【论文】城市下立交雨水排水系统设计

摘要：城市立交雨水排水系统的组成与特点进行了介绍，结合设计经验对城市立交排水系统设计中的几个相关问题进行了探讨，并列举了设计实例。
关键词：下立交；雨水排水系统
随着国民经济和城市化建设的不断发展，城市道路的功能得到不断完善，复杂的城市道路网具有越来越多的城市立交桥。而下立交排水问题也已逐渐成为一个影响城市交通安全顺畅运行的重要因素，受到有关部门的重视。现结合设计经验对城市下立交排水系统设计中的几个相关问题略作介绍。
一、下立交雨水排水系统的作用与特点
下立交雨水排水系统的作用是在阴雨天气时及时有效地排除立交范围内汇集的大量雨水，维持城市道路安全顺畅的运行。由于下立交两侧引道纵坡一般都较大，具有降雨时聚水较快的特点，若排除不及时就会威胁行车行人安全，以致中断道路交通，而众多立交一般又位于城市道路系统的咽喉部位，一旦交通中断往往影响很大，所以对其排水要求高于一般的雨水排水系统。
二、下立交雨水排水系统组成
立交雨水排水系统由雨水收集系统和雨水泵站组成。其作用是收集集水范围内的雨水至集水池。由于立交引道坡度较大（通常在2%-3.5%之间），造成雨水的地面径流流速较大，接近甚至超过管道排放的流速，在引道上设置雨水井效果并不理想，所以一般采取在立交最低处设置多篦集水井来收集雨水，就近进入泵站集水池。多篦水井的个数是雨水设计流量与单个集水井容纳流量的比值，并考虑1.2-1.5的堵塞系数。
近几年的设计与运行经验表明，利用潜水泵的立交排水泵站在实践中取得的效果较好，这是由潜水泵及潜水泵站的优点所决定的，其优点为：
①工程投资省，一般可节省40%-60%，工期可以缩短1/2-2/3；
②安装维护方便，可临时安装；
③运行安全可靠，辅助设备少，降低了故障率；
④运行条件大为改善，泵房与控制室分开，振动、噪声小；
⑤自动化程度高，潜水泵机组启动程序简单，操作程序简化；
⑥简化泵房结构。
三、设计中应注意的问题
下立交雨水排水系统设计与城市雨水排水系统的设计原理相同，但有其特殊性。
（一）设计标准与规模。雨水排水系统因其整个系统较周围环境要低，需要重点考虑排水安全性，故其设计参数较一般排水系统要相应提高，在《室外排水设计规范》（GB50014—2006）中对立体交叉道路的雨水管道设计参数有明确的规定，即重要干道、地区或短期积水即能引起严重 后果的地区，重现期一般选用3-5年；立体交叉道路排水的地面径流量计算，宜符合下列规定：
1）设计重现期不小于3年，重要区域标准可适当提高，同一立体交叉工程的不同部位可采用不同重现期。
2）地面集水时间宜为5-10min.与城市雨水排水系统不同的是，下立交引道坡度较大，集水较快，并考虑立交的重要程度，应适当提高下立交排水的设计重现期，一般宜取其上限。
（二）雨水泵站集水池容积及流态。对潜水泵站而言，集水池即泵室，由于潜水泵间距较小，集水池大小决定着泵站大小和工程造价，合理确定集水池大小显得尤为重要。随着水泵技术、自控技术进步，集水池容积可减小。集水池雨水流态会对泵的运行产生影响，由于与雨水收集系统集水井直接相连，暴雨时流速较快的雨水径流集水井直接进入集水池会形成回流、湍流，从而恶化水泵进水条件，导致水泵效率下降，应采取导流等措施改进雨水流态以助于泵站的正常运行，可采取的措施有：设置导流板或导流墩、压水板或挡水板等。
（三）水泵的选型与控制。水泵作为下立交泵站核心直接对泵站的运行效率产生影响。对于立交泵站水泵运行一般要求易安装、易维护，运行安全可靠、结构简单故障率低。因此潜水泵作为一种泵与电机连体，并同时潜入液下工作的泵型。其明显具有以下几个方面的优点：
①泵体结构紧凑、占地面积小。由于泵体潜入液下工作，因此可直接安装于污水池内，可以节省大量的土地及基建费用。
②安装维修方便。小型的潜水排污泵可以自由安装，大型的潜水排污泵一般都配有自动藕合装置可以进行自动安装，通过导轨下降至池底底座，安装及维修相当方便。
③连续运转时间长。潜水排污泵由于泵和电机同轴，轴短，转动部件重量轻，因此轴承上承受的径向载荷相对较小，寿命比一般泵要长得多。
④不存在汽蚀破坏及灌引水等问题。特别是后一点给操作人员带来了很大的方便。
⑤振动噪声小，电机温升低，对环境无污染。其设计流量在自动控制时应按设计秒流量确定，人工控制时应按最大小时流量确定，水泵数量应不少于2台，以保证有1台备用泵。
水泵的控制手段与能否及时排除雨水密切相关。自动控制不仅有助于及时排水，还直接影响集水池的大小，可减小集水池容积，因此立交排水宜充分利用潜水泵易于实现自动控制的优点，采用报警水位双泵启动方式控制，即高水位（小雨）时启动1台水泵，超高水位（大雨）时再启动1台水泵并报警。值得注意的是，使用潜水泵时最低水位不应低于电动机露出液面部分的一半高度。
四、设计实例
陇海铁路过商丘市区，上跨多条主干道，平原路在与之相交处设计了下穿式立交桥。该设计中，立交最低处在地下水位以上0.65m，故未考虑排除地下水。立交雨水经泵站提升后进入压力窖井，再纳入市政雨水管道。
泵站为半地下式，下部为集水池，上部为管理与生活设施。雨水收集采取在非机动车道最低处和暗埋段最低处设置横截沟，收集后由在非机动车道横截沟的最低处设置的200mm管道将雨水引到在立交暗埋段最低处设置的横截沟，汇集后进入泵站集水池。横截沟上敷设GTG50H型水沟盖。在立交东侧最低点设雨水泵房一座，内设400QW1500-10-75型潜水泵三台（2备1用），水泵流量Q=1500m3/h，扬程H=98kPa，n=990 r/min，配套电机功率为75kW，水泵采取自动与现场控制相结合。该雨水排水系统自建成后取得较好的实际运行效果。
参考文献：
[1]《室外排水设计规范》（GBJ50014-2006）
[2]《公路排水设计手册》
[3]《城市排水泵站设计规程》DBJ08－22－2003.J10248-2003