CN103437282A - 一种公路桥面径流收集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用在公路桥面径流水集中收集技术领域的处理系统。该系统由导水管、不锈钢收集槽、固定吊架、沉淀池组成；所述的固定吊架通过膨胀螺栓固定在桥梁防撞墙的外侧；所述的导水管位于防撞墙底部与桥面的结合处，与桥面保持水平，并开口于不锈钢收集槽；所述的不锈钢收集槽沿桥梁纵坡布置，为上开口型，置于固定吊架内，在不锈钢收集槽两端由pvc管通入沉淀池；所述的沉淀池位于桥一端或者两端河道堤坝外。本发明设计的公路桥面径流水收集系统，解决了收集管线材质易老化、冬季易冻裂、管线易堵塞等问题，用于桥面径流水集中收集，可减少桥面径流对水环境的污染，也可用于防止危险化学品泄漏对水源污染的应急处置中。

Description

一种公路桥面径流收集系统

技术领域

本发明属于公路桥面径流水集中收集技术领域，用于桥面径流水（包括雨水和危险化学品泄漏等）收集，减少桥面径流对水环境的污染，也可用于防止危险化学品泄漏对水源污染的应急处置中。

技术背景

根据交通部环发184号文件的规定，公路桥梁在经过水源地二级保护区和二类以上水质的河流时，应安装桥面径流收集系统，目前该收集系统一般均采用pvc材质的收集管线，在实际应用中，桥面径流水携带者泥沙和树枝等杂物一起进入收集管线，收集管线经常发生堵塞，另外，由于排水不畅，冬季pvc收集管线也容易冻裂，不能正常发挥收集系统的应有作用。

发明内容

为解决上述现有技术中出现的问题，本发明提供一种应用在公路桥面径流水集中收集技术领域的处理系统。

本发明所述的公路桥面径流收集系统由导水管（2）、不锈钢收集槽（4）、固定吊架（3）、沉淀池（5）组成；所述的固定吊架（3）通过膨胀螺栓（1）固定在桥梁防撞墙的外侧；所述的导水管（2）位于防撞墙底部与桥面的结合处，与桥面保持水平，并开口于不锈钢收集槽（4）；所述的不锈钢收集槽（4）沿桥梁纵坡布置，为上开口型，置于固定吊架（3）内，在不锈钢收集槽（4）两端由pvc管通入沉淀池（5）；所述的沉淀池（5）位于桥一端或者两端河道堤坝外。

所述的导水管（2）为pvc材质。

所述的导水管（2）的管径为10cm。

所述的固定吊架（3）呈U形结构。

所述的沉淀池（5）自池底向外分别为防渗层、水泥砂浆层、C20钢筋混凝土层、碎石垫层及素土层。

所述的沉淀池（5）的容积为雨水径流量和一次危险化学品泄漏量之和，按下式计算：

V=Q₁+Q₂

式中：V为沉淀池容积，单位为m³；Q₁为雨水径流量，单位为m³；Q₂为一次危险化学品泄漏量，单位为m³；

其中：Q₁=Q_桥·t

式中：Q_桥为桥面设计径流量，单位为m³/s；t为降雨历时，单位为s；

桥面设计径流量按下式计算：

式中：

为径流系数；a为设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，单位为mm/min；F为桥面径流收集范围内的汇水面积，单位为km²。

所述的不锈钢收集槽为矩形，b为不锈钢收集槽的宽度，单位为m；h为不锈钢收集槽的深度，单位为m；并且b/h=2，即不锈钢收集槽的宽深比为2，此时过水能力最大；

由计算式：

可计算得到不锈钢收集槽的宽度和深度；

其中：Q为不锈钢收集槽各段的累积设计流量，单位为m³/s；R为水力半径，不锈钢收集槽为矩形时，R=bh/（b+2h），单位为m；V为水流速度，单位为m/s；A为不锈钢收集槽截面面积，单位为m²；i为不锈钢收集槽的槽底纵坡；C为谢才系数，

其中n为不锈钢收集槽的糙率。

本发明设计的公路桥面径流收集系统，解决了收集管线材质易老化、冬季易冻裂、管线易堵塞等问题，用于桥面径流水集中收集，可减少桥面径流对水环境的污染，也可用于防止危险化学品泄漏对水源污染的应急处置中。

附图说明：

图1为本发明设计的公路桥面径流收集系统示意图；1-膨胀螺栓，2-导水管，3-固定吊架，4-不锈钢收集槽。

图2为沉淀池的结构示意图；5-沉淀池，6-防渗层，7-水泥砂浆层，8-C20钢筋混凝土层，9-碎石垫层，10-素土层。

具体实施方式

实施例1

某公路大桥，T型梁结构；单孔跨径40m，共5孔，桥长为200m；桥面净宽为24m，半幅净宽为12m；桥面纵坡为0.5%，横坡为2%；桥面泄水孔布设间距为5m。

为该公路大桥设计一个公路桥面径流收集系统，该系统由导水管2、不锈钢收集槽4、固定吊架3、沉淀池5组成；所述的固定吊架3通过膨胀螺栓1固定在桥梁防撞墙的外侧；所述的导水管2位于防撞墙底部与桥面的结合处，与桥面保持水平，并开口于不锈钢收集槽4；所述的不锈钢收集槽4沿桥梁纵坡布置，为上开口型，置于固定吊架3内，在不锈钢收集槽4两端由管径为20cm的pvc管通入沉淀池5；所述的沉淀池5位于桥低端的河道堤坝外。

所述的导水管2为pvc材质，管径为10cm。

所述的固定吊架3为钢制，呈U形结构，厚0.5cm，间隔为5m。

所述的沉淀池5自池底向外分别为涂有防渗涂料的防渗层6、用于抹面的水泥砂浆层7、作为底板的C20钢筋混凝土层8、碎石垫层9及夯实的素土层10。

（1）沉淀池的容积为雨水径流量和一次危险化学品泄漏量之和，按下式计算：

V=Q₁+Q₂

式中：V为沉淀池容积，单位为m³；Q₁为雨水径流量，单位为m³；Q₂为一次危险化学品泄漏量，单位为m³；根据运输车辆一般载荷情况，一次危险品泄漏量取20-60m³，本次取30m³；

其中：Q₁=Q_桥·t

式中：Q_桥为桥面设计径流量，单位为m³/s；t为降雨历时，单位为s；根据本地区的气象统计数据，本次取300s；

桥面设计径流量按下式计算：

式中：

为径流系数，无量纲，其中沥青混凝土路面雨量径流系数取0.9；a为设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，单位为mm/min，根据本地区的气象统计数据，取30mm/5min；F为桥面径流收集范围内的汇水面积，单位为km²；

可知，Q_桥=16.67×0.9×30/5×200×12×10^-6=0.22m³

Q₁=Q_桥·t=0.22×300=66m³

沉淀池容积为66+30=96m³

（2）不锈钢收集槽为矩形，b为不锈钢收集槽的宽度，单位为m；h为不锈钢收集槽的深度，单位为m；并且b/h=2，即不锈钢收集槽的宽深比为2，根据明渠水力最佳断面，当渠道过水断面面积、糙率、渠道坡底一定时，过水能力最大的断面形状为宽深比为2；

由计算式：

可计算得到不锈钢收集槽的宽度和深度；

其中：Q为不锈钢收集槽各段的累积设计流量，单位为m³/s；R为水力半径，不锈钢收集槽为矩形时，R=bh/（b+2h），单位为m；V为水流速度，单位为m/s；A为不锈钢收集槽截面面积，单位为m²；i为不锈钢收集槽的槽底纵坡，取值为0.005；C为谢才系数，

其中n为不锈钢收集槽的糙率，取值为0.009；

首先计算不锈钢收集槽各段的累积设计流量Q：

暴雨强度公式为： $q=\frac{1532.7(1+1.08\mathrm{lgp})}{{(6.9+T)}^{0.87}}$

其中，P为重现期，高速公路一般取5年；

T为降雨历时，T=t₁+mt₂

其中t₁为桥面汇流历时，单位为min；m为延缓系数，取值为0.01；t₂为桥面汇流在不锈钢收集槽内的流动时间，单位为min；

$t_1=1.445{\left[\frac{m_l{L}_S}{\sqrt{i_s}}\right]}^{0.467}$

$i_s=\sqrt{{i^2}_x+i_y^2}$

m_l为地表粗度系数，沥青混凝土路面取0.013；

L_S为在纵坡和横坡的作用下桥面径流的实际流程，单位为m；

i_s为在纵坡和横坡的作用下桥面径流的实际方向，i_x为桥面纵坡，i_y为桥面横坡；

$t_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{l_i}{{60v}_i}\right)$

n为桥面分段数；l_i为第i段的长度，单位为m；v_i为第i段的平均流速，m/s；按照v_i=20i^0.6近似计算，i为不锈钢收集槽的槽底纵坡，取值为0.005；

不锈钢收集槽各段的累积设计流量计算公式为

其中ΣF为不锈钢收集槽各段的累积汇水面积；

为径流系数，无量纲；q为暴雨强度，单位为升/秒·公顷；

由计算式： $Q=A\·V=A\·C\·\sqrt{R\·i}$

反推得出， $h={\left(0.101Q\right)}^{\frac{3}{8}}$

由下述表格得出，200m长桥梁的不锈钢收集槽各段的累积设计流量为0.06493，代入上式得出：

h=0.151m

则b=2h=0.302m

本工程桥面排水水力计算表

Claims (7)

1.一种公路桥面径流收集系统，其特征在于，该系统由导水管（2）、不锈钢收集槽（4）、固定吊架（3）、沉淀池（5）组成；所述的固定吊架（3）通过膨胀螺栓（1）固定在桥梁防撞墙的外侧；所述的导水管（2）位于防撞墙底部与桥面的结合处，与桥面保持水平，并开口于不锈钢收集槽（4）；所述的不锈钢收集槽（4）沿桥梁纵坡布置，为上开口型，置于固定吊架（3）内，在不锈钢收集槽（4）两端由pvc管通入沉淀池（5）；所述的沉淀池（5）位于桥一端或两端河道堤坝外。

2.如权利要求1所述的一种公路桥面径流收集系统，其特征在于，所述的导水管（2）为pvc材质。

3.如权利要求1所述的一种公路桥面径流收集系统，其特征在于，所述的导水管（2）的管径为10cm。

4.如权利要求1所述的一种公路桥面径流收集系统，其特征在于，所述的固定吊架（3）呈U形结构。

5.如权利要求1所述的一种公路桥面径流收集系统，其特征在于，所述的沉淀池（5）自池底向外分别为防渗层、水泥砂浆层、C20钢筋混凝土层、碎石垫层及素土层。

6.如权利要求1所述的一种公路桥面径流收集系统，其特征在于，所述的沉淀池（5）的容积为雨水径流量和一次危险化学品泄漏量之和，按下式计算：

V=Q₁+Q₂

式中：V为沉淀池容积，单位为m³；Q₁为雨水径流量，单位为m³；Q₂为一次危险化学品泄漏量，单位为m³；

其中：Q₁=Q_桥·t

式中：Q_桥为桥面设计径流量，单位为m³/s；t为降雨历时，单位为s；

桥面设计径流量按下式计算：

式中：

为径流系数；a为设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，单位为mm/min；F为桥面径流收集范围内的汇水面积，单位为km²。

7.如权利要求1所述的一种公路桥面径流收集系统，其特征在于，所述的不锈钢收集槽为矩形，b为不锈钢收集槽的宽度，单位为m；h为不锈钢收集槽的深度，单位为m；并且b/h=2，即不锈钢收集槽的宽深比为2，此时过水能力最大；由计算式：

可计算得到不锈钢收集槽的宽度和深度；

其中：Q为不锈钢收集槽各段的累积设计流量，单位为m³/s；R为水力半径，不锈钢收集槽为矩形时，R=bh/（b+2h），单位为m；V为水流速度，单位为m/s；A为不锈钢收集槽截面面积，单位为m²；i为不锈钢收集槽的槽底纵坡；C为谢才系数，

其中n为不锈钢收集槽的糙率。

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