定设计径流量,然后根据设计径流量来检算排水管设置的间距是否合理,即浅三角形过水断面的计算,最后间距满足规范要求就可以根据设计径流量来确定泄水管尺寸。

当桥面水不能迅速排泄时，会形成水膜而影响行车安全及通行能力，因此须在桥面汇水处设置泄水口（道路低洼和易积水地段应根据需要适当增加泄水口），以及时排除桥面雨水，确保在设计重现期内排水畅通、不积水。

2.1径流产生过程

地面点在受雨过程中，首先被植物截留。对于高架桥面而言，混凝土结构且无植物截留，径流系数较一般地面大得多，因此余水历时、径流历时、降雨总历时三者的起始点基本相同，累积入渗量极小。

2.2雨水量计算参数说明

（1）路面径流系数[2]（runoff coefficient）

一定汇水面积内地表径流量（mm）与降水量（mm）的比值，是任意时段内的径流深度y（或径流总量W）与同时段内的降水深度x（或降水总量）的比值。径流系数说明在降水量中有多少水变成了径流，它综合反映了流域内自然地理要素对径流的影响，根据《公路排水设计规范》[3]规定，混凝土路面的迳流系数ψ=0.90。

（2）重现期（recurrence interval）

某特定暴雨强度的重现期指大于或等于该值的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间，单位是年（a）。由于城市高架桥通行能力大，堪称百年大计，P可取大值。

（3）集水时间（time of flow）

雨水从相应汇水面积的最远点地表径流到雨水管渠入口的时间。其计量单位通常以min表示。

2.3设计径流量的计算

设计径流量的方法是:首先计算汇水面积F,然后根据公路的等级确定设计重现期和假定汇流历时,在缺乏当地的雨量资料时,可根据中国5 a一遇10 min降雨强度等值线图确定标准降雨强度q5,10,再通过重现期转换系数和降雨历时转换系数转换成设计重现期内假定汇流历时的平均降雨强度q,再根据路面条件确定径流系数Φ,这样就可以计算出设计径流量。

例如华南地区某市高架桥项目:

汇水面积F=9.8×5×10-6=0.000 049 km2

先假设汇流历时5 min,设计重现期为50 a,查等值线图,5 a重现期和10 min降雨历时的标准降雨强度q5,10=2.5 mm/min。

重现期转换系数CP=1.27；

60 min降雨强度转换系数C60=0.4；

降雨历时转换系数（t=5 min）C t=1.25；

降雨强度q=CPCtq5,10=1.27×1.25×2.5

=3.97 mm/min；

混凝土路面径流系数Φ=0.90；

设计径流量QS=16.67ΦqF=16.67×0.90×3.97× 0.000 049=0.003 m3/s。

3　泄水管选择

设计径流量确定，泄水管间距满足规范要求后，就可以根据流量来选择泄水管。

3.1不同泄水管径、间距5 m，横坡2%时的排水能力计算

（1）管径为Φ120 mm时采用竖排

其中当横坡

ih=2%,H=0.026 m,L=0.6 m,A=0.001 6 m2,n=0.015, Q2=0.002 m3/s。

（2）管径为Φ170 mm时采用竖排

ih=2%,H=0.026 m,L=0.6 m,A=0.002 0 m2,n=0.015, Q2=0.004 m3/s。

泄水能力见表1。

表1　泄水能力表

3.2根据规范的规定检验泄水管选择的合理性

（1）泄水管的横截面积一般按排泄3倍设计流量考虑[4]。

桥面低点处泄水口的数量，应根据汇集到低点的雨水量（Q）及每个泄水口的泄水能力计算，考虑初期雨水中杂物堵塞的影响，实际布置数量应增加1/5～1/4。泄水管布置的位置一般沿顺桥向纵坡方向布置于桥面的低点处。

（2）泄水口的过水面积通常按每平方米桥面不少于2～3 cm2设置。

当低点两侧的坡道纵坡较缓时（2%以下），可适当增加布置泄水口，以减轻大量径流雨水汇集到低点，但不扣减低点处泄水口的数量，以保证排水安全。当道路纵坡大于2%时，则不必设置泄水口。面积较大的桥面，在引道、匝道、中间分隔带等适当位置，应当设置雨水口。处于最高位置的跨线桥，为了不使雨水径流过长距离，宜采用泄水口排水，通过立管引入下层检查井中，如雨量再大则需要配合紧急排水孔完成。

4　结语

综上所述，桥面泄水管的最小内径不小于150mm，桥面泄水口3～5 m，竖向布置时能满足规范要求，水平设置时须设计排水明沟或提高水头高度的方法才能满足规范要求。因此为提高桥梁的使用功能，确保行车安全，延长桥面的使用寿命，应加强桥面排水设计，充分考虑各个因素的影响，从而使得泄水管口布置更加经济合理。市政道路网平交路口较多，同时应详细考虑交叉口竖向设计，保证道路整体排水效果良好。

[1]袁建平,方正,张鸿斌,罗梅.城市立交道路排水设计[J].中国农村水利水电,2006(1):42-43.

[2]孙慧修.排水工程(上册)[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[3]JTG/T D33-2012,公路排水设计规范[S].

[4]张昌伟.公路桥梁桥面排水计算的方法 [J].铁道勘察与设计, 2008(9):34-36.

[5]段成章.道路平面交叉口竖向设计基本方法[J].中国市政工程, 2008(2):26-28.

TU992.03

A

1009-7716（2016）02-0126-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.034

2015-10-28

李振宇（1980-），男，河北香河人，工程师，从事工程管理工作。