城市市政道路雨水口设计分析

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城市市政道路雨水口设计分析

摘要:城市市政道路中的雨水口是排水构筑物,多位于道路行车道的边缘处,车行道、人行道上积存的雨水一般会先集中到雨水口,随后再统一流入雨水管道。设计雨水口时,泄水能力直接关系到地下排水系统径流量,所以雨水口设置也直接关系到后期清除雨水的成效与道路的安全通行。为此,雨水口设计是城市市政道路工程的重要项目。

关键词:市政道路;雨水口;设计

引言:

城市市政道路雨水口设计非常重要,直接关系到道路积水清除效果,需要做好设计工作,规避雨水淤积带来的影响,提高道路运行的安全性与可靠性。

1.国、内外研究现状和发展动态

我国洪涝灾害频发。据统计,洪涝灾害造成的损失和伤亡在自然灾害中居第一位。20世纪90年代开始,由于我国城镇化进程明显加速,大面积植被被水泥、沥青取代,天然的蓄水池被建筑物和构筑物替代,且城市地下空间开发程度越来越大,如地下超市、地下停车场和地铁等基础设施建设。这些做法都会不同程度导致下垫面渗透能力降低、雨水汇水量大、速度快,仅依靠管网来疏导雨水已是心有余而力不足。城市的扩张增大了地表径流流量,增加了排水难度,导致内涝现象的频发。相关统计数据显示,2010年以来,我国平均每年受到内涝威胁的城市有185座。但自2010年以来,5年中有4年洪涝灾害造成的损失超过了发生流域型大洪水的1998年(2551亿元),面对损失与受淹城市数成正比的趋势,人们开始对城市内涝问题给予了更多关注。引发城市内涝的原因有内外两个方面:其外因有降雨强度大,范围集中;内因有城市大量雨水口堵塞,泄水能力不足,导致局部积水。西方发达国家对雨水口的研究比较早,自20世纪90年代开始,就陆续开始注重对雨水口截污功能的研究。美国在20世纪中期开始设置截污过滤装置,其诸多道路排水设计手册包含最佳管理措施(BMPs)、低影响开发(LID)和绿色雨水基础设施(GSI)等雨水管理理念与技术。意在减少进入雨水管道中的泥沙杂质含量,降低后期雨水管道清淤成本。同期,英国也强调雨水口作为汇水面积的终端,市政排水的起端同样也应该具有截污能力,从源头控制泥沙量,保障城市正常的泄洪能力。德国也是早在20世纪90年代初设置截污挂篮,并在各地应用广泛。

2.雨水口流量计算

新型离心式防堵塞装置,是一种可以将雨水中泥沙进行分离的装置。雨水下落经过螺旋结构形成旋流。由于泥沙与水密度差异较大,旋流产生的离心力将较重的泥沙汇集进入中间的收集管道,落入下设的集泥槽。雨水会因离心力而被甩出装置,或因短时流量过大通过溢流方式进入雨水管道。因此,达到初步泥沙分离的目的。具体步骤如图1。

图1.设计原理流程:

2.1水量之间关系的计算

道路上的雨水顺延地面运动,期间地面上的土壤与植物等可能会形成阻隔,从而形成地面径流,顺延道路两边的边沟,利用雨水口下泄到雨水管道当中,这一运动过程主要有三个阶段:第一阶段,植被与土壤等导致的截留现象以及雨水下渗等相关因素,按照综合径流系数,对雨水汇水流量Q1进行计算;第二阶段,路面上堆积的雨水在道路横坡这一因素的影响下,将道路铺面、平石与路缘石作为界限成为边沟浅流,使积存的雨水全部流入雨水口。

2.2雨水汇水流量

雨水口附近的汇水面积有限,且地面覆盖比较简单,可以使用推理公式法展开计算,计算公式为。公式中,φ为综合径流系数,q代表设计暴雨强度,单位为L/(s?hm2),A是汇水面积,单位是m2。城市汇水地区地面类型与地面覆盖基本情况对径流系数有一定影响,地面覆盖发生变化,径流系数也会随之出现改变,因此雨水口汇水面积代表的是平均径流系数值,根据不同地面面积展开加权平均计算[1]。

2.3道路边沟流量

城市道路边沟中包括道路铺面、平石与路肩等,施工过程中设计成浅梯形状的沟渠。一般边沟宽度在0.3~1.0m之间,可以将路面中的雨水引入雨水口。计算常规边沟流量,其中边沟横坡为单一横坡,与路面铺面的横坡坡度相同。一旦雨水在边沟中流入雨水口,这时会在边坡中形成梯形过水断面。从水力学角度分析,常规边沟水流形状为浅水明渠流。

3.雨水口间距设计与计算

3.1雨水口间距设计基本情况

城市道路雨水口设计阶段,间距布置非常重要,需要按照《排水工程》与《室外排水设计规范》提出的相关要求制定设计方案,将间距控制在30~80m以及25~50m之间。如果计算过程中仅掌握雨水口间距参考值范畴,可以确定的是参考值范围中的差值比较大,那么市政道路工程设计、施工期间要想准确控制难度较大。

3.2雨水口间距计算

如果雨水口间距较小,可以帮助路面雨水快速清除,但是却不利于道路美观性,届时会追加投资;如果雨水口间距较大,那么雨水口泄水能力不符合边沟来水流量要求,会导致路面积水这一问题。所以,市政道路施工中雨水口的设计,需要以道路纵坡度为依据展开计算。雨水口间距计算公式为L=?Q3、γQ。公式中的L代表雨水口的设计间距,单位为m;φ代表折减系数,因为城市维护管理工作中已经放置相应的措施,所以雨水口经历暴雨之后,塑料袋、树枝等垃圾会堵塞雨水口,加上道路设计纵坡不够,在这些因素的影响下雨水口泄水能力便会受到影响。所以,雨水口泄水流量可以用φQ3来表示,φ的取值范围是0.5~0.6之间;Q3代表雨水口理论泄水流量,单位是L/s;γ是指雨水口截流率,按照道路纵坡实际状况予以确定;Q代表雨水口服务区域纵坡方向道路单位长度汇集流量,单位是L/(s?m)[2]。

结论:

简而言之,文章针对城市市政道路雨水口设计,介绍雨水口布置原则、雨水口流量计算、雨水口间距设计与计算方法,最后以某市排水工程为例展开分析,提出雨水口设计方法与问题解决建议,以期能够提高雨水口泄水能力,保证道路安全运行。

参考文献:

[1]温展鸿.海绵城市理念下的市政道路排水设计[J].居舍,2018(15):100+104.

[2]白伟方.“海绵城市”在市政道路设计中的应用[J].技术与市场,2018,25(02):147-149.