第十一章城市道路排水设计.doc

第十一章 城市道路排水设计第一节 概述一、 城市排水系统的制度为了保证车辆和行人的正常交通，改善城市卫生条件，以及避免路面的过早损坏，要求将地面雨水或雪水迅速排除，因此城市道路排水是城市道路的一个重要组成部分。城市道路排水也是城市排水系统的一部分。城市中除需要排除雨水和雪水外，尚有工业废水和生活污水。由于废污水和雨水的水质不同，可分别组织不同的管道系统来排除。排水系统的制度分为合流制与分流制。（一） 合流制将污水和雨水用同一管道排除的称为合流制。过去我国很多旧城市大都采用合流制，污水未经处理直接排入天然水体。这样的合流制对环境卫生往往造成严重危害。为了保护生态环境，需要将混流的污雨水处理后再行排放。（二） 分流制将污水和雨水分别设置不同的管道系统排除的称为分流制，如图111所示。其中汇集和处理生活污水或工业废水的系统称为污水排除系统；汇集和排泄雨水的系统称为雨水排除系统。分流制排水系统又可分为两种情况：一种情况是分别设置污水和雨水管道系统；另一种情况是只有污水管道系统，不设雨水暗管，雨水沿着地面、街道边沟和明渠泄入天然水体。采用分流制有利于环境卫生的保护，以利于污水的处理及综合利用，便于从废水中回收有用物质，可以做到清浊分流，降低需要处理的废水量。我国一些旧城市采用合流制，这是由于历史原因造成的；新建的排水系统一般采用分流制。另外，同一城市的不同地区可以采用不同的排水制度。二、 城市道路雨水排除系统的类型城市道路路面排水系统，根据构造特点，可分为明式、暗式和混合式三种。（一） 明式系统公路和一般乡镇道路采用明沟排水，在街坊出入口、人行横道处增设一些盖板、涵管等构造物。明沟可设在路面的两边或一边，也可在行车道的中间。当道路处于农田区时，边沟要处理好与农田排灌的关系。明沟的排水断面尺寸，可按照汇水面积经水力计算确定，也可根据当地实际经验来安排。明沟通常采用梯形断面，底宽至少0.3m，边坡视土质及护面材料而不同，用砖石铺砌或混凝土块护面时，一般用1：0.51:1的边坡。有些城市石砌或砖砌和上面加盖板的矩形明沟。（二） 暗式系统如图112所示，暗式系统包括街沟、雨水口、连管、干管、检查井、出水口等主要组成部分。道路上及其相邻地面的地面水依靠纵横坡度，流向行车道两侧的街沟，然后顺街沟的纵坡流入沿街沟设置的雨水口，再由地下的连管通到干管，排入附近河流或其它水体中去。（三） 混合式系统这是明沟和暗沟相结合的一种形式。采用明沟可以降低造价，但在建筑物密度较高和交通频繁的地区，采用明沟往往引起生产、生活和交通不便，占用土地较多，并影响环境卫生。因次，这些地区应采用暗式系统。而在城镇的郊区或其它建筑物密度较小、交通稀少的地区应首先考虑采用明沟，以降低造价。 第二节 雨水管道及其构造物沿道路的布置一、 雨水管的布置1雨水干管的位置城市道路的雨水管线应平行于道路的中心线或规划红线。雨水干管一般设置在街道中间或一侧，并宜设在快车道以外；当道路红线宽度大于60m时，可考虑沿街道两侧作双线布置。由于雨水管道施工及检修对道路交通干扰很大，因次，雨水干管应尽可能不布置在主要交通干道的行车道下，而宜直接埋在绿带或人行道下，并注意与行道树、杆柱、路缘石等保持一定的横向距离。此外，雨水管线还应尽可能避免或减少与河流、铁路、以及其它城市地下管线的交叉，避免造成施工困难；必须交叉时，应尽量正交，并保证相互之间有一定的竖向间隙。雨水管道离开房屋及其他管道的最小距离见表111。2 雨水干管的纵坡度由于雨水在管道内是靠本身重力而流动的，所以雨水管道应由上游向下游倾斜。雨水管道的纵坡应尽可能与街道纵坡取得一致，这样，不致使管道埋设过深，可节省土方量。因次，在城市道路纵断面设计时，应考虑雨水排除问题，为排除雨水创造条件。另外，路面上汇集的雨水往往带有尘土、沙、煤屑等物，易于在管道内沉淀，因次要求管道内雨水宜有较高的流速，以防止或减少沉淀，其设计流速常采用自清流速，一般为0.75m/s。这就要求雨水管的最小纵坡不得太小，一般不小于0.3%。为了保证管中雨水流速不超过管壁受力安全的要求，对雨水管的最大纵坡也要加以控制，一般为4%。对于山岭重丘地区，为了不使雨水管纵坡过大，需分段设置跌水井。3 雨水管道的埋深管道的埋深深度，对整个管道系统的造价和施工影响很大，管道越深则造价越高，施工越困难，所以管道埋深不宜过大。管道最大允许埋深，根据技术经济指标及施工方法决定，一般在干燥土壤中，管道最大埋深不超过78m，地下水位较高、可能产生流沙的地区不超过45 m。雨水管的最小埋深等于管直径与管道上面的最小覆土深度之和，如图114所示。最小覆土深度一般根据雨水管可能承受的外部荷载、管材强度、当地冻深以及临街建筑内排水支管的连接要求坡度等确定。在行车道下，管顶最小覆土深度一般不小于0.7 m。在管道保证不受外部荷载损坏时，最小覆土深度可适当减少。在北方冰冻地区，则要依靠防冻要求来确定最小覆土深度。不同直径的管子在检查井内衔接时，应使上下游管段的管顶等高，称为管顶平接，如图115所示。这样可以避免在上游形成回水。二、 雨水口和检查井的位置（一） 雨水口雨水口是收集雨水的构造物。地面上、街道上的雨水首先进入雨水口，再经过连接管流入雨水管道。雨水口一般设在街区内、广场上、街道交叉口和街道边沟的一定距离处，以防雨水漫过道路或低洼处积水，防碍交通。雨水口的布设数量，应按汇水面积所产生的流量及雨水口的进水能力确定。在纵断面凹处，街道低洼处、汇水点及人行横道上游，应设置雨水口。雨水口应避免设在临街建筑物的门口、停车站、分水点及其它地下管道顶上。1 雨水口的布设形式雨水口的布设形式，应根据道路的横断面形式合理布置。目前常用形式有：（1）单幅式 如图116所示，布设两排雨水口。（2）双幅式 如图117所示，布置两排或四排雨水口。（3）三幅式 如图118所示，布置两排至六排雨水口，又分A型及B型两种。2 雨水口的排泄能力雨水口的排泄能力按下式计算： (11-1)式中：Q雨水口排泄的流量 (m3/s)； 雨水口进水面积 (m2)； C孔口系数，圆角孔用0.8，方角孔用0.6； g重力加速度，g=9.8m/ s2； h雨水口上允许储存的水头，一般取h=0.020.06m； k孔口阻塞系数，一般k=2/3。由上式可知，当由降雨强度算出雨水口需要排泄的流量后，可计算出每个雨水口所需的进水面积，从而可确定进水蓖的数量。3 雨水口的构造形式及适用地点雨水口的构造包括进水蓖、井身和连接管三部分，如图119所示。根据进水蓖布置的不同，雨水口可分为平式、立式和联合式三种。（1） 平式雨水口 缘石平蓖式 适用于有路缘石的道路，主要排除路面水；地面平蓖式 适用于无路缘石的路面、广场及地面低洼聚水处等。（2） 立式雨水口有立孔式和立蓖式两种。适用于有路缘石的道路，其中立孔式适用于蓖隙容易被杂物堵塞的地方。（3） 联合式雨水口 在水平及垂直方向上均有雨水蓖子。宜用于径流集中且有杂物堵塞处。4 雨水口布设雨水口平面布置的方法与步骤如下：（1）确定街沟纵断面上低洼积水点和交叉口竖向规划上必须的雨水口。如街道上雨水的汇合点，凹形竖曲线的低洼处等，均匀设置雨水口。（2）根据道路纵横坡度、街道宽度、路面种类、周围建筑物地形及排水情况，选择雨水口形式及布设方式。（3）根据当地暴雨强度、雨水口的排水能力等因素，确定雨水口的数量、位置与间距，间距一般为3080 m 。（4）在交叉口处应根据路面雨水径流情况及方向布置雨水口。（5）雨水口的连接，必要时可以串联，一般不超过两个。雨水口连管最小管径为200 mm，坡度不小于1，长度不超过25m，覆土高度不小于0.7m.（6）雨水口的标高：对于立式和联合式雨水口，应使雨水口圈框低于两侧路面3cm，蓖面比雨水口圈框再低1cm；对于平式雨水口，应使雨水圈框低于附近路面35cm，并使周围地面坡向雨水口。雨水口井的深度不宜大于1m，冰冻地区，应对雨水口及其基础采取防冻措施。在泥沙量较大的地区，可根据需要设置沉泥槽。（二） 检查井为了对管道进行检查和疏通，管道系统上必须设置检查井（如图1110所示）；相邻两个检查井之间的管道应在同一直线上，便于检查和疏通操作。检查井一般设置在管道容易沉积污物以及经常需要检查的地方，如管道改变方向处、改变坡道处、跌水处、以及直线管段上每隔一定距离，都应布设检查井。检查井在直线段上最大间距根据城市排水设计规范规定，按表112采用。第三节 雨水管渠设计流量计算雨水管渠的设计流量一般按下式计算： (11-2)式中：Q雨水设计流量 (L/s)； q设计暴雨强度 (L/s/10000m2)； 径流系数； F流域汇水面积 (10000m2)。上式中三个参数q、F的确定：（一） 径流系数某时段内的径流量（流入雨水管渠的雨水）与同一时段全部降雨量的比值，称为径流系数。影响径流系数的因素很多，主要包括排水地区的地面性质及地面覆盖。在城市排水地区，经常遇到不同种类的地面，所以排水地区的平均径流系数应按加权平均法计算，其计算公式如下： (11-3)式中：排水地区内的加权平均径流系数； Fi排水地区内各种地面面积 (104m2)； i相应各种地面的径流系数，可按表113采用。（二） 汇水面积F每条管道都有它所服务的汇水面积，单位以104m2 （1公顷）计。各设计管段的汇水面积的区界是根据地形地物决定的。计算汇水面积时，除街坊面积外还包括街道面积。当地势平坦、街坊、四周的道路都有沟管时，可用各街角的分角线划分汇水面积，如图1111所示，各汇水面积内的雨水分别流入相邻的雨水沟管。当地势向一边倾斜时，如图1112所示，街坊的雨水流入低侧街道下的管道内。（三） 设计暴雨强度q设计暴雨强度q一般是根据长期（10年以上）的自动雨量记录资料进行计算的。降雨量的大小通常以暴雨强度i表示 ，其单位为mm/min。把暴雨强度i的单位换算成设计暴雨强度q，单位为L/s/104m2，则 (L/s/104m2 ) (11-4)根据长期雨量记录资料的统计分析，暴雨强度为 (mm/min) (11-5)则 q=167i = (L/s/104m2 ) (11-6)式中：i暴雨强度 (mm/min)； q设计暴雨强度 (L/s/104m2 )； t降雨历时 (min)； T设计重现期（年）； A1、C、n、b参数，根据统计方法计算确定，决定于当地的气象。我国幅员辽阔，各地气候条件不一，暴雨强度计算公式不一。我国部分城市的设计暴雨强度计算公式如表114所示，供设计时参考。由上述公式可以看出，暴雨强度取决于设计重现期T和降雨历时t ，下面对二者进行讨论：1 设计重现期设计重现期是指在一个较长的统计期限内，设计暴雨强度的降雨重新出现一次的平均时间间隔，单位为年。设计重现期越大，设计暴雨强度越大，所要求的雨水管管径也要随之增大；反之，则减少。若设计重现期选得过大将造成雨水管管径过大，造价高，虽使用安全，但长时间管道内并不满流，因而不经济；相反，若设计重现期选得过小，则雨水管将经常溢流，造成道路积水，影响正常交通。所以设计时应恰当地选择设计重现期。城市道路雨水管道的设计重现期一般为0.53.0年，重要地区或城市主干道可适当提高设计重现期。在一个排水系统内，一般宜采用同一设计重现期；也可以采用不同的设计重现期，此时可按表115选用。2 设计降雨历时设计暴雨所取的某一连续时段称为设计降雨历时，单位以分（min）计，一般可按下式计算： (11-7)式中：t1地面汇流时间（min），与流域面积大小、地面种类、 坡度、覆盖情况等有关，一般t1515min； t2雨水在管渠内流动时间（min）， 。 L计算管段长度 (m)； V设计管渠内雨水的流速 (m/s)； m延缓系数，明渠m=1.2；暗管m=2。第四节 雨水管渠的水力计算雨水管渠的水力计算，主要是根据已求得的设计流量，计算确定雨水管的管径和明渠的断面尺寸，或校核管渠坡度和流速，从而定出各管道的管底标高和埋设深度，以便于施工。雨水管渠水力计算的基本公式如下： (m3/s) (11-8)式中：Q流量 (m3/s)； 水流有效面积 (m2)； V流速 (m/s)， ； i水力坡降或管渠底坡； R水力半径 (m) ， R=/； 湿周，(m) ; C流速系数，； n粗糙系数，见表116。在进行水力计算时，常用下列基本公式：（1）流量 (m3/s) (11-11)（2）流速 (m/s) (11-12)（3）管道直径（满流） (m) (11-13)（4）水流有效面积 管道满流时： (11-14) 梯形断面： (11-15)式中：b渠道底宽 (m)； m边坡系数； h0正常水深 (m)。 （5）水力半径 管道满流时： (11-16) 梯形断面： (11-17) 第五节 雨水管道的设计一、 雨水管道布置的基本原则雨水管道的总体布置，要根据城市总体规划、道路网规划和居民区的详细规划，并结合地形、地物等条件来确定，力求做到工程经济合理，管网疏密恰当，并避免埋深过大或过小，坡度过陡或过缓，一般应考虑以下问题：1 充分利用地形，分区就近排入水体规划雨水管道时，尽量利用自然地形坡度，以最短的距离排入附近的池塘、河流、湖泊或郊区灌溉系统。只有当水体位置较远，且地形平坦或地形不利的情况下，才需要考虑设置