探索与实践（1）
----市政道路的排水设计
最后修改时间：05-8-24
主题:市政道路的排水设计是区别与公路设计的重要特征之一。他在城市建设中占有独特的位置。对规划的合理性、历史的延续性、地势的约束性、系统的完整性要求很高。与交通工程、公用管线及居民生活有着非常密切的关系。他与道路工程一样是城市文明进步和居民生活质量提高的重要标志，也是保证道路工程质量的重要措施。
排水设计的特点是服从与道路设计、产成品寿命长、与公用管线的关系复杂。
本文对排水设计的特点和一般规律做粗浅的归纳和整理，尽量做到即能介绍一个清晰系统的设计顺序及具体做法，同时有侧重的提出设计中规律性的，常见问题的处理方法。
一、接受任务
1、工程名称（正式名及暂定名）、位置、主管部门、联系人员名称、职务、电话（固定、移动）、地址、电子邮箱、车牌号码、
2、本道路规划横断、控制点坐标、道路起点、终点、全长、等级、功能定位（城市主干道、进出口道路、巷道、公园道路）、建设意义
3、相交道路名称、控制坐标、交角、目前状态（既有、规划、在建）
4、本道路主要组成部分：道路、雨水、污水、跨河桥、铁路地道桥、
涵洞、运动场、过水路、
5、甲方要求：出图时间、总造价、结构、高程关系、其他设计内容的分工、项目特点、质量要求、是否分标段、相关资料提供方式及时间、
二、调阅相关资料
1、本道路历史资料、
2、所有与本工程相交道路、桥梁、涵洞、管道等结构物的设计图、竣工图。
3、与本道路功能、结构、地形特点相似的最新道路设计图。
4、区域道路规划图、
5、区域排水干管规划图、
6、工程位置附近地质资料：岩层高度、地下水、承载力、土质特点
7、工程位置1：2000；1：5000；地形图
8、可研文字资料、规划说明、地方志、官方报道、
9、既有道路建设及最近维修改造时间、内容（道路横断、结构、现状、排水管线、公用管线）
10、关键点高程（路口、桥下净空、管道接口高程、吐口高程、铁路高程、挡墙高程、电塔基础高程）
11、上网查阅附属结构物的生产厂家产品目录、索取产品样本、价格、供货时间、质检证明、技术标准。（比如：标牌、路灯、减速板、反光器、土工布、盲管、承插管、方砖）
12、去产品生产或使用单位、规划院、水利设计院、其他设计院、
13、去公用管线管理维护单位索取资料
14、去甲方单位索取资料
15、去与本工程内容相关的道路、公园、等地实地考察
所有外调资料应纪录主管部门、联系人员名称、职务、电话（固定、移动）、地址、电子邮箱、资料提供时间
三、现场踏勘
1、了解地形特点、平原、丘陵、地质条件、暴露的岩石、旧河道、水库、水田、鱼塘、（查看软基、大挖方、顶管、自然雨水排水出路）
2、察看道路附近是否有道路、桥梁、河道、铁路、文物、军事设施、重要机关或枢纽（公园、学校、客运站、货运站、通讯中心、市场、水厂、变电所、医院、监狱）、红线附近很难拆迁的建筑、深井、大型地下建筑物、厕所、饭店、小卖店、
3、察看公用管线种类、位置、布置特点：地下高压电缆、架空高压线、电塔、光缆、上水管道、燃气管道、热力管道、排水管道、用户特点、
4、道路沿途纵向地势走向及横向地势特点、两侧建筑物门口位置及高差（均指与自然地面的高差）、围墙位置及高差、电塔位置及基础高差、桥梁净空及桥下（上）宽度、道路边沟特点、过道管位置及管径、架空电线或管道、铁路轨道高差、既有道路高差、
5、范围内树木的种类、胸径（树龄）、密度、现状、与道路的位置关
系、（如何保护。迁移、伐倒、压缩道路断面、设曲线绕行、采取局部保护措施）
6、既有排水体系的特点及运行情况。河道的名称、管理部门、上下游关系、既有横断、规划横断、河道自然坡度、流向、常水位、设防标准及洪水位、最大流量、流速、既有及规划堤坝间距、顶宽、河堤及护坡结构形式、材料、坡度、河道水流视在流动状态、水质特点、来源、水深、水温、流速、河底地质条件、通航要求、沿河吐口位置、结构特点、附近是否有取水头、水源保护地、河道与河堤的高差、河堤顶路是否通车、堤顶路及背水面的排水方式、河堤与道路的关系、设计分工、是否需要或允许设穿河堤的管道或涵洞、（设穿河堤的构筑物需要经河道管理部门的批准）
7、既有排水管道的位置、管径、管材、管道埋深、运行状态（充满度、流速、堵塞情况、属性、用户特点、结构寿命、始建年、设计及施工和维护部门、
8、向沿途居民了解雨水排水、积水、翻浆情况。了解地下管线布置位置、管径、维护情况
四、编写设计要点
1、抓关键问题，要有特点：道路是新建还是翻建、补强、罩面、加宽、改断面、；排水体系是新建、翻建、疏通、增设、分流、合流、做过道管还是暗渠或桥梁、管线规划及实际可能的铺设位置、
2、提出多种方案备选、但是不能事无巨细做N多方案而不进行必要
的筛选和排队，反到使上级技术主管无法及时准确做出判断。不能没方案，也不能出一堆无明显对比关系的方案。
3、要随着设计的深入不断的增补内容及调整方向
例如:净月潭开发区道路设计、102国道绕行线改造工程；双阳区巷道设计等许多工程，与初次踏勘之后就制定了该项目技术思路及主要设想。并在实践中不断的补充和完善。
4、应注重合理分工在设计中的作用
设计工作按性质大体可以分为决策和绘图两部分。设计的过程就是不断的发现问题，做出判断解决问题的过程。一般地，一个工程由一个人做所有关键技术参数的总体控制。比如：道路及排水的控制高程，主要技术参数的选用、横断位置、接口数据、说明书的主要内容、预算目录（项目）、必须由一个人（或组成智囊团，并由其中一个人全面掌控）。不宜你做排水，他做道路，或分段设计，没有一个人能掌握全局的关键信息。
五、准备作业用图（草图）
目录
1、工程位置图。标注道理起点终点路名、相交道理名、主要标志性建筑物名（最好用公共设置名称。广场、收费站、学校、体育场、公用管线维护部门、建委、公交线路）
2、道路规划平面图（名称、横断、起终点、长度、角度、半径）
地形图（含等高线、村屯、道路、建筑物）
3、地上建筑物调查图。按建筑类别标注房屋图视面积、高压电杆及变压器按杆上标牌标注、地下光缆按埋石标记标注、沿途两侧建筑物按标牌（单位名、店铺名、街路地址）标注、
4、基础处理计算图。建筑物基础、档墙基础、清表土、挖塘泥、拆除既有路面、挖树兜
5、道路工程竖向控制图（自然坡度、设计坡长、坡度、路口或控制点高程、主要填方、挖方区域及数量）
6、雨水排水水力计算参数选用图（在地形图上做。地势、设计坡度、重现期、径流系数）
7、污水排水水力计算参数选用图（规划用地图、道路所占面积、绿化占用面积、居住占用面积、各区域人口密度、用水定额、工业用水大户）
8、排水管网布局图（平面及竖向方案、管网交叉方式与工程造价的关系、与施工进度的关系、规划调整的灵活性）
9、管线布局特点。
10、摸板的制作*
六、排水工程计算参数的选用
1、重现期的选用
1.1、与地形的关系
地形特点：道路所在位置地形为单面坡、顺山脊、顺山沟、盆地、横穿山脊、山沟、自然坡度的变化特点，周边地势。
道路所在位置：顺坡——自然地势排水方向与道路纵轴相同。
①如果设计道路纵坡等于设计横坡，路面的水流方向与道路轴线成45o，但是由于道路中线位置的雨水补给不如道路边缘充足，因此实际水流合力方向还是偏向路中；
②如道路纵坡大于横坡，路面水将主要沿道路轴向流动，此时处在道路立缘石位置的雨水雨水口，并不能完全收集路面的雨水。即雨水口的实际收水宽度远小于道路半宽。沿路面流动的雨水由路面积水和路侧汇水量组成。雨水口主要截收路侧汇水。当实际降雨量大于雨水口实际接收能力时，就发生道路积水时间问题。即当降雨结束时，路面雨水继续流入雨水口，只是随时间的延长，水层平均厚度逐渐减小、流速逐渐下降、水流方向逐渐由沿道路轴向变为沿横坡方向流动，即最终汇集于道路立缘石处。积水时间与汇水面积、降雨强度、道路坡度、雨水口数量或间距有关。当道路设计坡度大于2%，雨水口数量应适当减少，间距增大。重现期宜取小值。（最小取0.5a）
③如果道路纵坡小于横坡，特别是当道路设计坡度为最小坡度时（0.3%），路面水将主要沿道路横向流动。这时雨水口的收集作用最大。因为单个雨水口的收集能力为20~25升/秒，当布置间距为40米时，单侧雨水口最大水量=（雨水口过水总断积）*入口流速<=20升/秒。流速与道路坡度、路面粗糟度、降雨强度有关。
道路所在位置：横坡——自然地势排水方向与道路纵轴垂直。
①当降雨量或场地横坡较小时，由于道路横坡的阻隔，雨水主要被
雨水口截收。应适当增加雨水口数量。
②当降雨量或场地横坡很大时，水流越过道路中线及另一侧的立缘石，进入场地下游区域。间隔40米一组的雨水口不能很好的发挥作用。除非沿道路立缘石设一排雨水口。例如：车库门前、处于凹地的小路口、门口、地下商场入口处等。重现期宜取较大值。（最大取2~3a）道路所在位置：在地势的绝对高处——自然地势为由中间向四外排水。
重现期宜取最小值。（0.5a）或适当减少汇水面积。
道路所在位置：在地势的绝对低处——自然地势由四周向内汇水。重现期宜取与道路等级对应的最大值。（最大取2~3a）
1.2、与道路所处坡段位置的关系
设计道路处在坡段的位置与重现期的选择有关。
①当设计道路处于坡段上游时，由于汇水面积小，总水量也小，积水时间短，因此受水淹的影响最小。此时重现期宜取小值。
②当设计道路处于坡段下游时，由于汇水面积大，总水量也大，积水
时间长，因此受水淹的影响最大。此时重现期宜取大值。
③道路宽度越大，（道路等级高）因为槽子（道路两侧立缘石所夹的体积）体积增大，单个雨水口负责的道路面积增大，如道路铺装宽6米道路，雨水口间距40米时，单个雨水口承担40X6/2=120m2的道路面积;当道路铺装宽为（三幅路7辅路+主路11.5X2+辅路7）37米时，单个雨水口承担40X37/2=740m2的道路面积。路面积水时间相对较长。此时重现期宜取大值。
重现期的取值特点是竖向设计完成后、实际变化主要与地势有关，数据具有连续性。
2、径流系数的选用
1、地表的硬化面积、渗透系数、单次降雨量、间隔、最大降雨量、日平均气温、年蒸发量与各月的变化关系。
2、面积要按加权平均法计算，各个小块取值有跳跃性、不连续。
3、随城市的发展而变化。基本变化规律是随着绿地面积逐步减少，方砖铺砌面积的增加而逐渐增大。
ψP=(S1*ψ1+S2*ψ2+S N*ψN)/(S1+S2+S N)
3、重现期与径流系数的变化率
对于某个特定的城市，其暴雨强度在一段时间内有其固定的规律。其中P与ψ对公式计算结果的影响是不同的。要分析他们个自对结果影响及相互间的作用，有利于我们做出正确的分析和判断。
这是径流系数为0.2；重现期从0.5起至3.0，数值间隔0.1所得图型：重现期与流量关系图 P-Q曲线图
K-Q
径流系数与流量关系图
对面两个图表曲线分析后可以发现，重现期对流量的影响更明显。特别是当P取值在0.5~1.5范围时，反映敏感。
而径流系数对流量的影响是直线关系，这一点从公式中就可以看出。
七、排水管网的平面布局方式
管网布局类型的选择。指雨水及污水排水干管的总体走向及管线铺设形状。
1、与场地规划功能有关（主干道路、居民区、公园）；
2、与场地地势有关（与干管走向有关）如哈尔滨的松北区（图）、吉林的经济开发区（图）；长春经济技术开发区、净月潭、高科技开发区；
3、与工程实施的特点有关；土地开发有阶段性，连续性、灵活性、
与工程的施工造价有关。例如：乌兰察布新区
排水管网布局对施工计划的影响及投资效率的发挥及规划的变通能力。
1、雨水与污水干管垂直布局
例如：哈尔滨松北区规划，乌兰察布新区规划。
该区域为一矩形市区，基本地势为北高南低，西高东低。在南部都有一条河道（松花江）。排水规划基本方案是雨水由北向南排水、污水由东向西排水。这就出现了雨水与污水干管垂直布局。这种管道布局方案的特点之一，是造价高。请看以下表格的分析数据：
管沟挖深与断面积的关系表（单式边坡）
采用公式：S=H*(H+b*I)； (友情提示：Y=aX2+bX+C)
式中S——断面积、H——挖深、b——底宽、I——平均边坡比
管沟挖深与造价关系曲线图
管沟挖深与造价关系柱状图
由于管径不变的情况下，造价将随管道埋深发生变化。
不同管径与埋深对造价的影响
这种雨水与污水干管垂直布局方式带来的问题是由于管道深偏大，导致投资大、实施中应变能力弱、开发区域或顺序受管网布局严重制约。
2、雨水与污水干管平行布局
是最常见的管道布局方式。特点是：投资小（埋深浅、有管道同槽施工条件）、设计及施工方便、实施过程中应变能力强。
例如：规划的调整、投资方的选址变化、政策的调整、资金投入的变化、征地与拆迁。
①鱼刺式（双侧平行布管）
特点：
1、地势平坦（道路横向自然坡度小）两侧汇水宽度相当。
2、多见于地势平坦或两侧向中间坡的沟底单幅路
3、地下管线交叉的机会最多
4、一般雨水管道布置在路中，污水管道布置在一侧。或者一边一条
管道。连接管及预留管通过道路全宽。对改扩建道路可能降低道路结构强度，并给施工带来不利影响。
②木梳式（单侧布管）
特点：
1、道路横向自然坡度大，两侧汇水宽度相差大。甚至另一侧无设置管道的必要。
2、在丘陵地形的单幅路中比较多见，或另一侧规划中无污水用户
（公园）。
3、地下管线交叉的机会少（空出半幅路），布局方便。
4、一般雨水管道布置在路中，污水管道布置在一侧。或者一边提
条管道。
5、新建改建道路都方便。（另一侧可以空出条便道）
③木梳式（双侧布管）
特点：
1、道路横向自然坡度不大，两侧汇水宽度相当。
2、在平原地形的多幅路中比较多见。比如：长春市的主干路。
3、地下管线布局方便。
4、道路每侧都布置有雨水及污水管道。
5、新建改建道路都方便。
④分离的木梳式（双侧布管）
多见于山脊路（净月潭福址大街）
1、特点是，不论雨水还是污水管道，在路上的都是支管。
2、管道埋深浅，管线交叉少，设计及施工极其方便。
3、混合布局
是以上两种布局方式的组合使用。
八、排水管线（纵断）的竖向布局
纵断布局
在排水工程的设计过程中，排水纵断的变化最多。这是由于地形（道路纵断）、服务区域、地下管线的复杂程度决定的。
一般原则是：满足服务区域的排水要求（管道埋深合理），管径变化少（设计简洁，施工管理方便），管道交叉方式合理（减少埋深，方便施工，降低造价）。
从图式看可以分为以下几种类型。
1、按等流速设计原则。一般适用于道路设计坡度较小的情况。比
如取设计流速为0.8m/s;（一般取管径x坡度>=1,可以满足估算
要求）
2、按等坡度设计原则。适用于道路坡度适中。
3、按等坡度+分散式跌水设计原则。适用于道路坡度很大的情况。
流速超规范，或为避免下游管道产生雍水现象。
4、按等管径变坡度设计原则。适用于道路坡度较大的情况（流速
不超规范）。
5、适当预留跌水高程，等待灵活处理管线交叉的原则。已知沿途
有管线交叉，但是不能确定高程和交叉方式。
见下图