山区道路排水设计(李军峰)

1、山区道路排水管道设计1、山区排水特点与设计原则1.1排水特点山区城市地形高差较大，地势较为起伏，陡坎梯道较多，其排水系统与一般城市有着不同特点：(1)落差大。山区城镇一般地势起伏、道路坡度大，常常形成各种 不同高程的台地，各台地地面标高相差较大。排水管道系统上、下端 落差大。(2)出口多。城区往往被分割成几个独立的排水区，管网系统布局 分散，出口多，众多的排水口排入沟渠或自然水体，容易对城市地表 水及地下水造成污染。(3)埋深大。由于地形起伏变化，埋地敷设排水管道中部分管道埋深很大。(4)易沉降。地质条件变化较大，“大挖大填”现象普遍，所形成场 地地质条件的差异对排水管道的纵向稳定相当不利，

2、易发生不均匀沉 降。1.2设计原则山区城市排水工程设计应尽量利用成熟的技术，并结合当地特 殊地形条件，科学布置管线：管线布置尽量少穿越障碍物，如道路、 河流、码头、山体等，减少工程量。尽可能利用地形高差，采用重 力流排水。尽量避免和减少提升，降低运行费用。在满足设计流速的前提下，管道坡度应尽可能与道路坡度一致，以减少管道埋深。2、山区排水坡度与流速控制根据曼宁公式，在重力流排水管道系统的运行工况中管径、 坡度、 流速是3个相互制约的参数。止匕外，设计中还应考虑最大设计流速和 最小设计流速。在地形较为平缓的平原城市，由于管道纵坡通常较小，管内流速 较低，易引起管内悬浮物沉降并造成管道堵塞 ；若加

3、大坡度则管道埋 深过大，不经济。通常设置提升泵站，但工程投资和运行成本都要增 加。此时，以最小设计流速为控制性参数。而在山地城市，由于道路 纵坡很大，可充分利用大纵坡带来的坡降进行重力流排水，所以排水管道的敷设坡度一般尽量跟道路坡度接近。 一般设计程序是首先根据 道路坡度初步确定管道纵坡，然后根据流量选择管径，再复核其流速。 一般在山地地区排水管道的设计中，管道坡度的选择既要满足不淤流 速的最小设计流速要求（污水管道在设计充满度下为0.6m/s,雨水管道在满流时为0.75m/s）,也要注意管道最大设计流速的约束条件，同 时兼顾排除雨水时，雨水管道内流速不宜过大的原则。结合工程实践 经验,在山地

4、地区排水管道的设计中，建议污水管道的坡度不宜小于 2%。，且不宜大于20%。雨水管道的坡度不宜小于 2%。，且不宜大于 10%。但值得注意的是： 如果道路纵坡过大，参照道路坡度确定的管道纵坡偏大，以 至流速大大超过最大设计流速。 此时应适当调小坡度，采取一些跌水 消能措施，这样既可以达到消能效果，同时也可以利用跌水减小地形落差的影响 由于管道坡度大、管内流速大，因此在相同的通水能力(流量) 下可以减小管道断面，从而降低工程造价。但流速可以大到什么程度， 即在多大程度上可以利用流速来降低工程造价是一个值得探讨的问 题。从规范角度讲，计算流速不能大于最大设计流速。最大设计流速是一个很重要的控制参数

5、，它直接影响管道断 面的大小和消能措施的设置，从而影响工程造价。最大设计流速与管 道材料种类有关，管道材料耐冲刷能力强则最大设计流速高，反之则低。不同的管道材料，具粗糙系数(n)值也是不同的。在管径、坡 度等条件相同的情况下，内壁较光滑的管道水流速度较大，因而具有 较大的通水能力；当设计流量一定时，采用阻力较小的光滑管道，可 以利用流速适当减小管道断面，节省工程造价。由此可见，对于山地城市排水系统，最大设计流速是一个非常重 要的控制性参数。试验表明，一些新型复合材料排水管材的耐冲刷能 力甚至高于钢管，利用新型管材是降低工程造价的一种有放方式。原 室外排水设计规范 ( GB/J14-87)中第3

6、.2.4条笼统地将非金属排 水管道的最大设计流速限制为5m/s;最新的设计规范(GB 50014 2006)对此未作调整，只是将措辞改为了 "宜"，条文解释里也 未作进一步说明。为充分发挥新型化学管材的水力学性能， 体现新型 管材的经济性，适应山地城市工程应用的实践需要， 建议针对不同管 道材料性能，细分"非金属排水管道"的最大设计流速参数。3、山区排水构筑物及布局3.1排水检查井平原地区的雨污水检查井间距一般按室外排水规范确定即可，检 查井的间距一般在3050m。而在山地地区则须特别注意填方和挖方 交界处的检查井的设置，如在交界处不设检查井，则检查井长

7、期使用 后，填方段沉降大，而挖方段几乎没有沉降，这样排水管道很容易由 于检查井的不均匀沉降被拉裂，造成管道漏水。所以在填挖方较多的 山地地区进行设计时,应在填挖方交界处设置检查井，且附近管道采 用塑料管等柔性管材，尽最大可能补偿沉降不均造成的位移。另外 ， 在坡度较大路段排水管道内流速较大、排水条件较好，检查井间距可以适当增大，以减少工程造价。山区城市道路由于受用地规划、 路幅宽度等影响，排水管道及其 检查井大多被布置在车行道下。而检查井及其周边是道路的薄弱部 位，在车辆荷载的冲击下极易出现下沉、破损等病害，给车辆和行人 的安全带来严重的威胁。检查井的设计中应注意以下几点：(1)在排水管道设计

8、中，要合理确定管线横断面，尽量避开车 轮迹线位置。(2)砖砌筑检查井容易出现缝隙间砂浆不密实，造成检查井出 现下沉、位移、渗漏等质量问题，同时不符合建设节约型、环保型社 会的要求。钢筋混凝土等检查井具有整体稳固性好、强度高、闭水性 理想、符合环保、工艺先进等优点，目前成都、南京等城市的建设主 管部门均发布通知要求积极推广使用，设计中应当优先采用。(3)传统的井盖采用铸铁制造，由于有回收利用价值，被盗现象非常严重，随之而来的车毁人亡事故屡有发生，且容易锈蚀，车辆 经过时容易产生噪音。钢纤维混凝土井盖虽然能防盗，但抗冲击强度 不理想，容易碰掉角或产生裂纹。复合材料井盖具有承载能力高、抗 震性能好、

9、耐腐蚀、使用寿命长、性价比高等诸多优点，是目前市政 道路检查井盖的理想换代产品。3.2雨水口布局山地城市道路设计中，横坡一般为 1.5%左右；纵坡的变化幅度 较大，有时小于0.3%,有时为了利用地形，减小工程土石方开挖量， 在设计中出现了 89%的纵坡，因此路面雨水就显现不同流态。道路纵坡小于0.3%时，路面雨水，流速很小，出现迟滞现象， 雨水不能顺利地往下游流动，此时主要依靠路面雨水口收集。 纵坡在 0.3%与2%之间时，雨水顺纵坡往下游流动，一部分被雨水口截流， 另一部分顺流而下，在低洼处汇集，形成超越水量。在这种情况下， 需要采用有效截流形式，增加雨水口数量，以便及时排放路面雨水。道路纵

10、坡大于2%时，路面雨水处于急流状态，部分水流会跃过 雨水口而形成超越流量，特别是长下坡情况下，若按室外排水设计 规范(GB50014-2006) “当道路纵坡大于0.02时，雨水口的间距可 大于50m”，超越水量将会加大，必然加大下游地区泄水压力，导致 低洼地段发生积水。山城重庆每到夏季暴雨季节，就会反复出现下穿式立交桥下积水 很深，严重妨碍交通的情况，后期调查发现其主要原因有：上游路段雨水口间距大；低洼处雨水口数量少，单算或双算，几乎没有多 算；部分雨水口发生堵塞，失去泄水能力。因此，在山区城市道路设计中，不但要增加上游路段对雨水的收 集能力，更要加强低洼处的泄水能力，增设雨水口，合理设置雨

11、水口 间距。同时，还不能忽视一个很重要的因素一一当地市政设施管理与 维护的能力，在设计时应先进行理论计算，再考虑一定的富余能力。 3.3跌落型落差构筑物跌水井跌水井是排水系统中最常用的落差构筑物。国家建筑标准设计图集02S515中跌水井有竖管式、竖梢式、阶梯式三种类型，其中竖管 式跌水井适于跌落管径 DW200 mm、跌差为1 6 m的污水管；竖梢 式跌水井适于跌落管径 D =200 600 mm、跌差为1 4m的雨、污 水管；阶梯式跌水井则适于跌落管径 D=700 1 650 mm、跌差为1 2 m的雨、污水管（此种形式可列为斜坡型）。在实际工程中，除了按 标准图采用常规的跌水井外，还可采用改进的竖梢式跌水井，其基本 特征是：a跌差可以大于4 m ,最大可达二十多米，管径一般达1 m 以上，井身为钢筋混凝土结构；