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道路坡度对路面排水的影响研究

关注:日期:2018-03-09

本文采用美国联邦公路管理局提出的偏沟和雨水口流量计算方法,经计算发现我国《雨水口》(16S518)标准图集中雨水口泄水能力推荐值有不合理之处。通过分析国内外道路坡度和雨水口布置的相关要求,结合案例计算,总结了道路横坡、纵坡、箅前水深和雨水口布置间距之间的变化关系,并提出道路设计漫幅的推荐值。通过调整道路设计坡度,将道路路面转变为兼具收集和输送路面雨水功能的路面行泄通道,并利用曼宁公式计算了路面行泄通道的排水能力。

雨水收集、输送和排放系统是城市基础设施的重要组成部分。传统市政雨水系统设计在输送和排放系统上着力较多,而在雨水收集系统设计上有所忽视,绝大多数情况下都是根据经验设计,而未考虑新形势下的新要求。

路面排水系统是雨水收集系统的一个重要组成部分,根据降雨强度不同,路面排水系统有2种运行模式:①当降雨强度小于城市雨水管网系统实际排水能力时,路面排水系统仅承担将直接降落到路面的雨水收集到雨水管道的任务;②当降雨强度大于城市雨水管网系统实际排水能力时,路面排水系统还需要承担超出管道输送能力的那部分雨水(不一定是直接降落到路面的雨水,也可能是周边地块的汇水或者检查井溢出的雨水)的输送任务。当城市内部河网水系未满时,设计合理的路面排水系统可起到将超出管道排水能力的雨水径流输送到河网水系的作用,设计不合理的路面排水系统将导致雨水在城市道路上蓄积。

1 设计标准

路面排水设计主要包括表面排水、偏沟和雨水口的设计,设计标准主要是当地的设计暴雨重现期和允许的道路漫幅。在传统设计中,排水设计人员主要是通过调整雨水口间距来满足设计要求,而很少去要求道路设计人员调整道路坡度,导致我国道路的路面排水系统设计时只考虑了雨水收集而没有主动考虑雨水的输送。

《室外排水设计规范》(GB 50014-2006,2016年)4.7.1和4.7.2条,《城镇内涝防治技术规范》(GB 51222-2017)5.2.1、5.2.2条均对雨水口设计作出规定。《城乡建设用地竖向规划规范》(CJJ 83-2016)5.0.2、6.0.2条对道路坡度作出规定。《城市道路工程设计规范》(CJJ 37-2012)5.4.1、5.5.2、6.3.2条关于缘石和道路坡度也有相关规定。

对我国现行有关规范要求总结如下:①雨水口设计流量应为雨水管渠设计重现期计算流量的1.5~3倍,雨水口间距宜为25~50 m。②道路纵坡不应小于0.3%(不满足时需采取特殊排水措施),道路横坡应采用1.5%~2.0%,路肩横坡可比路面横坡加大1.0%。③立缘石外露高度宜为10~20 cm。④我国目前暂无道路漫幅的规定。

美国联邦公路管理局2009年出版的《Urban Drainage Design Manual》有关道路坡度的规定如下:①道路纵坡不应小于0.5%,不得小于0.3%。②双车道(单向)时道路横坡应为0.015~0.020;三车道或更多(单向)时,最小为0.015,每车道增加0.005~0.010,最大不能超过0.040。③最佳横坡坡度为2%。

道路漫幅的规定可借鉴美国科罗拉多《Urban Storm Drainage Criteria Manual》的规定,见表1。


《Urban Storm Drainage Criteria Manual》对于内涝防治设计重现期时的道路积水有详细规定,我国《室外排水设计规范》有类似规定,见表2。


2 计算理论

道路雨水偏沟主要有2种型式:单一断面和复合断面(见图1)。出于计算简便的需要,仅介绍单一断面(三角沟型)的计算方法。


2.1

偏沟水力计算偏沟水力计算公式采用修正曼宁公式,见式(1)~式(3):



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