CN107558561A - 一种城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统施工方法，通过根据立交桥非动力排放高程差ΔH确定雨水排放点，然后确定立交桥下凹段排水汇水区域，并计算立交桥下凹段的雨水排放规模，最后对立交桥雨水非动力排放系统进行施工。通过对立交桥所在地域范围内排放点的论证，使得大量立交桥排水能够采用非动力排水模式，更加高效易行。解决了现有技术中采用泵站动力系统排水模式存在的问题，减小了工程占地面积，缩短了建设周期，投资小，能耗低，显著降低了系统运行对电能的依赖，明显的提高了系统运行的可靠性。

Description

一种城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统施工方法

技术领域

本发明属于市政排水技术领域，具体涉及一种城市立交桥下凹段排水系统施工方法。

背景技术

我国经过改革开放三十多年的发展，城市化进程加快，很多城市建设用地大面积拓展，城市建设日新月异，出现了许多立体交通工程，立交桥下凹段的排水问题日益尖锐。因暴雨而出现内涝的城市也越来越多，而一座城市在发生内涝时，立交桥往往是淹水最深的路段，小则出现交通瘫痪，大则危及人民群众的生命财产安全。立交桥排水建设已经成为城市建设绕不开的痛点，立交排水问题已经成为社会热点问题。

对于城市立交桥下凹段排水的设计施工，设计施工方法基本趋向于采用泵站动力系统排水的模式，业界甚至出现了一遇到立交排水即采用泵站抽排的习惯性思维。依靠泵站动力抽排的思路，存在如下缺点，工程占地大、建设期长、投资大、能耗高、容易形成小循环，系统运行对电能的依赖较大，运行可靠性低，停电即停运是其最大的隐患。

发明内容

本发明提供的一种城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统施工方法，通过对立交桥下凹段排水汇水区域的合理确定，以及立交桥所在地域范围内排放点的论证，使得立交桥排水能够采用非动力排水模式，更加高效易行。解决了现有技术中采用泵站动力系统排水模式存在的问题，减小了工程占地面积，缩短了建设周期，投资小，能耗低，显著降低了系统运行对电能的依赖，明显的提高了系统运行的可靠性。

附图说明

图1为该城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统实施方法流程图

图2为城市立交桥雨水非动力排水的区域分析图

图3A为立交桥雨水非动力排水系统布置图

图3B为管线穿越立交桥孔洞断面图

具体实施方式

为说明本发明的内容及特点，结合附图实施例进行进一步阐述，本实施例是用于说明本发明，而不限于限制本发明的范围。

如图1为城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统施工流程图，按照本流程，实施方式如下：

第一步：根据立交桥非动力排放高程差ΔH确定雨水排放点。首先根据相关水文地资料、区域范围内地形资料等，获取立交桥下穿段(下凹段)路面7的路面高程，附近湖塘水系的常水位高程h1，河道或防洪沟的洪水位高程h2，以及附近市政雨水排水系统中大型管渠的高程h3。

如果附近没有湖塘水系、河道或防洪沟水系的情况下，排水系统可以选择市政雨水排水系统中的大型管渠作为排放点。

排放高程差ΔH按下式计算：

排放高程差ΔH＝立交桥下凹段低点高程一(非动力排水系统排放点处高程+安全水头H)

安全水头H取值分三种情况，为：

H＝0.5米，非动力排水系统排放点为市政雨水排水系统中的大型管渠

H＝常水位高程h1+0.5，非动力排水系统排放点为湖塘水系

H＝洪水位高程h2+0.5，非动力排水系统排放点为河道或防洪沟

排放点的选择次序为，先河道或防洪沟，再湖塘水系，最后市政排水系统。按照次次序分别计算得出排放高程差ΔH。

按照排放点的选择次序对比排放高程差ΔH与坡度差的关系。该坡度差是排水总干管20的起点(即跌水井24与排水总干管20的连接处)和终点(即排水口27处)的高程差。当得出排放高程差大于坡度差时，说明该排放点满足重力排放要求，系统的排放点选择恰当，立交桥雨水非动力排放可行。

第二步：确定立交桥的雨水汇水区域的面积，计算立交桥下凹段的雨水排放规模。立交桥下凹段雨水排放规模计算公式如下：

Q＝Ψ*F*q

式中：Q——雨水设计流量(L/s)

q——设计暴雨强度(L/s.10⁴m²)

F——汇水区域面积(10⁴m²)

Ψ——径流系数

汇水区域面积F是影响雨水量大小的直接参数，其确定应结合排水区域10划分而定。

径流系数Ψ应根据周围地面性质的不同采用加权平均法计算得出，其值不宜小于0.8。

暴雨强度q应根据暴雨强度公式计算，公式为：

式中：q——设计暴雨强度(L/(s.10⁴m²))

t——降雨历时(min)

P——设计重现期(年)

t、b的值根据《给水排水设计手册》中发布的各地区暴雨强度公式确定。

按照排放点处河流、湖塘、防洪沟等水系的行洪断面核算，确定可以接纳立交桥的雨水规模。

第三步，对立交桥雨水非动力排放系统进行施工。如图2所示，将排放系统分为子系统一12、子系统二13、子系统三14、子系统四15，子系统一12和子系统三14通过连通管18相连组成第一雨水系统；子系统二13和子系统四15通过连通管18’相连，组成第二雨水系统，连通管18/18’敷设在非机动车道孔洞内路面下，布置断面如图3中的横断面图。第一雨水系统和第二雨水系统通过加重钢砼管19连接后排入总跌水井24。总跌水井24的跌差确定为1.1米，既要考虑干渠的排放坡度，又要兼顾洪水位的指标，防止发生倒灌或发生“顶托”现象。

子系统一12和子系统二13包括六箅收水浅井一17，六箅收水浅井一17是子系统一12和子系统二13的收水构筑物，收集雨水后通过连接管22排入集水井23。子系统三14和子系统四15包括六箅收水浅井二16，六箅收水浅井而16是子系统三14和子系统四15的收水构筑物，收集雨水后通过连接管22排入集水井23。其他收水浅井连接方式同上。

十六箅收水浅沟21设置于立交桥下凹段低点处的左右两侧，十六箅收水浅沟21通过连接管25排入检查井26，两座检查井26分别接入各自系统的跌水井28，跌水井28之间通过管道19连通后，接入总跌水井24。

立交桥雨水通过4个子系统将雨水收集并汇至总跌水井24后，排入总干管20，总干管20是整个雨水系统的出水总干，总干管20一直向下游敷设至截洪沟6，将雨水最终排入截洪沟6。雨水排出口做八字出水口27。

下面以某城市某立交桥为例，具体说明城市立交桥下凹段雨水非动力排水设计施工方法。

如图3为城市某立交桥的排水区域分析图，城市道路1下穿铁路2，修建下穿式立交桥3，下穿段机动车道路面7与非机动车道8路面高程相比，下凹深度达7m。形成了长1200米的集水路段。按照道路车辆通行要求，最低点高程为1087.2米。利用收集到的地形图资料4，在全地域范围内进行排查分析，在距离立交桥150米向东有一条季节性河流5，河流5的河底高程为1088.5米，其洪水位线高程h2为1090.5米。在距离立交桥1800米处有防洪沟6，防洪沟6沟低高程为1081.2米，50年一遇洪水高2米，其洪水位线高程h2为1083.2米。

选择河流5、防洪沟6为非动力排水系统的排放点，按照上述计算排放高程差的公式，选择河流5时，排放高程差ΔH计算结果为-3.8米；选择防洪沟6时，排放高程差ΔH为+3.5米。

ΔH为负数显然不满足非动力排放的高程差要求。说明选择河流5为排放点不满足非动力排水条件，不可行。选择防洪沟6为非动力排水系统的排放点，其排放高程差ΔH为+3.5米，大于坡度差，说明选防洪沟6为排放点满足重力排放要求，立交桥雨水非动力排放可行。

采用高水高排，对立交桥进行排水分区，将立交排水系统的汇水区域面积设定为6公顷。

计算立交桥下凹段汇集雨水量规模，雨水量规模计算公式如下：

Q＝Ψ*F*q

式中：Q——雨水设计流量(L/s)

q——设计暴雨强度(L/(s.10⁴m²))

F——汇水面积(10⁴m²)

Ψ——径流系数

汇水面积F是影响雨水量大小的直接参数，其确定应结合区域排水分区的划分而定，充分利用“高水高排，低水低排”的原则，尽可能合理的减小汇水面积F的取值。

径流系数Ψ应根据周围地面性质的不同采用加权平均法计算得出，其值取0.8。

暴雨强度q应根据暴雨强度公式计算，公式为：

式中：q——设计暴雨强度(L/(s.10⁴m²))

t——降雨历时(min)

P——设计重现期(年)

t、b的值根据《给水排水设计手册》中发布的各地区暴雨强度公式确定，暴雨强度公式按照该地区的暴雨强度公式，设计重现期P按照《室外排水设计规范》规定的取值范围，P取20年。

根据以上参数，计算立交桥雨水汇水量规模为1350L/s。

按照防洪沟6的行洪断面核算，完全可以接纳立交桥的雨水规模。

如图2为立交桥雨水非动力排放系统布置图。排水系统分为四个子系统12、13、14、15，子系统12和子系统14通过连通管18相连组成西侧雨水系统；子系统13和15通过连通管18相连，组成东侧雨水系统，连通管18敷设在非机动车道孔洞内路面下，布置断面如图3中的横断面图。

西侧系统和东侧系统通过加重钢砼管19连接后排入总跌水井24，总跌水井24的跌差确定为1.1米，既要考虑干渠的排放坡度，又要兼顾洪水位的指标，防止发生倒灌或“顶托”现象。

六箅收水浅井17，收集雨水后通过连接管22排入集水井23。其他六箅收水浅井连接方式同上。

立交桥下凹段低点处，东西两侧系统均设置十六箅收水浅沟21，通过连接管25排入检查井26。

立交桥各个雨水子系统将雨水收集并汇至总跌水井24后，排入总干管20，总干管20向下游敷设至截洪沟6，将雨水排入截洪沟6。雨水排出口做八字出水口。

城市立交桥下凹段的非动力排水模式同泵站动力抽排模式相比，可谓优点很多，投资少、占地省、实施快、节能高效、运行稳定，排放可靠性高，后期维护管理简单，不需要设置专门的管理人员，没有停电即停运的隐患。

在立交桥排水设计中，采用非动力排水模式，最重要的一点是如何突破排水高差问题的瓶颈，扩大应用范围。在立交桥排水工程中，大多数在高程上难以满足直接排放要求。需要设计者突破常规，因地制宜，多措并举来解决。遇到立体交叉工程最低点低于旁边水系的情况时，需考虑向城市下游扩大论证研究范围，寻找更低的排放点，采用长距离管渠解决；如果这些水系湖面都没有，可以论证周围的公园绿地，或建设地下调蓄水池，将立交桥处的排水矛盾转移到危害较小的地区解决；如果高程差还不满足，需要利用路面纵坡和起拱点变化结合盖板沟、截流沟、跌水井等方式来设计，尤其是浅沟、多箅雨水口的应用，往往能加大高程差，起到意想不到的效果。在上述实例中，就采用了十六箅联立雨水口，在桥下高程受限的地方，采用盖板浅沟结合多箅雨水口的方法，提高了子系统的高程，进而提高整个雨水收集排放系统的效率。

Claims (4)

1.一种城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统施工方法，其特征在于：第一步：根据立交桥非动力排放高程差ΔH确定雨水排放点，排放高程差ΔH按下式计算：

排放高程差ΔH＝立交桥下凹段低点高程-(非动力排水系统排放点处高程+安全水头H)

安全水头H取值分三种情况，为：

H＝0.5米，非动力排水系统排放点为市政雨水排水系统中的大型管渠

H＝常水位高程h1+0.5，非动力排水系统排放点为湖塘水系

H＝洪水位高程h2+0.5，非动力排水系统排放点为河道或防洪沟

将排放高程差ΔH与坡度差进行比较，其中该坡度差是排水总干管(20)的起点和终点的高程差，当排放高程差ΔH大于坡度差时，说明该排放点满足重力排放要求，系统的排放点选择恰当，立交桥雨水非动力排放可行；其中，排水总干管(20)的起点为排水总干管(20)与跌水井(24)的连接处，排水总干管(20)的终点是排水总干管(20)将雨水排放到非动力排水系统排放点的排水口(27)；

第二步：确定立交桥的雨水汇水区域的面积，计算立交桥下凹段的雨水排放规模；

第三步：对立交桥雨水非动力排放系统进行施工，将排放系统分为子系统一(12)、子系统二(13)、子系统三(14)、子系统四(15)，子系统一(12)和子系统三(14)组成第一雨水系统；子系统二(13)和子系统四(15)组成第二雨水系统，第一雨水系统和第二雨水系统通过加重钢砼管(19)连接后将雨水排入总跌水井(24)，之后将雨水排入排水总干管(20)，排水总干管(20)是整个雨水非动力排水系统的出水总干管，排水总干管(20)一直向下游敷设至非动力排水系统排放点。

2.根据权利要求1所述的城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统施工方法，其特征在于：计算立交桥下凹段雨水排放规模计算公式如下：

Q＝Ψ*F*q

式中：Q——雨水设计流量(L/s)

q——设计暴雨强度(L/(s.10⁴m²))

F——汇水区域面积(10⁴m²)

Ψ——径流系数

F是影响雨水量大小的直接参数，其确定应结合排水区域(10)划分而定；

Ψ应根据周围地面性质的不同采用加权平均法计算得出，其值不宜小于0.8；

q应根据暴雨强度公式计算，公式为：

<mrow> <mi>q</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>167</mn> <msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>C</mi> <mi>lg</mi> <mi>P</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>n</mi> </msup> </mfrac> </mrow>

式中：q——设计暴雨强度(L/(s.10⁴m²))

t——降雨历时(min)

P——设计重现期(年)

t、b的值根据《给水排水设计手册》中发布的各地区暴雨强度公式确定，按照排放点处河流、湖塘、防洪沟等水系的行洪断面核算，确定可以接纳立交桥的雨水规模。

3.根据权利要求1或2所述的城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统施工方法，其特征在于：排放系统还包括：子系统一(12)和子系统二(13)包括六箅收水浅井一(17)，六箅收水浅井一(17)是子系统一(12)和子系统二(13)的收水构筑物，收集雨水后通过连接管(22)排入集水井(23)；子系统三(14)和子系统四(15)包括六箅收水浅井二(16)，六箅收水浅井而(16)是子系统三(14)和子系统四(15)的收水构筑物，收集雨水后通过连接管(22)排入集水井(23)；十六箅收水浅沟(21)设置于立交桥下凹段低点处的左右两侧，十六箅收水浅沟(21)通过连接管(25)排入检查井(26)，两座检查井(26)分别接入各自系统的跌水井(28)，跌水井(28)之间通过管道(19)连通后，接入总跌水井(24)；立交桥雨水通过4个子系统将雨水收集并汇至总跌水井(24)后，排入总干管(20)，总干管(20)是整个雨水系统的出水总干，总干管(20)一直向下游敷设至截洪沟(6)，将雨水最终排入截洪沟(6)，雨水排出口做八字出水口(27)。

4.根据权利要求3所述的城市立交桥下凹段雨水非动力排水系统施工方法，其特征在于：排放点的选择次序为，先河道或防洪沟，再湖塘水系，最后市政排水系统。