陳輝

　　【摘要】 本文根據北京市近30年立交排水的設計實踐，介紹了立交排水三種方式，闡述了立交排水量的計算和設計原則，以及立交雨水泵站的組成與布置。
　　【關鍵詞】 立交 排水 雨水量 計算 設計

1 概況及立交排水的重要性

　　城市的交通是城市經濟發展和城市建設中的重要問題，為了解決交通的擁擠和不暢，就需要疏導，避免或減少各種交通工具的交叉，設置道路立交橋是解決這一問題的有效辦法。
　　自1974年北京建成第一座立交工程——復興門立交開始，至1995年已建成各種類型的立交達138座。根據北京市總體規劃，還將有相當數量的立交工程陸續興建。
　　道路立交分道路與道路立交及道路與鐵路立交兩大類。按交叉的結構形式分上跨式和下挖式立交兩種。下挖式立交橋的下層路面最低點標高，一般低于附近地面高程3～6米。
　　道路立交是一項包括有各種專業的綜合性工程，它不僅包括道路及橋梁主體工程，還包括有關的配合專業工程，如立交雨水、給水、電力、照明、綠化等各種市政管線的綜合埋設。
　　道路立交排水是與立交道路密切相關的工程，解決好立交排水問題，關系到交通的正常運行，人民生命財產安全以及立交方案是否經濟合理的重要環節。因此，在立交工程中，必須同時解決好立交的排水問題，應當選擇經濟合理安全可靠的排水方案，這也是近20多年來在排水工程設計中，新發展起來的設計課題。

2 立交排水的任務

　　道路立交是把各種車道、人行道修建在不同的高程上，形成多層次的交叉，在下挖式立交中，道路低點比周圍地面低3～6米，形成盆地地形，這樣大氣降水向低洼處匯集，造成路面積水，甚至會引起交通中斷，造成安全事故及經濟損失，因此，帶來了立交排水的第一個任務，即排除大氣降水，大氣降水主要以雨雪形式出現，北京地區不考慮降雪的影響。立交排水的第二個任務是經常排除地下水，當地下水位高于或接近設計路基時，為確保路基經常處于干燥狀態，保證路面強度及穩定性，必須排除地下水。

3 立交排水方式

　　在北京地區采用的立交排水方式共有三種，即自流排水、調蓄排水及抽升排水。在北京市已建成的138座立交橋中，絕大多數為自流排水方式，共有95座，占總數的70％；調蓄排水僅東直門立交一座，不足1％；抽升排水共有42座，占總數的30％。在抽升排水中道路與道路交叉有15座，占抽升排水的1／3；道路與鐵路交叉27座，占抽升排水的2／3。
3.1 自流排水
　　自流排水是最經濟最安全的排水措施，它不需要專職管理人員，不消耗能量，無需永久性占地。在選擇排水方式時，首先考慮自流排水。
　　自流排水應具備的條件必須是立交道路最低點高程，高于下游水體（或干管）設計20年標準洪水位0.5米，此水位應計入道路立交低點至下游水體的沿程水頭損失。
　　在北京已建成的立交工程中，有兩種立交形式采用自流排水方式。第一種是上跨式立交，其排水設計與一般道路排水相同。對于跨線橋上雨水，可通過橋上雨落管排至地面或雨水管中，或者通過地面徑流，橋上雨水流至路段后，用加密雨水口截流橋上渲泄下來的雨水，及時排人雨水管。如月壇南街橋、月壇北街橋、大北窯橋及東三環跨通惠河橋等，均屬上跨式立交情況的自流排水。第二種是下挖式立交的道路最低點標高符合自流排水條件時，就可以采用自流排水方式。在機場路的首端，即首都國際機場候機樓前的2號立交橋，是飛機滑行道與進場路交叉，屬下挖式立交，橋下道路低點比周圍地面低近7米，但其雨水下游溫榆河的洪水位較低，滿足自流排水條件，因而采用自流排水方式。本立交于1978年建成，經過20年的雨季考驗，運行良好。1996年7～8月三次降雨，2號橋下積水深達0.8～1.0米，斷絕了交道，經調查，積水原因系屬下游明渠人為阻塞，及大量客水流入，不屬于自流排水方法的原因。再如，位于東南二環路上的東便門橋（角樓東側）、廣渠門橋及勁松橋等，屬于下挖式立交，與此三座橋相鄰的南護城河，20年標準洪水位較低，因此均采用自流排水方式。這三座橋于1987年建成，至今已運行十余年，運行正常，未發生積水現象。
3.2 調蓄排水
　　當下雨產生洪峰流量時，下游水體的洪水位高于立交道路低點標高，可將不能自流排出的雨水暫時引入貯水池，錯開歷時較短的洪峰，待下游水體洪水位回落并低于立交路面低點時，再自流排放。
　　調蓄排水應具備以下條件：
　　·在立交范圍內有布置貯水池的位置，而且貯水池內雨水能自流泄空；
　　·立交道路需排除地下水時，不宜采用調蓄排水。
　　在北京市采用調蓄方式排水的立交，僅東直門橋。該工程于1979年建成，至今已有20年的歷史，由于調蓄排水方式存在較為突出的缺點，所以一直沒有正常運行，池內泥砂污物雨后清洗工作量大，地下貯水池通風差，有惡臭味，地下閘門及電氣設備受潮，不能啟動，管理復雜等，這些問題有待進一步研究改進。
3.3 抽升排水
　　當立交雨水下游水體的洪水位高于立交道路最低點路面時，又不具備調蓄排水的條件，需設置泵站，抽升排除立交范圍內的雨水。抽升排水用于下挖式立交排水中，北京市第一座立交雨水泵站是西大望泵站，它始建于1972年，截止到1995年，北京市共建成立交雨水泵站42座，已有10～20年的歷史，絕大多數運行正常，保證了立交內雨水的及時排除。

4 雨水量的計算

　　立交內雨水量計算，特指下挖式立交的雨水量。上跨式立交雨水量則按常規方法計算。
　　雨水量公式：
　　Q＝φ·q·F （升／秒）
　　式中：Q——設計雨水量 （升／秒）
　　　　　φ——逕流系數，根據地面鋪裝種類確定，一般φ＝0.7～0.9
　　　　　q——暴雨強度 （升／秒·頃）
　　q值根據北京市暴雨強度公式，由設計重現期P（年）及集水時間t（分鐘）兩個參數確定。P與t值的選定與一般雨水量計算有所不同。P值選擇高于一般道路排水標準，根據工程的重要性、道路等級以及地形特點而定。北京地區立交排水P值一般選用1～3年，常用值為2年。t值系指自立交匯水面積的最遠端，流至道路最低點的時間，不計人管內流行時間，根據規范t值選用5～10分鐘。
F——匯水面積（公頃）。由于立交雨水量公式中φ及q均為常數值，因此，立交雨水量隨著匯水面積的大小而變化，與F成正比。因而在設計中要控制雨水量，使其達到最小值，關鍵在于嚴格控制匯水面積，這樣不僅可以減少積水的危脅，同時可減小泵站規模，達到節省投資、安全行運、經濟合理的效果。在設計中為防止立交范圍以外的客水進入，通常采取攔截客水的措施是在立交道路的起終端，設置變坡高點，以及將擋墻頂加高，高出附近地面0.3～0.5米。
　　在北京已建成的立交中，絕大多數采取了這些措施，限制了客水流入立交低點，收到了很好的效果。現況立交雨水泵站規模一般在800～1500升／秒之間，大型立交水量可達2000～3000升／秒。

5 雨水口的布置

　　在立交雨水設計中，雨水口的布置是重要環節。立交低點處雨水口的數量，應根據匯集到低點處的雨水量（Q）計算，每個雨水口的泄水能力以15升／秒計，考慮初期雨水中雜物堵塞的影響，實際布置的數量應增加1／5～1／4。雨水口布設的位置一般沿道路縱坡方向布置于道路的低點處。當低點兩側的坡道縱坡較緩時（2％以下），可適當布置雨水口，以減輕大量逕流雨水匯集到低點，但不扣減低點處雨水口的數量，以保證排水安全。當道路縱坡大于2％時，則不必設置雨水口。
　　在實際工程中，低點雨水口采用多篦式雨水口型式，每組雨水口的數量約在10～20多個。
　　雨水口管管徑根據雨水量選定，由于受雨水口結構尺寸所限，雨水口管的最大管徑為d500毫米，當一條管不能滿足泄水要求時，可在一組雨水口中設2根或2根以上雨水口管。

6 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。
　　在現有的42座泵站中，有地下水的泵站16座，占38％，無地下水泵站26座，占62％。在16座有地下水的泵站中，有12座采用盲溝排水方法，如安華橋、和平里、來廣營等。有4座采用封閉結構，如永定門、西客站遂道等。
6.1 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。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，盲溝的設計（包括水量計算、設計原則、布置形式、縱斷設計及其構造等）在道路專業設計中解決。
　　結合立交排水的特點，盲溝設計應注意以下幾點：
　　·盲溝必須自成系統，不得與雨水管連通，以免雨水中的雜物流砂堵塞盲溝，使盲溝失效，釀成后患。
　　·下挖式立交內的地下水一般無自流條件排除，在北京地區，立交內地下水均抽升排除，并與雨水泵站合建，但集水池、水泵及出水管均分開系統。
　　·盲溝檢查井的井蓋應加密封措施，并應鑄有明顯標志，以區別于其它檢查井，降雨時，不能任意打開井蓋，以免雨水灌人，損害盲溝構造，盲溝應經常保持清潔，延長使用壽命。
6.2 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入的方法，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。

7 立交雨水泵站

7.1 泵站位置泵站的位置一般建于距立交道路最低點盡可能最近的地方。這樣使雨水以最短的距離排人泵站，降低工程造價。此段管道挖深很大，一般在7～9米深。泵站一般占地800～1200平方米。
　　在選擇泵站位置時要根據地質情況及地下水情況選址，同時要盡量少拆遷占地，要保證施工期間對周圍地上建筑物，地下管道及鐵路的安全，避開高壓電線。
　　泵站的位置，要與周圍景觀相結合，盡可能隱蔽，少占地，可利用跨線橋下空間。例如安定門立交泵站，與附近地鐵出人口的建筑風格一致；西客站站前隧道兩座泵站，是建在站前廣場的地下車庫內，解決了地上占地及影響景觀的矛盾。
7.2 泵站的組成
　　泵站內一般由泵房、出水井、變壓器室、低壓配電室、附屬生活設施等構筑物或建筑物組成。泵站內還應埋設給水、雨水、污水及電纜等地下管道。鋪裝站內道路及砌筑圍墻等。
　　泵房的型式為園形或矩形，70年代初建造的泵房為園形，即地下部分為鋼筋砼園形結構，地上部分為磚混矩形結構，此種型式僅有西大望、通縣人民路及化工路工程三處。
　　自70年代末開始均為矩形結構。自80年代中期，隨著道路立交的逐漸增多，我院編制了立交雨水泵房的標準圖，地下部分為9×10米的鋼筋砼結構，地上為磚混結構。泵房內的機器間與格柵間為合建。泵房內主要設備為水泵及配套電機，除此之外還有水泵的進出水管、閘門、吊裝設備、通風設備、采光、檢修平臺、室內給排水、拖布池洗手盆等。
　　出水并是泵房出水由壓力流變為重力流的連接構筑物，尺寸為5.6×1.8米地下鋼筋砼結構。出水井的最高水位應高于下游水體或干管的洪水位，防止下游洪水倒灌泵房。
　　附屬生活設施主要用于管理人員值班或居住用。一般建3～5間，大部為平房。有的與泵房或變電室結合，建在二層；如東便門、永定門、高熱等泵站均將附屬用房建在泵房二層上。
7.3 水泵選擇
　　泵房內水泵臺數一般為2～3臺，70年代初建的泵站均為2臺，80年代以后修建的泵房大部設三臺。由于雨水泵站可在非雨季節進行檢修，故不設備用泵。抽雨水的泵應具備流量大、揚程低、耐腐蝕及不易堵塞的特點。在北京的立交雨水泵站中，基本選用具有上述特點的以下幾種類型的水泵：
　?、?立式軸流泵：70年代初建的泵站，如復興門、西大望、通縣人民路及化工路均選用了此種泵型，后因管理不便被淘汰。
　?、?混流泵：自80年代以后，大多數用此種泵型，泵站標準圖按此泵型設計。
　?、?清水泵：在個別泵站中選用，只有農展館及黃管屯兩座選用。
　?、?潛水泵：此泵是80年代以后的新產品，90年代以后開始在北京的立交雨水泵站中試用，如在西客站的兩座隧道泵站、蓮花池、大鐘寺及和平里五座泵站使用。
7.4 配電
　　立交雨水泵站均配雙電源，設兩臺變壓器，變壓器大部設在室內，在無雙電源的情況下，采用柴油發電機作為備用電源。