北辰西道韩家墅市场地道排水系统设计探讨.pdf

1 0 4 防洪排水 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 1 2 月第 1 2 期 北辰西道韩家墅市场地道排水系统设计探讨 苏选 军 ( 中 国市 政工程 华北设 计研 究 总院 ， 天津市 3 0 0 0 7 4 ) 摘 要 ： 以天 津市北 辰西道 韩家墅 市场地道 排水 系统为例 ， 详 细分析 了地 道排水 系统 的特 点 、 设 计标 准 ， 并 对盲 沟系统 、 地 道排 水泵站 的设计做 了介绍 ， 可供 相关工程参 考借鉴 。 关键词 ： 下穿地 道 ； 盲 沟系统 ； 驼峰 中图分 类号 ： T U 9 9 2 文 献标 识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 1 0 4 0 3 0 前言 随着城市化进程 的不断加快 ，城市道路在穿 越 铁路 、 公路 、 城市 主干道 等节点性工 程 中， 建设 了大量 的地道 ，地道 的建设对 改善区域交通通行 能力起到了至关重要的作用。 下穿地道 的排水系统 是地道的重要组成部分 ， 是确保地道安全通行的重 要保证 。近几年因地道积水影响交通通行 、 造成交 通中断 、 甚至发生人员伤亡的事例 时有发生 ， 因此 研究地道排水系统的设计具有非常重大的意义。 1 工程简介 北辰西道工程是 贯穿 天津市北辰 区中西部 的 城市一级 主干路 ， 西起现状 1 0 4国道， 东 至外 环西 路 ， 全长 5 9 k m， 宽 5 0 m。工程路段 自东向西经过 韩家 墅农 产品批发市场 、 南 曹铁路 、 韩家 墅村 、 青 光村 、 京沪高铁等控制点位。 北辰西道工程将原有的韩家墅农产品批发市 场分为南北两区 ， 为 了使南北两区能进行人员 、 非 机动车辆的互通，建设韩家墅市场下穿北辰西道 地道很有必要( 见 图 1 ) 。 图 1工程位置 示意 图 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 6 04 作 者简介 ： 苏选军 ( 1 9 7 7 一) ， 男 ， 陕西咸 阳人 ， 硕 士 ， 工程师 。 主 要从 事给水排 水设计工作 。 韩家墅市场地道全长 1 9 6 m， 宽 1 0 m ， 高 2 5 n l ， 其 中敞开段 6 1 m+ 6 5 m， 暗埋段 7 0 m。 2 地道排 水 系统 的特点 地道一般是道路穿越铁路 、 公路 、 城市主干道 时采用 的立交形式 ， 中间部分 为封 闭箱涵 ， 两侧 为 引道 ， 引道 的纵坡较大( 通常在 2 3 5 之间1 ， 在 地 道引道 出入 口处设有排水驼峰( 引道与地 面相 连接处高程略高 0 2 0 5 m左右) ， 即道路反向纵 坡 ， 以防地道 以外的客水流人 。下穿地道排水主要 具有降雨汇水时间较快， 水量大且集中的特点， 如 不及时排除， 极易造成严重的积水现象 ， 影响交通 。 3 地道 排水 系统组成 由于地道地面标高比较低， 在该工程中地 道最 低点标 高仅为 0 8 1 m，而周边地块标 高在 4 3 5 0 m之间 ，两者相差近 4 m，而地下水位较高为 3 3 4 0 m之间 ， 地道犹如船坞一般漂浮在潜水面 上 ， 因此须做好排水系统的设计 。 地道 排水 系统 的作用 主要包 括两个 方 面 ： 第 一 ，降低地下水 ， 把地下水位控制在箱涵底板 及引 道结构层 以下 ， 确保路基处于干燥状态 ， 使其 具有 足够 的强度和稳定性。一般来说 降低 地下水 位是 针对引道采用普 通挡土墙结构 ，对于引道 采用钢 筋混凝土 u型槽结构， 由于其结构的密封性 ， 可不 用考虑地下水 。第二 ， 在汛期及时排 除地道内汇集 的雨水 ， 保证道路交通畅通 。 地道排水 系统 由雨水 收集 系统和雨水泵 站组 成， 由于该 工程引道采用普 通挡土墙结构 ， 雨 水收 集系统作用是收集集水范围内的雨水和地下水至 集水池。 3 1 地表雨水收 集 3 1 。 1 设计标准的选择 ( 1 ) 雨水量计算按天津地区暴雨强度计算公式 ： q = qF ( L s ) ( 1 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 1 2 月第 l 2 期 城 市道桥与 防洪 防洪排水 1 0 5 式( 1 ) 中 ： p 雨水量 ， L s ； 口 暴雨强度 ， I Y ( s h m ) ； 卜汇水面积 ， h m ； 径流系数 ， 地道范 围内为单一的沥 青或混凝土路面 ， =0 9 。 q = 3 8 4 1 ( 1 + 0 8 5 1 g P ) ( t + 1 7 ) 吣( s h m )( 2 ) 式( 2 ) 中： 重现期 ， a ； 降雨历时， mi n 。 t = t l + mf 2 ( 3 ) 式( 3 ) 中： t l 地 面集水时间， m i n ； m 管道延缓系数 ； f 管内雨水流行时间( m i n ) ， t 2 =0 。 ( 2 ) 汇水面积 的确定 为保证对地 道外雨水的有效隔断 ，在两端 敞 开段 以外道路分别设置驼峰( 不小于 1 的反坡 与 两侧道路接顺 ) 。因此 ， 汇水范 围确定为驼峰两点 之间地道范 围内扣除暗埋段的面积为地道 的汇水 面积， 经计算此部分面积为 1 2 6 0 m 。 以往设计 的地道雨水 泵站往往只计算敞开段 地道汇水面积，忽 略敞开段侧壁汇水面积 的流量， 其实这是设计 中不能忽略的因素 ，其流量计算 的 汇水面积为侧壁投影面积的 1 2 。经计算 ， 韩家墅 市场下穿地道总汇水面积为 1 4 2 6 m 。 ( 3 ) 地 面集水时间 t 确定 地面集水时间 t 。 与引道的长度 ，纵坡等因素 有关 。根据文献 1 坡面汇流历时公式 ： ， h = 1 4 4 5 ( ) “ 柳 ( 4 ) x i 式( 4 ) 中 ： m。 路面粗糙系数 ， 该工程为沥青路面 ， 取 0 0 1 3 ； 引路长度 ， 该工程长度为 6 5 m； 道路设计纵坡 ， 该工程为 8 。 经计算 ， 地面集水时间 t l = 2 4 1 m i n ， 取 2 m i n 。 ( 4 ) 暴雨重现期 的确定 排水 系统的设计标准 ，特别是泵站 的设计规 模 与标 准决定整个 系统 的投资 和功能 的发挥 。根 据 文献 2 中的规定 ， 重要干道 、 地 区或短期积水 即 能引起严重后果的地区， 重现期应采用 3 5 a ， 经济 条件较好或有特殊要求的地区宜采用规定的上限。 设计选取了重现期 P = 3 a和 P = 5 a ， 起点集水时 间 l = 2 m i n的设计参数进行比较 ， 结果如表 1 。 起点集水时 间 2 m i n时 ， 5 a重现期雨水量 比 3 a 重现期高约 1 3 。为确保雨水排水系统的安全可 靠， 该工程选取设计重现期5 a ， 地面集水时间2 m i n 。 3 1 2 雨水井算的设置 地道雨水排水 主要在引道最低点设 置多组 连 表 1 雨水量 比较表 箅收水井来收集雨水 ， 就近进入泵站集水池 。多篦 水井的个数是雨水设计流量与单个集水井容纳流 量的 比值 ， 并考虑 1 2 1 3的堵塞系数 。 1 3 ( 5 ) 式( 5 ) 中 ： n 雨水井算个数 ； p 地道雨水量 ， L s ； Q 单个雨水井算过水能力( ) ， 平箅 式雨水 口在 多箅 时每个 通行 能力 Q = 1 5 L s 。 经计算 ， n = 6 ， 故在引道最低点横向暗埋设置 6 组连箅收水井来收集地道雨水 。 3 2 地下水收集 下穿地道地下水水位高于路面部分容易渗入 并侵蚀道路结构 ， 且一般不能自流排水 ， 为了保证 路基经常处于干燥状态 ，使其具有足够的强度和 稳定性 ， 不致发生翻浆和冻胀 ， 需要采取必要 的措 施排除地下水 。 3 _ 2 _ 1 地下水流量计算 地下水流 量一般应进行抽水试验 ，取得渗透 系数 、 影响半径等参数后再进行计算 。在无抽水试 验资料时 ， 可根 据钻探 资料 ， 选择地下水的最高水 位 ， 合理采 用土壤渗 透系数值 ， 进 行水量估算 ， 并 应参照附近类似工程实际运行的地下水 流量进行 参考。 地下水流量一般应进行抽水试验 ，取 得渗透 系数、 影响半径等参数后再进行计算。在无抽水试 验资料时， 可根据钻探资料 ， 选择地下水的最高水 位 ， 合理采用 土壤渗 透系数值 ， 进行 水量估算 ， 并 应参照附近类 似工程实 际运行 的地下水流量进行 参考 。 地下水流量按式 ( 6 ) 计算【 3 J ： Q = 2 B K + ( 6 ) 式( 6 ) 中： p 流 向长度为 B的沟渠水量 ， m ff d ； B 地道长度 ， m； K 渗透系数 ， m d ； R 影 响半径 ， m； 含水层厚度 ， m； 穿孔管高度 ， m。 3 _ 2 2 盲沟 系统设计 在地道两侧引道低于地下水位部分应设置盲 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 6 防洪排水 城 市道桥与防洪 2 0 1 2 年 l 2 月第 1 2 期 沟管。盲沟系统采用 网状布置形式 ， 在道路 引路下 布置纵 向盲沟干管 ，沿引路横 向布置支管并接入 干管中。横向盲沟管一般应铺设至道路挡土墙外 边线 2 m处 ，保证挡土墙外侧竖 向滤料层 的地下 水收集 ，并在横向盲沟管与道路挡土墙 相交处采 用 d 3 0 0钢筋混凝土套管保护。横向盲沟管间距可 按 2 0 2 5 I T I 布置一道 ，同时在适 当长度上设置明 窨井以检查盲沟管使用情况( 见图2 ) 。 图 2盲沟 管布置 图( 单位 ： m) 盲沟管外应设置滤料层 ，主要是保护盲 沟管 的滤水效果 。滤料层一般采用粗砂 和级配碎石分 层铺设 ， 最外层为粗砂层 ， 中间层为小 于 2 0 mm粒 径 的碎石层 ，内层采用 2 0 3 0 i i l m粒径 的碎石层 ， 每层厚度 2 0 0 m m， 基础采用砂垫层基础( 见图 3 ) 。 图 3 盲 沟 暂滤 料 包 封 图 ( 单 位 ： m m ) 盲沟管埋深 深 度应根据道 路结构 层确 定 ， 即 道路结构层厚度加上盲沟管滤料层厚度。盲沟管 以前多采用无砂 滤管 ， 但 由于无砂滤管强度低 、 易 破损 ， 目前 已逐步被软式透水 管 、 塑料盲 沟取代 。 该工程采用 d 2 0 0 m m 中空圆形塑料盲沟 ，塑料盲 沟管接 口采用钩钉连接 ， 钉勾 由直径 3 5 m m不锈 钢丝制成 。接 口处用土工 布包裹。 4 地 道排水 泵站设计 泵站站址应选择在地道最低点附近 ，进水管 距离应控制在 2 0 0 m 以内为宜 ，并应就近选择安 全可靠 的排放水 体 ，该工程 中地道排水最终排放 至外环河 。 4 1 水泵选型 随着水泵行业 的发展 ，许 多新 型潜水 泵被广 泛应用 。这些新型潜水泵为泵站工艺设计带 来了 革新 ， 简单 的泵房主体土建 ， 及 时的设备更换 ， 为 使用提供了极大方便 ，同时在能耗噪声方面大大 减少 ， 利于环保 。潜水泵具有结构简单 、 安装方便 、 占地少等优点。经过众多实际工程的应用 ， 采用潜 水泵 的地 道排水泵站 ， 其运行 安全 、 可靠 ， 取 得 了 很好 的效果 。潜水泵 已逐步成为地道排水泵站 的 主流产品。 4 2 泵站建造形式 ( 1 ) 水泵台数的确定 排除雨水泵 的年利用小时数很低 ，故雨水泵 一 般不设备用泵 ，但应 在非雨季做好维护保养工 作 。排除地下水的水泵 ， 由于其常年运行 ， 应设置 备用泵 ， 因为地下水水量较小 ， 一般情 况下水泵按 两台设置 ， 一台工作 ， 一 台备用 。 在 该 工程 中采 用 2台雨水 泵( p = 1 1 5 m 3 , h ， H= 6 9 m， N= 9 k W) 、 1台地道雨水泵( Q = 4 6 8 m 3 , h ， H= 6 9 m， N= 4 k W) 。 ( 2 ) 地道雨水与地下水分建泵站 为了防止雨水会进入盲 沟系统 内 ，会 造成盲 沟管的淤堵 ，分建泵站就是将雨水 和地下水的进 水管道 、 泵站前池分开设 置 ， 出水管路可共用 。在 该工程 中 ， 泵站为整体构 筑物 ， 中间加隔墙将雨水 和地下水泵房分开。 4 3 泵房工艺设计 潜水 泵房一般 为地 下式 构筑物 ，其上部不设 建筑用房， 对于水泵等设备的起吊常采用吊车。 泵 房一般按整体构筑物设计( 见图 4 ) 。 当泵房较深时 ， 也可将 出水部分与主体分开 ， 设置成两个构筑物。 外 J 5 m i 9 0 2 5 m l 9 2 m I d 5 0 0_钢筋海凝土 泵房t)N S o o Il蛐球揍铸铁管 图 4工艺流程 图 集水池 容积按文献 2 】 确定 ， 雨 水泵站 的集水 池容积不小于最大一 台泵 3 0 S的出水量 ，而对于 独立的地下水泵站集水池容积没有明确规定。由 于地下水水量一般都较小 ， 结合实际工 程经验 ， 为 减少水泵的开停次数 ，其集水池容积可按最大一 、 ( 下转第 1 1 6页) 二 二 随 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 6 防洪排水 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 1 2月第 1 2 期 且耐久性大大提高 ， 但造价也相应升高 。 因此 ， 城市河道整治中可以根据工程 实际情况 和社会、 环境综合效益选择应用， 比如将护岸工程 分为低水位 以下和以上 两部分 ，低水 位以下可以 采用混凝土或生态新 型材料 ，传统类 材料则较 多 应用于低水位甚至常水 位以上部位 ，以求得工程 投资最小 的同时生态效益最大化。 2 3 3 复式护岸 由于防洪功能或水动力需要 ， 许多河岸不得不 采用非 自然型护岸。 同时，城市化建成区河道的 整治 中最大 困难在于土地的缺乏 ，征地拆迁成本 过高也迫使许多河段收缩边坡或者采用直立式护 岸 。 直立 式护岸最大的缺点是影响河道 的 自然生 态功能 ， 并且与城市景观和绿化生态不协调 。因此 在进行河道 整治设计时 ，应该 同时采取各种生态 景观设计措 施 ，尽量弥补河道 自然生态功能 的损 失 ， 改善河道景观。 ( 1 ) 采用复式 断面 ， 尽可能避免一墙 到顶 的直 立式护岸形 式 ， 根据河道行洪控制断面要求 ， 枯水 位或常水位 以下采用抛石或混凝土护岸 ，水位 以 上则通过斜坡应用 生态材料 布置绿化达 到设 计顶 高程。既达到了河道防洪要求， 又为市民提供了更 多接近水体 的机会 。 在空间许可的条件下 ， 可 以将低水位以下 的断 面做成蜿蜒有度 的 自然型河道 ，低水位以上可 以 用石砌或混凝土铺设硬 质材料建成利于洪水通过 的形式 ，通过台阶或坡道等连接成为 E t 常休闲区 和亲水 区 ， 洪水期则作 为行洪 区 ； 如果空间有 限不 允许采用复式断面 ，则局部地段采用倾斜式或 台 阶式护岸 ， 避免河道护岸形式的千篇一律。 ( 2 ) 常水位以上可预留二级平台， 布置亲水人 行道。二级平 台以下常水位 以上采用攀援植物进 行垂直绿化 ， 坡顶向下悬垂 ， 坡底 向上攀援 ， 23 a 内覆盖整个 断面 ， 满足远期绿化效果 ， 同时遮挡水 泥等非 自然景观 。 3 结语 现代城市河道治理要改变过去工程水利的传 统观念 ， 建立生态水利河道治理的设计理念 ， 即要 考虑满 足防洪排涝 、 排污 、 通航 等基本功能 ， 又要 兼顾生态 、 景观 、 人文等综合要求 ， 以“ 安全 、 生态 、 景观 ” 为设计 目标 ， 建设集多功能为一体 的现代城 市河流 ， 从而营造一个 生态 、 舒适 、 优 美的滨水带 ， 给整个城市增添生命 的活力 。 进行实际的河道设计 的时候 ， 应根据现有河道 的地形地貌及周边环境 的地理优势 ，采用合理 的 总体布局 ， 选取合理的河道平面走 向 、 选择适 宜的 河道纵横 断面 ，最后对河道进行护岸 和景 观的设 计 。本文认 为复式断面 与生态护岸是 而现代城市 河道整治工程 比较好的选择。 参考 文献 【 1 刘向荣， 彭艺艺 ， 余润生 ， 等 城市河道综合整治设计新理念 J J 工程建设 与管理 ， 2 0 1 0， ( 4 ) ： 3 1 3 3 2 】 赵经 龙 基 于生态可持续 发展下城市 河道整 治关 键措施 分析 科技咨 询 ， 2 0 1 0 ， ( 3 4) ： 3 O 一 3 1 【 3 王新 军 ， 罗 继润 城市 河道综合 整治 中生态护 岸建设 初探 复 旦学报 ( 自然科 学版) ， 2 0 0 6 ， ( 2) ： 1 2 0 1 2 6 【 4 张国忠 城 市河道生态 驳岸设计研 究 园林 工程 与建筑 ， 2 0 0 8 ， ( 5) ： 5 5 5 7 ( 上接 第 1 0 6页 ) 台泵 5 m i n的出水量设计。 泵房一般应采用机械格栅 ， 并应设置螺旋输送 机。在该工程 中考虑景观因素 ， 在进水池体设置格 栅破碎机 ， 这种设计思路提升了泵站的景观效果 。 泵站出水多采用并联管路 出水或压力 出水池 出水两种方式 ， 管路 出水可节省泵房 占地 ， 但水泵 出水流态较差 ， 多适用于小流量泵站 ， 管路 上应设 置止回阀、 蝶 阀、 放气 阀等设备 。 5 结 语 城市下穿地道排水系统是一项 系统工程 ， 涉及 道路 、 排水 、 土建 、 电气及 自控等多专业 。下穿地道 排水系统的正常运行对保 证区域交 通通行安全至 关重要 ， 在建设前期 的设计阶段应引起足够重视 。 设计 中要结合 区域情况选择合 理 的设 计参 数 ， 并 对泵站选址 、建造形式 等进行多方案的 比选 以确 定最优方案 ， 保证地道排水的安全可靠 。 参考 文献 1 】 J Y J 0 1 8 9 7 ， 公路排水设计规范 s 】 f 2 】 G B 5 0 0 1 4 - 2 0 0 6 ， 室外排水设计规范【 s 】 3 】 北京市市政工程设计研究总院 给水排水设计手册 ( 第 5册 第二 版) M】 北 京 ： 中国建 筑工业 出版社 ， 2 0 0 4 ：2 1 9 2 2 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m