浅谈城市立交道路排水设计方案的选择

马德全

　　【摘要】 本文就立交道路排水设计特殊性、复杂性及繁琐性的特点，从立交道路的排水任务、排水方式以及所遵循的设计原则等方面结合东蒲路立交道路的特点就设计方案的选择进行了分析和论述，通过比较，优化选择了最佳设计方案。
　　【关键词】 自流 调蓄 抽升 排水 拦截 迳流

前言

　　随着我国经济建设的飞速发展，城市交通问题已成为城市建设的重要问题。为缓解城市道路网日益紧张的状况，北京地区在近十几年来先后建成各种类型立交工程近百座。这些立交对改善城市交通状况及美化市容环境起到了重要的作用，收到了显著的经济、社会和环境效益。进入九十年代，随着改革开放的步伐，城市道路立交建设发展的速度将越来越快，其功能将会越加完善。
　　城市立交桥属城市道路的主体，而立交道路的排水又是该主体的一个重要组成部分。因为它直接关系到立交道路运行的安全可靠性、投资的经济合理性，为此，选择最佳的排水设计方案在立交道路工程中是极为重要的。笔者于1987年至1989年为配合东南二环道路工程的修建，有机会参加了该工程的东蒲路立交道路排水设计。由于从事立交道路排水设计的时间甚短，只能对此提出如下几点浅见。

1 立交道路排水设计的特殊性、复杂性及繁琐性

1.1 错综复杂的管网交叉决定了立交道路排水设计的特殊性。
　　立交桥属城市道路立交的主体，是连接整个立交各个不同部位并将几条交叉道路进行平面与空间组合的构筑物；是沟通和组织整个立交不同层次、不同方向交通的枢纽。东蒲路立交正是具备以上这一特点。该立交为三层蜻蜓式立交，由三座铁路箱涵和十八座桥组成，其规模大、技术复杂。主桥顶层设有两条南北方向的机动车道，并从引桥分别与之相接，中层为东西横跨的主路及铁路箱涵，底层设有两条南北方向的非机动车道，并与主路旁的辅路沟通。此外，另设五条匝道将主桥顶层与主路的机动车道连通。由于该立交位于城市交通道的十字路口处，连接立交桥各个方向的道路下均有上水、雨水、污水、煤气、电力、电信、照明等现况干管在此汇集，形成一个立体交叉的管网系统，再加上路口周围各种支线的接入，造成此处地下管线系统纵横交叉，错综复杂。
1.2 立体化的地面迳流决定了立交道路排水设计的复杂性。
　　由于立交均在2－3层以上，所以桥上、桥下、匝道、地下行人通道等各处标高相差很大，又纵横交错，容易形成雨水的汇集和排水不畅。立交道路排水设计中，如不能将高处雨水有效地截流排走，就会直接影响到低处雨水的及时排出，一场暴雨过后，就会导致桥下低点路面积水受淹，影响车辆和行人的通行。由此可见，在立交道路排水设计时，要通盘考虑到整个立交范围的地面迳流，能及时分散排除，是很复杂困难的。
1.3 多专业配合协调决定了立交设计的繁琐性。
　　由于立交桥是由道路、桥梁、给水、排水、煤气、热力、电力、电信等多种专业在－起共同完成的综合性设计，因此，各专业的相互配合协调是很重要的，作为重力流的排水专业必须先行，为道桥专业提供条件，根据下游水体（或干管）的水位及河底高程，共同协调确定桥下低点路面标高以及桥座、桥墩、挡墙位置，同时又要与其它各专业进一步协调，以防止管线在平面及竖向上相互矛盾。由此可见，多专业间的配合，在立交道路排水设计中是十分繁琐的。

2 立交道路排水设计的指导思想和设计原则

2.1 明确立交道路排水的任务
　　在进行立交道路排水设计时，首先应明确，立交道路排水工程的任务是将立交范围内的大气降水产生的地面迳流及时通畅地排走。大气降水主要以雨、雪形式出现，一般不考虑降雪的影响，对个别雪量大的地区，应进行融雪流量的校核，以流量大者作为设计依据。其次是当地下水位高于或接近设计路基时，需解决地下水的排除。
2.2 适当选择立交道路排水方式：
　　立交道路排水可分为自流、调蓄、泵站抽升三种方式，也可以采用几种方式的组合，在进行设计时，应根据工程特点综合考虑，适当选择。
2.2.1 自流排水
　　当立交附近有低于立交最低路面的市政排水管渠或其它排水出路时，即可采用直接排水方式，即自流排水。由于道路立交一般都设在交通流量大的交叉路口处，这些地区大都建有市政排水管渠。因此，在考虑立交排水方式时，应尽可能选择自流排水。自流排水是最经济、最安全的排水措施，它不需要专职管理人员和特殊工程设施，也不需要消耗能源。
2.2.2 调蓄排水
　　当立交排水具备上述直排条件，但如已有市政排水管的过水能力不能满足设计雨水流量的排放要求，或市政排水管的管底低于立交低点，而洪水水位却高于立交低点，在这种情况下，则需储存一定的水量，待雨峰过后逐渐排放，这时需修建蓄水设施，以调节高峰流量。
2.2.3 泵站抽升排水方式
　　当下游水体（或干管）水位高于立交道路最低设计路面，又不具备修建贮水池的条件时，需设置泵站，抽升排除立交范围内的雨水。
2.3 立交道路排水遵循的设计原则
　　为使立交范围内的雨水能够及时通畅的排出，不造成立交桥下最低点路面积水时，应采用以下设计原则。
2.3.1 采用分散排除，即“高水高排、低水低排”的原则。
2.3.2 根据下游水体及河底标高，尽可能选用自排方式。
2.3.3 如条件有限，无法自排时，可采用泵站提升方式，但汇水范围尽可能小，以减小泵站规模，节省投资费用，同时便于维护和管理。

3 设计方案选择的重要性

3.1 设计方案的选择是优化设计的关键
　　在工程建设项目过程中，设计方案的重大变动，对工程项目的投资具有直接的影响，影响程度之大可达85～95％。由此可见，设计方案的选择是影响整个工程项目建设的决定环节，设计人员必须充分认识到这一问题的重要性，认识到没有高质量的设计方案，就不可能有高质量的设计。为此，在设计过程中必须通过设计方案的排序，选择最佳设计方案，以保证方案决策的正确性，避免其盲目性，避免设计工程中可能出现的失误和浪费。通过优化设计，最终达到保障工程的完全可靠性，提高其适用性和经济性的目的。所谓安全可靠性，就是要保障工程项目的大部分或全部分的使用价值不丧失，投资不至浪费；所谓适用性，就是工程项目要有良好的使用功能；所谓经济性，就是在保障工程安全，可靠和适用的条件下，做到造价低，不浪费和保证建成投产（使用）后的经济效益。
3.2 设计方案选择应遵循的原则
　　① 必须符合工程建设的建设方针政策。
　　② 必须符合工程设计标准、规范及工艺合理、技术先进。
　　③ 必须适用国情，并且能够结合工程的实际。
　　④ 必须在满足所需要的功能和使用价值的前提下，投资费用最小。

4 结合工程特点选择立交道路排水的最佳设计方案

　　在选择立交道路排水方案时，必须结合该工程的特点，因地制宜地选择安全，可靠经济合理的最佳设计方案，是做好立交道路排水设计的关键。东蒲路立交道路工程排水正是遵循了设计原则，并结合了工程的实际特点，通过细致工作，综合分析选择了设计方案，本文在此做如下简介，仅供参考。
4.1 资料的收集与核实使设计方案的真实可靠性得到保证
　　在东蒲路立交道路工程排水方案的过程中，进展前设计人员认识到方案工作必须建立在真实可靠的基础上，所以资料的收集与核实是极为重要的。设计方案工作往往因为收集的资料不全或者资料未经核实，而一时疏忽，会造成设计返工，影响设计质量，给工程造成浪费，这种实例是常见的。所以在设计方案前，收集了以下资料，并到现场进行调查核实。
　　① 熟悉立交道路图纸，搞清道路高程，最高点和最低点位置，道路纵坡、横坡、各种车道及人行步道的关系，交通走向以及桥台、墩柱的设计等。
　　② 调查收集立交范围内各种现况管线资料，并到现场进行核实。
　　③ 调查收集规划的雨污水排水系统，并了解其它各种规划管线情况。
　　④ 调查立交范围内的地质及地下水位情况，同时了解下游水体（或干管）的常水位，设计洪水位以及河底（或管底）高程。
4.2 专业间的配合与协调是完善设计方案的唯一途径
　　鉴于立交道路工程为综合性的工程设计，需要多专业间的配合与协调，为使设计方案更加完善，更加合理，排水专业设计人应按以下程序进行专业间的配合与协调。
　　① 排水专业人员在收集上述有关资料后，根据规划意图及现状管线情况向道桥专业提出立交道路排水初步设计方案。
　　② 与道桥专业进行协调，确定了桥下最低点路面标高。此时应注意最低点路面标高，应有利于立交道路排水选择自流排水方式。
　　③ 道桥专业根据协调结果，结合排水专业的设计方案，复核排水管线平面位置与桥台、挡墙、墩柱是否发生矛盾。如有矛盾，道桥专业应进行局部调整或排水专业再次进行协调。
　　④ 排水专业与道桥专业的再次协调，应根据排水专业重力流的特点，对立交范围内所布置的排水干线的平面位置及标高进行调整。由于受立交范围外上下游干线的高程控制，很难做出较大变动，所以仅能进行局部调整。调整时应考虑到管线不宜在桥台、挡墙、墩柱下穿过，不能满足时应采取有效技术措施，避免荷载作用在管道上。
　　⑤ 与道桥专业协调配合后，排水专业还应与上水、煤气、电力、电信等专业进行协调，防止管线之间重叠、打架，并通过规划部门做好管线综合，确保各种管线在平面和竖向上的有序排列，为今后维护管理带来方便。
4.3 遵循设计原则，结合工程实际，选择最佳设计方案
4.3.1 分散排除的设计方案使复杂性的立交道路排水得到简化
　　鉴于东蒲路立交桥多层的复杂形式，考虑到立交底层非机动车道处于最低点的不利情况，设计中首先确定了立交桥道路雨水采用分散排出的方案，为了避免大量迳流急剧汇集到立交的最低点造成积水。在设计方案中遵循“高水高排、低水低排”的原则，决定了主桥两端引桥部分的顶层雨水尽量不排人立交低点，只允许拱桥部分的顶层雨水顺桥墩雨漏管排入底层，而连通主桥顶层与主路机动车道的五条匝道的路面雨水，均由立交范围外的管道系统排走。
4.3.2 区域性排水系统与立交低点分开，使立交道路排水更加安全可靠
　　为了使汇集于低处的水量尽可能减少，在设计中确定了区域性排水系统与立交低点分开，将蒲黄榆路东侧现况雨水干线避开立交，改线绕行，使近53公顷流域面积所形成的4500l／s迳流量（客水）得到阻拦。从而大大减少了汇集于立交范围内低处的水量，使立交道路排水更加安全可靠。
4.3.3 低点雨水采用了自流排水不设泵站的方案，使立交道路排水经济适用
　　由于东蒲路立交两处低点均设在低层的非机动车道上，其高程分别为37.58m和37.82m，而南护城河洪水位为37.00m，由于低点距出口处有200～300m的距离，低点处水面高度比河道洪水位还要高0.2～0.3m，故雨水可自流入河，不设雨水泵站，从而节省了工程的投资，使排水设计方案经济适用。
4.3.4 采取有效技术措施，确保立交道路排水方案的完整性
　　为使东蒲路立交道路排水设计方案更加完善，经与道桥专业协调后采取了以下技术措施：
　　（1） 严禁立交客水流入立交道路范围。要求道路设计中必须采用拦截客水流入的有效措施。
　　（2） 在立交道路的起终点必须设置变坡高点。
　　（3） 在立交道路范围内，道路两侧应设置挡墙，挡墙顶标高应高出附近地面0.3～0.5m，以防止立交范围外的雨水流入。
　　（4） 在立交道路范围内（即两变坡点之间）不设置路口，防止客水流入立交桥低点。
　　上述技术措施为立交道路低处排水提供了有利条件。使设计方案更加完整。
4.4 东蒲路立交道路排水设计方案构思的特点
　　① 立交道路排水方案的选择，在设计思路上突破了已往的常规做法，并运用了灵活的手法，分而治之，将各种不利的现状因素，转变为可以利用的条件，从而缓解了矛盾，选择了技术可靠的设计方案。
　　② 立交道路排水方案是建立在大量调查研究的基础之上，并通过专业间的配合与协调，群策群力，使设计方案更加完善，更加合理。
　　③ 立交道路排水方案，遵循了设计原则，并结合该工程的实际情况，经过综合分析，优化组合，从而选择了安全可靠、经济合理的最佳设计方案。

结束语

　　立交道路排水在整个立交工程设计，所占比重较小，但它的作用是不可低估的，对于立交道路排水方案的选择，笔者由于参加立交道路排水的时间有限，经验不足，仅结合实际工程的设计经过，提出自己的浅见。有不妥之处，请批评指正。