立交雨水排水及泵站設計相關分析

方仁生

摘要：本文主要從立交雨水排水系統概述、立交排水系統設計要點、立交雨水泵站設計、設計中應注意的問題等方面內容進行了詳細的闡述。

關鍵詞：立交雨水排水；泵站；設計

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

一、前言

隨著我國城市覆蓋率的逐年遞增，我國城市立交越來越多，城市立交排水出現的問題越來越多等等，立交雨水排水設計問題越來越受到我國人民的關注，本文就該部分內容進行了探討。

二、立交雨水排水系統概述

一般道路立交分為:道路與道路立交及道路與鐵路立交兩大類。道路立交若按結構形式主要分為上跨式和下挖式兩種,下挖式又稱為路塹式立交,下層路面最低點標高一般低于附近地面高程3 m～6 m。

1.下立交雨水排水系統的作用與特點

下立交雨水排水系統的作用是在陰雨天氣時及時有效地排除立交范圍內匯集的大量雨水，維持城市道路安全順暢的運行。由于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，而眾多立交一般又位于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于一般的雨水排水系統。

2.下立交雨水排水系統組成

立交雨水排水系統由雨水收集系統、雨水泵站和排出管道等部分組成。其作用是收集集水范圍內的雨水至集水池。由于立交引道坡度較大(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，在引道上設置雨水井效果并不理想，所以一般采取在立交最低處設置多篦集水井來收集雨水，就近進入泵站集水池。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，并考慮1.2-1.5 的堵塞系數。近幾年的設計與運行經驗表明，利用潛水泵的立交排水泵站在實踐中取得的效果較好，潛水泵站具有不怕水淹、機組拆裝快捷、節省泵站工程投資、可靠性高、使用壽命長等優點。

三、立交排水系統設計要點

1.排水收集方式

道路路塹段縱坡較大,采用常規雨水管線排水方式通常要設置較多跌水井,且立交交通量較大,排水管道檢修困難。因此對于道路路塹段排水還可以采用混凝土邊溝排水方式。邊溝坡度與道路坡度相同,一般可以設置在道路兩側的人行步道內。由于道路縱坡是逐漸變化的,所以計算邊溝的斷面尺寸時應保證坡底緩坡段排水流量的要求。同時應兼顧道路緣石鋪設的美觀,盡量減少邊溝斷面的種類,方便施工。

2.雨水口的設置

雨水口的布置直接影響到能否及時有效地將道路立交低點的雨水收集排入雨水泵站。根據各地經驗及國家排水規范,對丘陵地區、立交道路引道等道路縱坡>0.02時(因縱坡大于橫坡),雨水流入雨水口較少,故沿途可少設或不設雨水口。坡段較短(一般在300m以內)時,往往在道路低點處集中收水較為經濟合理;另一種布置形式為在立交最低點,橫跨路面布置一排(或對應兩排)雨水口,這種截留式雖截留量較大,但對車輛行駛有一定影響。若坡段較長,一般經驗是在道路低點兩側的縱坡較緩處可適當布置雨水口。雨水口布置的數量,應與設計流量相符合,并應考慮到樹葉和雜草會造成堵塞的不利情況,一般在計算出雨水口的總數后,應視重要性乘以1.2-1.5的安全系數。在實際工程中,低點雨水口采用多蓖式雨水口型式,每組雨水口的數量約在8-10個。

3.地下水排除

常年地下水位接近或高于道路槽底時,為使路基免遭破壞,常用的措施是在路面下埋設盲溝管,降低地下水位;或者道路采用封閉式鋼筋砼結構,隔斷地下水的補給。

4.盲溝排除地水

地下水的流量應根據含水層的厚度和長度、土層的種類及滲透系數等因素,進行計算得出。并據此選擇盲溝管管徑及水泵。設置盲溝來降低地下水位,是目前立交道路設計中常用措施。

5.封閉式鋼筋砼道路結構

封閉式鋼筋砼道路結構,又稱船形結構,采用此種隔斷地下水滲人的方法,要求在道路內設置的檢查井及雨水口必須采取密封措施,與道路結構結為一個整體,與道路混合土一起澆注,以防地下水滲入。

四、立交雨水泵站設計及思考

1.泵站抽排能力滿足校核標準

目前，國內設計的雨水泵站流量,一般與泵站進水總管設計流量一致,并且多不設備用泵。另外由于立交排水的場地限制泵站的集水池較小,幾乎無調蓄能力。管渠系統引入“內澇”校核理念后,水流狀態由滿管無壓流變為滿管有壓流,重力流變為壓力流,其過流能力大大提高,如果泵站抽升流量不能與其匹配,“內澇”校核理念將失去意義。因此,雨水泵站的設計流量,應該按照校核重現期所計算的進水總管設計流量確定。

2.擴大匯水范圍的劃定,解決高排系統“超標”降雨地面漫流引發的流量變化對于立體交叉地道排水系統,傳統方法劃定的匯水范圍與發生超標降雨時實際發生的匯水范圍有較大的出入。高水高排系統和低水低排系統匯水范圍的分界線發生變化,泵站抽排的低排系統實際匯水范圍增大,產生了超過泵站抽升能力的徑流量,從而在立交地道最低處產生了較深的積水。

3.抽排與調蓄并重,解決超標雨水排除

國內的雨水泵站抽排系統,無論是區域泵站還是立交泵站,都是按照選定的暴雨頻率來進行泵站規模確定和設備選型。一般立交泵站選定的設計重現期高于區域泵站。泵站幾乎沒有調蓄設施。隨著超標降雨引發的災害頻發,目前催生出一種觀點就是提高設計重現期,認為這是解決“內澇”的唯一途徑,從而導致泵站規模越來越大,但是效果卻一般。雨水泵站屬于季節性泵站,全年的使用頻率不及10%,設備閑置期長,利用率低。

雨水泵的主要建筑物便是雨水泵站,它在整個排水系統中作用突出。立交雨水泵站設計中的思考:

（一）根據所選用水泵的規格及其型號,雨水泵站應設計為干室淹設式雨水泵站。若水泵臺數廷3臺,雨水泵站可采用圓形;若水泵臺數>3臺,矩形則較為適宜;

（二）當水泵壓力出水管穿墻時,要預埋套管并做到水平設置,在轉動軸運轉不平穩時,還要注意運用柔性接頭減小轉動軸產生的應力;

（三）在計算雨水集水池內的有效容量時,需要從所有水泵中的最小啟動水位到最大的停止水位進行計算,但要保證集水池有效容量)所有水泵的lmin流量;

（四）若雨水泵站中有污水排入,必須做好雨水集水池的防腐工作,水泵間的布置時,在結合水泵布置的同時,需要預留較為適合的檢修空間;

（五）結合吸水喇叭口與泵樣本的要求進行集水池底部標確定,同時結合最高水位確定電機間的標高,通常而言,電機間標高要超過水位最高時的0.5m之上。

五、設計中應注意的問題

立交雨水排水系統設計與城市雨水排水系統的設計原理相同，但有其特殊性。

1.設計標準與規模。雨水排水系統因其整系統較周圍環境要低，需要重點考慮排水安全性，故其設計參數較一般排水系統要相應提高，即重要干道、地區或短期積水即能引起嚴重后果的地區，重現期一般選用 3-5年；立體交叉道路排水的地面徑流量計算，宜符合下列規定：

2014年排水規范，中心城區地下通道雨水管渠設計重現期小城市及中等城市不低于10~20年。大城市不低于20~30年，特大城市不低于30~50年。地面集水時間宜為 5-10 min與城市雨水排水系統不同的是，下立交引道坡度較大，集水較快，并考慮立交的重要程度，應適當提高下立交排水的設計重現期，一般宜取其上限。

2.雨水泵站集水池容積及流態。對潛水泵站而言，集水池即泵室，由于潛水泵間距較小，集水池大小決定著泵站大小和工程造價，合理確定集水池大小顯得尤為重要。隨著水泵技術、自控技術進步，集水池容積可減小。

3.水泵的選型與控制。水泵作為下立交泵站核心直接對泵站的運行效率產生影響。對于立交泵站水泵運行一般要求易安裝、易維護，運行安全可靠、結構簡單故障率低。因此潛水泵作為一種泵與電機連體，并同時潛入液下工作的泵型。其明顯具有以下幾個方面的優點：

（一）泵體結構緊湊、占地面積小。由于泵體潛入液下工作，因此可直接安裝于污水池內，可以節省大量的土地及基建費用。

（二）安裝維修方便。小型的潛水排污泵可以自由安裝，大型的潛水排污泵一般都配有自動藕合裝置可以進行自動安裝，通過導軌下降至池底底座，安裝及維修相當方便。

（三）連續運轉時間長。潛水排污泵由于泵和電機同軸，軸短，轉動部件重量輕，因此軸承上承受的徑向載荷相對較小，壽命比一般泵要長得多。

（四）不存在汽蝕破壞及灌引水等問題。特別是后一點給操作人員帶來了很大的方便。

六、結束語

加強對立交雨水排水及泵站設計的研究，可以更好的保障城市排水不受“內澇”困擾，是非常具有現實意義的研究。

參考文獻：

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