李前访
重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074
摘要：近年来，极端降雨时常造成城市内涝，下穿式立交的内涝积水现象更为严重，立交的排水问题也因此引起了人们的广泛关注。本文总结了立交排水的特点以及设计要点，并介绍了海绵城市理念在立交排水设计中的应用。
关键词：立交排水；设计；内涝
1 引 言
近些年来，强降雨导致立交发生内涝的事情时有发生，严重影响道路交通的正常运行，危害人们的生命以及财产安全。特别是下穿式立交，由于其本身标高较周围环境低两米以上，在遭遇强降雨之后，容易在短时间内汇集大量的积水，造成交通瘫痪，甚至人员伤亡。因此，排水系统是道路立交设计中需要着重关注的问题。
2.立交排水特点
2.1高程具有不利性
立交位于最下边的道路，其最低点往往比周围干道低约2~3米，形成盆地[1]。而且纵坡较大，雨水很快就容易汇集到立交最低点，从而造成严重的积水现象。
2.2交通具有特殊性
立交是重要的交通枢纽，一旦积水，将会影响交通的正常运行。进行排水设计时，其设计标准要高于一般的道路。
2.3养护管理具有困难性
立交道路上一般车辆众多，且车速较快，对排水管道的养护管理、雨水口的清淤，带来一定的困难。在设计时，应该适当考虑养护管理的便利。
2.4地下水排除问题
当地下水位高于设计路基时，为避免地下水造成路基冻胀和翻浆，设计应当考虑地下水的排除问题。
2.5汇水面积较大
立交道路较一般道路汇水面积大，且其纵坡较大，故排水比较困难。再加上立交桥面排水管较小，当较大面积的水汇集于地势较低位置处时，排水速度比较慢。
3.排水设计要点
3.1汇水面积
确定汇水面积是立交排水系统的重要一步。汇水面积应当包括引道、坡道、匝道、跨线桥、绿地以及建筑红线以外（约10m）的适当面积。在划分汇水面积时，应尽量缩小其汇水面积，来减小流量。在条件允许的情况下，应将立交的一部分面积划分到周围其他的排水系统，或者采取分散排放的措施，即高水高排，低水低排，避免雨水都汇集到同一低洼处，造成积水的现象。
实际工程中汇水面积的划分一般都是人工目测，再手动划分汇水面积然后计算，这种方式精度不高，不同人划分的面积差异可能较大。近些年来也有一些学者[2][3]提出采用GIS软件对汇水区域进行划分，这种方法考虑了多种因素的影响，自动得出汇水面积，其结果也较为精确。
3.2流量计算
在流量计算时要考虑到径流系数、设计重现期以及汇水面积等因素的影响。
3.2.1流量计算方法
目前，我国各种排水规范里面采用的流量计算方式为恒定均匀流推理公式[4]，这种方法只能适用于汇水面积较小的流量计算，当汇水面积过大时容易产生较大的误差。当汇水面积较大时,可以建立数学模型，使流量计算结果更为精确。张尚义[5]等利用了SWMM软件建立数学模型，动态模拟了重庆市幸福广场下穿立交路段集水到排水的全过程，且其模拟效果较好。
3.2.2径流系数
径流系数为某一时间段内一定区域内径流量与总降雨量的比值，其取值与降雨历时、降雨强度、地面覆盖情况、地面坡度以及建筑密度等因素有关，这些因素对径流系数的影响大小很难精确地评价。因此，径流系数一般按照经验取值。
3.2.3设计重现期
设计重现期是衡量降雨强度的一个重要指标，也是影响流量计算的一个重要指标。立交出现积水现象的一个可能的原因是设计时对设计重现期的取值不合理。因此在设计时，应当注意结合实际情况，合理取值，并考虑留一些富余量来应对一些较为少见的降雨，比如特大降雨等。
3.3雨水口布置
雨水口的设计对排除雨水的效果起到最直接的影响,设计时应当注重对雨水口的设计。下穿道路的雨水进水口一般分为平箅式、偏沟式、立式、联合式等四种形式[6]。雨水口一般沿坡道两侧对称布置，离最低点越近，布置越多。对于一些较大的立交，在引道、绿地、匝道也应寻找恰当位置布置雨水口。雨水口布置时，应考虑到一些不利情况，比如饮水口被杂物等堵塞。因此在布置雨水口时，其数量应留有富余，以便应对其他意外情况。此外，在纵坡大于2%的路段内，不宜设置雨水口。同时立交桥下的行车道应该具有一定的纵坡度，便于水体流入最低点。
3.4管道布置
立交排水管道布置时，应当避免与其他设施或市政管道发生冲突，综合协调考虑。同时，也可以考虑把管道断面适当加大，便于开展管道检修作业。此外还应当注意将雨水和污水进行分流，以免影响环境卫生。
3.5排水方式
3.5.1自流排水
这种排水方式是利用坡度自然排水，也称重力排水。其最为经济，不需要额外的资源。因此，满足需求的前提下，应当首先选用自流排水。
3.5.2调蓄排水
某些时候，流量较大，水体水位高于立交路面最低点，可以将自流排水所不能排除的部分引入到蓄水池中，待水位回落时，再自流排出。这种排水方式可以不设置排泵站，但要求在立交附近有其他的排水干道或河道，同时也对立交用地有要求。
3.5.3泵站排水
当下游水体或干管水位高于立交最低路面时，同时又无法采用调蓄排水方式时，或采用调蓄排水经济上不合理时，可以采用泵站排水的方式。立交泵站排水的设计标准要高于一般的排水泵站，同时也应当考虑降雨量、汇水面积以及交通量等多种因素的影响。泵站应尽可能修建于距离立交最低点最近的位置。同时立交排水也应当采取分流式，避免污水影响立交环境。
4.海绵城市理念在立交排水中的应用
近些年，海绵城市的研究逐渐成为研究热点[7]。未来，海绵城市理念将给立交排水设计带来新的思路。
4.1海绵城市概念
海绵城市是指，城市要像海绵一样，具有良好的适应环境的能力，在下雨时能够吸水、净水、储水等，需要时能将水释放出来并加以利用[8]。其遵循生态优先等原则，在保证城市排水防涝安全的前提下，能够最大限度地实现雨水在城市范围内的储存、净化及利用。
4.2设计理念
通过建立下凹式绿地等渗透设施，将雨水收集后，再对其进行净化处理并存储。利用水来浇灌植物，或者将其排到河中，以此达到节约水资源保护环境的目的。这个设计方法要运用到渗透、储存、净化等技术，与传统的排水方式相比，其涉及步骤较多。
4.3生物滞留带与下凹式绿地设计
立交排水系统里面所运用到的渗透技术设施有生物滞留带和下凹式绿地等。
生物滞留带设有植物、微生物等，能够对雨水进行收集并进行储存净化，经过处理后的雨水可以渗透进入地下水，或通过底部设置的管道进入到排水管中，从而达到排水的目的。但这种设施只能处理强度较小的降雨。由于渗水作用，其通常设置在远离桥墩的地方。
下凹式绿地可以由原有的绿化带进行改建，其可以设在道路的中央分隔带以及道路边缘处。
4.4雨水预处理
雨水流经路面后可能含有较多的有害物质，如有机污染物等。因此，应当在绿地内设置一些诸如沉淀池之类的净化设施，避免未经净化的水对植物造成损害。常用的雨水预处理设施有沉砂池、雨水弃流装置和卵石过滤等。
5.总结与展望
（1）道路立交排水设计需要从全局考虑，统筹协调。同时，也应当注意对一些细节参数的优化设计。
（2）立交排水设计时可以借助一些高科技手段，比如借助GIS进行汇水面积的划分与计算，提升精确程度。但这些新的方法在运用之前还需要进一步验证，以便证明其合理性。
（3）海绵城市排水设计是未来城市排水设计的一个重要趋势，将其运用在立交中的设计中还需要进一步的研究与实践。
（4）随着大数据与人工智能的发展与成熟，可以将其利用到立交排水系统的设计之中，优化排水设计，减轻设计负担。
参考文献
[1]孙家驷.道路立交规划与设计[M].北京:人民交通出版社,2009.
[2]赵冬泉，陈吉宁，佟庆远等.基于GIS构建SWMM城市排水管网模型[J].中国给水排水,2008(07):88-91.
[3]马立山，姚力，张海平等.利用DEM划分雨水汇水面积的方法研究[J].中国给水排水，2011，27(15):56-59.
[4]刘洁.合肥市下穿式立交桥排水系统的研究[D].安徽建筑大学,2016.
[5]张尚义,李霜,邵知宇等.基于SWMM的下穿式立交排水防涝设计研究[J].中国给水排水,2017,33(19):120-124.
[6]王淇,边静,李俊奇.雨水口设计中的几个重要问题及改进建议[J].中国给水排水,2014,30(02):27-30.
[7]Yin Dingkun, Chen Ye, Jia Haifeng, et al. Sponge city practice in China: A review of construction, assessment, operational and maintenance[J]. Journal of Cleaner Production,2020(prepublish).
[8]蔡琪.基于海绵城市理念的下沉式道路排水系统设计研究[D].东南大学,2018.