黄铭轩
重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074）
摘要：为了能够提供下穿式立交排水问题的解决思路，对近年相关研究进行了总结、分析。本文从下穿式立交排水问题的来源与危害出发，简述了现在常用的解决方案，并对其使用条件和优缺点进行解释说明。最后通过相关研究近期研究进展，一方面为解决相关问题的思路扩展方向，另一方面也为其未来研究方向提供了思路。
关键词：下穿式立交；排水；立交设计
0 引言
道路立交按照结构分类，可分为上跨式和下穿式。下穿式立交因其占地少、成本低的优点，常被选为城市立交设计形式。在我国已建的立交桥中，下穿式占到了75%[[[] 冯启军.立交桥下穿引道排水系统研究[D].济南：山东大学，2009]]。但是下穿式立交的低点高程通常低于周边排水管渠和下游洪水位，雨水难以自排，从而会较上跨式更易发生由雨水堆积导致堵塞交通的问题。通常，构造下穿式立交排水系统设计是下穿式立交的设计重点。本文将总结分析已有下穿式立交的排水系统设计，以期为进一步立交防水排水研究提供建议。
1 下穿式立交排水系统概述
1.1 排水方式选择
自流排水。一般当下穿立交附近有市政排水管道或者沟渠等排水设施时，可以通过高程设计利用重力排水。这种自流排水方式设计时是首要考虑的，但是需要注意雨水管道设计标高要高于洪水水位预防倒灌现象，其次是立交设计排水管道口径要与市政管道相匹配。
调蓄排水。这种方式通常适用于雨季分布不均且部分时节流量过大的地区，能够起到调节和储存的作用。目前，国内外将该雨水调蓄技术运用于雨水洪峰控制、初期污染地控制以及后期雨水净化回收等综合应用中，效果较为良好。
泵站强制排水。一般是当前两种排水方式时，采用泵站抽水进行排水，该技术需要注意泵站的位置、规模以及运行等方面问题。可以认为泵站系统排水需要考虑自动化、成本和维护三者的关系，以求能最大化发挥其作用来迅速排出雨水。
1.2 排水系统设施
下穿式立交桥的排水系统主要有雨水收集系统和雨水泵站组成。
雨水收集系统。收集系统主要是收集汇水面积内的雨水至泵站的集水井，主要包括雨水口，雨水管道等。国外的雨水收集系统中还有排水沟的形式。在下穿最低点的雨水口多采用联算形式或盖板沟来收集雨水，增加雨水口的泄水能力。盖板沟泄水量虽大，但是由于结构问题，对于下穿道路上的车辆行驶有较大的影响，所以在车流量较大的下穿立交桥排水系统中不建议采纳。
雨水泵站。一般的下穿式立交的最低点要低于正常路面2-8米，所以有部分雨水是不能靠重力自行排出到市政雨水管网或附近的河渠里，这个时候就需要用雨水泵站提升雨水至可排出标高。泵站的组成主要有格栅、集水池、机器间等。
雨水调蓄池及其他设施。雨量较大时可通过调节池，调节雨水的洪峰流量，同时也可储存净化雨水并作为城市水资源的补充。调蓄池的造价较高，国内对于调蓄池的应用较少。在工程设计施工中，泵站的规模直接决定了工程造价，为了减轻泵站排水量，应避免增加不必要的汇水面积，可以在立交支路接入干路时设置反坡，并设置挡墙，挡墙高度约在0.3m-0.5m，来防止立交以外的雨水进入增加泵站的排水设计量而造成道路积水。
2 下穿式立交排水系统研究现状
排水系统的研究不仅包括对排水设施的开发应用，降水量等被排对象的参数估计是另一重要方面。为此，国内外采用数学推导、经验归纳以及软件模拟法总结出一系列行之有效的解决方案。
2.1 国外研究现状
从数学理论建立公式估算雨水流量方面。爱尔兰的mulvaney[[[] 高成，徐向阳，刘俊.滨江城市排涝模型[M].北京：中国水利水电出版社，2013]]在19世纪通过流域特征和降雨强度数据提出Rational Method，能估算出降雨过程的峰值流量。随后美国的Kuichling[[[] 上海市建设和管理委员会，城市排水泵站设计规程（DGJ-22-2003）[M].北京：中国计划出版社，2004]]使用该公式计算城区降雨的最大流量，并取得了很好的效果。在经验归纳法上，美国的《AASHTO排水设计指南》根据当地情况特别针对下穿式立交排水做了明确的说明，主要内容包括雨水的收集、储存以及泵站设置等问题[[[] AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS EXECUTIVE COMMITTEE 2006–2007.]]。在软件模拟方面，1971年美国环保局提出雨洪管理模型（SWMM），可以用于模拟计算城市雨水管网的水质和水量，并在后续修改版本中不断完善，美国的学者Keifer和Chu提出了芝加哥流量过程线法计算设计城市雨水管道的水力模型，对于设计暴雨的雨型提供了软件方面的支持使得计算更加准确[3]。英国公路研究所以时间-面积-径流演算方法为基础上建立了城市径流模型TRRL[[[] Transport and Road Research Laboratory Guide for Engineers to the design of storm sewer systems. Road Note 35,2nded., TRRL, HMSO, London, U.K., 1976.]]，该方法估算的径流量和洪峰流量往往偏低，因为其没有将全部透水地表和不与排水系统相连的径流考虑进去。
2.2 国内研究现状
我国这方面的应用大量仍是基于经验值参考，存在计算结果距离实际情况差距较大的问题，近年来开始广泛引入模型与理论方法进行计算模拟。我国2014年以前排水设计规范推荐使用空隙容积利用法来计量雨量，该方法的折减系数m是依据经验所定，所以具有较大误差。同济大学的邓培德[[[] 邓培德. 论城市雨水道设计流量的计算方法.给水排水[J]，2007，33（6）：112-116.]]提出使用容量平衡法进行计算，主要在于使用流量折减系数β代替m。刘洁[[[] 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.]]认为下穿立交桥的积水问题是排水系统的设计标准偏低，泵站排水能力不足且监管不到位导致的。结合当地情况选用潜水泵作为排水泵和选择PLC系统对泵站自动监控和运行，通过对泵站的重新设计提高了排水系统的效率和寿命。孙杰[[[] 孙杰. 城市道路路面排水设计研究[D].长安大学,2013.]]认为目前下穿立交排水问题有引道两侧没有设雨水收集系统；没有考虑汛期降雨量的集水井设计；两端引道上部没设置反向边坡；多级排水泵站效果差。分析后提出，降雨大的城市中可以采用泵站抽水结合自流排水相结合的排水方案，并且认为在引道上方架设轻钢骨架雨棚能彻底解决下穿立交的积水问题。
3 总结与展望
（1）本文为了总结和分析下穿式立交排水的系统设计，通过分析排水方式和排水设施入手阐述下穿式立交排水设计针对对象和主要内容。
（2）针对国内外理论研究进展，可以认为下穿式立交排水设计的研究发展可以分为数学理论计算、经验法以及实测数据和经验法综合的软件模拟法。
（3）我国目前对下穿式立交排水设计的研究，集中在运用软件建模替代以往的经验值以及对已有泵站改造升级。
参考文献：