第33卷第4期2007年12月
湖南交通科技
HUNANCOMMUNICATIONSCIENCEANDTECHNOLOGY
Vo.l33No.4
Dec.2007
文章编号:1008 844X(2007)04 0066 02
公路桥面排水系统设计探讨
胡 虎
(湖南省交通规划勘察设计院,湖南长沙 410008)
摘 要:通过对高速公路桥面排水系统设置原则的分析和排水能力的计算,总结了桥面
排水系统的配套设计原则、计算出各种管径的竖向排水管的最大排水能力,计算出不同管径的纵向排水管在不同的桥面纵坡下的最大排水能力,提出了敏感水体上的桥梁桥面排水设计的方法和改进措施。
关键词:桥面排水;单斗;多斗;纵向排水管 中图分类号:U443.31
文献标识码:A
面漫流的雨水通过有效的排水系统就近快捷地排
除。一般桥面上设置雨水斗的数量和间距应满足汇集雨水要求,使桥面的雨水不会在桥面长距离地漫流,漫流是造成高速行驶中的车辆发生轮胎 飘滑现象 的主要因素,是潜在的行车安全隐患。雨水在顺着桥面的横坡和纵坡流入桥面两侧的雨水斗后,再通过连接管和竖管直接排放到桥下边沟或河流中。
在桥面排水系统的设计中,由于缺乏计算每个不同口径雨水斗的排水能力,缺乏计算不同口径的纵向排水管在不同的桥面纵坡下的排水能力,不考虑桥面宽度和降雨强度的差别,只是简单地将雨水斗按一定的间距布置,桥面纵向排水管沿桥面纵坡布设。造成在强降雨条件下桥面积水漫流的现象,再加上桥梁运营期间养护单位无法对桥面排水管道进行及时的疏通和修复,桥面排水系统阻塞和断裂等早期损坏的现象十分严重。
1 桥面排水系统设计现状
随着高速公路建设的快速发展,高速公路运营阶段降水径流污染问题愈加受到关注。降水径流污染是指降雨淋洗大气,冲刷桥面中的污染物,使其进入地表水和地下水而造成水环境的污染。同时高速公路中的危险品运输事故也不时发生,有害化学物质的泄漏造成的水污染问题已成为全社会的关注点。
公路桥面的降水由桥面排水系统汇集和排放,桥梁桥面排水系统一般由桥面雨水斗、连接管、竖管、纵向排水横管、抱箍组合安装组成。见图1。
2 桥面排水系统设置一般性原则
1)桥面雨水斗口径的选用应考虑单个雨水斗的服务面积与设计暴雨强度,雨水斗的口径越大其
排水能力越大。桥面雨水斗设置的间距应考虑桥面
图1 桥面排水系统一般布置
的纵坡。桥面纵坡越大则雨水斗的间距越大。设计采用的雨水斗应有权威机构测试的水力设计参数,比如排水能力(流量)、对应的管前水深等,未经测试的雨水斗不得安装在桥面排水系统中。
2)雨水斗的管径不得大于连接管和立管的管径,多斗纵向排水管的管径应大于连接管的管径。
在有关的公路桥梁设计规范中,对公路桥梁的桥面系统设计未有任何规范要求,设计只是从排水顺畅和行车安全2方面考虑,桥面排水除满足路面雨水漫流所要求的最小综合纵坡外,还应考虑将桥
收稿日期:2007 08 10
胡 ( ),,,
多斗系统的各雨水斗承接的雨水宜基本在同一个层面上,当各雨水斗承接的雨水总流量小于纵向排水管和立管的负荷能力时,可将各雨水斗置于不同的高度,但最低雨水斗距离立管底端的高度应大于最高雨水斗距离立管底端高度的2/3,城市道路中的多层立交桥如满足上述条件可将不同层次的桥面排水设置在同一排水系统中。
3)因纵向排水管绝大部分时间在非满流状态下运行,故管道的最小纵坡应大于0.5%,以满足管道内自净(最小)流速的要求。
4)排水管在管道转向处宜做顺水连接,排水管当其长度较长或通过桥梁伸缩缝装置时应设置伸缩器。立管与横管连接的弯头、立管下端设置检查开口。
其它各雨水斗的设计流量依次比上游雨水斗递增10%。但到第5个雨水斗时设计流量不宜再增加。
表2 多斗排水系统雨水斗设计流量
口径/
mm75100
排水能力/(L s-1)
812
口径/mm150200
排水能力/(L s-1)
2640
3.3 多斗排水系统纵向排水管的设计流量多斗排水系统纵向排水管的排水能力可按式(1)~式(3)近似计算,其中充满度h/D不得大于0.8。
Q=vA
12/31/2
v=I
n
(1)(2)
3 桥面排水系统最大设计排放能力计算
3.1 单斗排水系统雨水斗设计流量
由单个雨水斗配连接管、立管、排水横管组成,见图2。其各部分管道的口径均宜一致,不同口径的系统的最大设计流量见表1
。
I=(h+ h)/L(3)
3
式中,Q为排水流量,m/s;v为流速,m/s;A为水流断面积,m;R水力半径,m;I为水力坡度,m;n为粗糙系数;h为立管顶部即悬吊管末端的最大负压; h为雨水斗和悬吊管末端的几何高差,m;L为悬吊管的长度,m。
纵向排水管的管径应根据各雨水斗流量之和确定,并宜保持管径不变。
经计算,当采用钢管和铸铁管作为纵向排水管时,其设计最大负荷流量见表3中的取值,表中n=0.014,h/D=0.8,当采用塑料管作为纵向排水管时,其设计最大负荷流量见表4中的取值,表中n=0.01,h/D=0.8。
表3 多斗纵向管(铸铁管、钢管)的最大排水能力
2
图2 连接管设置示意
表1 单斗排水系统雨水斗设计流量
口径/
mm75100
排水能力/(L s-1)
816
口径/mm150200
排水能力/(L s-1)
3252
坡度
75
0.020.030.040.050.06
3.073.774.354.865.335.756.156.526.88
不同管径(mm)的最大排水能力1006.638.129.3810.4911.4912.4113.2614.0714.83
15019.5523.9427.6530.9133.8636.5739.1041.4741.47
20042.1051.5659.5466.5772.9278.7684.2084.2084.20
(L s-1)
25076.3393.50107.96120.19132.22142.82142.82142.82142.82
3.2 多斗排水系统雨水斗设计流量
多个雨水斗的排水系统:由多个雨水斗配连接
管、纵向排水管、立管、排水横管组成。不同口径的系统的最大设计流量见表2,各雨水斗的设计流量应根据表2中取值,最远端的雨水斗的设计流量不得超过表中的数值,其它雨水斗与立管的距离逐渐变小,泄流量会依次递增。为更接近实际,设计中宜考虑进这部分附加量,令距离立管较近的雨水斗划,
0.070.080.09>0.10
3.4 多斗系统的立管设计流量
经计算,多斗系统的立管(金属和非金属)排水能力见表5中的值选取,桥墩较低时不应超过低限
(下转第76页)
合理有效的桥台加固方法;对加固后的桥台将进行长期的跟踪观测,半年的观测表明,经加固的桥台侧墙稳定,满足预期的加固效果。
[2]陈忠达,王海林.公路挡土墙施工[M].北京:人民交通出版社,
2004.
[3]JTGD60 2004,公路桥涵设计通用规范[S].
[4]刘效尧,朱新实.预应力技术及材料设备[M].北京:人民交通出
版社,1997.
[5]JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].
参考文献:
[1]闫莫明,徐祯祥,苏自约.岩土锚固技术手册[M].北京:人民交
通出版社,2004.
[6]JTJ024-85,公路桥涵地基与基础设计规范[S].
[7]苏兴钜.预应力锚索在桥台病害治理中的应用[J].华东公路,
2000,(6):53-55.
(上接第67页)
值,桥墩较高时不应超过上限值。
表4 多斗纵向管(塑料管)的最大排水能力
(L s-1)
坡度0.020.030.040.050.060.070.080.09 0.10
不同管径(mm)的最大排水能力
905.767.058.149.109.9710.7711.5112.2112.87
11010.2012.4914.4216.1317.6719.0820.4021.6422.81
12514.3017.5120.2222.6124.7726.7528.6030.3431.98
16727.6633.8839.1243.7347.9151.7555.3258.6858.68
20050.1261.3870.8779.2486.8093.76100.23100.23100.23
强降雨强度条件下的排水要求。纵向排水管通过桥面伸缩缝装置时,由于受桥梁伸缩变形的影响。则容易发生排水管的结构破坏或失效。
对于跨越敏感水体(引用水源)的桥梁,单桥梁的长度较长时,桥面的纵向排水管的最大排水小于桥面的雨水汇集量,此时路线纵面设计时应考虑将桥位处的竖曲线设计为凸曲线,并将凸曲线的顶点设置在桥梁中心桩号附近,将桥梁的纵向排水设计成桥中向两侧桥头排放的形式,同时尽量加大凸曲线两侧的纵坡值,以利于加大桥面纵向排水管的排泄能力,将桥位设置在凹曲线的底部的纵面设计是错误的。在特大、大桥中由于桥梁长度较长,纵向排水管无法满足强降雨的雨水排泄要求。考虑到桥面在经过暴雨短时间冲刷后,桥面漫流雨水中油污等其他污染物强度有所降低,在纵向排水管满流阻水时将雨水从连接管上设置的溢水管排除,或采取强化交通管制的措施,在桥面雨水漫流时段中止交通以避免车辆因 漂移现象 而产生行车安全事故。
表5 多斗立管排水能力
管径/mm75100150
排水能力/(L s-1)10~1219~2542~45
管径/mm200250300
排水能力/(L s-1)75~90135~155220~240
5 结束语
桥面排水系统是整个桥梁的附属工程,以往设计中缺乏系统性和灵活性,由于设计不合理造成了桥面排水系统的失效和损坏,桥面的排水不畅很容易引起桥面沥青铺装层和桥面伸缩缝的破坏,桥面行车的舒适性和安全达不到设计要求。对桥面的排水系统设计一定要从当地的降雨强度等多方面考虑,综合路线设计出有效耐用的桥梁排水系统。
参考文献:
[1]JTGD60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].
[1]孙慧修.排水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.
4 跨越敏感水体桥梁排水系统设置
对于公路两侧的敏感水源(饮用水源),从环保角度出发公路选线时首先尽可能避让,无法避让时桥面的雨水不得直接排放到敏感水体中。而是通过纵向排水管将多个雨水斗汇集的雨水收集排放到两侧设置的蒸发池或隔油池内蒸发或处理。纵向排水管的排水能力与其管径和桥上纵坡有关。如果因桥梁跨越的敏感水体长度过长,造成桥面汇水面积过大,纵向排水管无法满足要求。或桥梁纵坡太小,纵向排水管排水能力受到限制,桥面排水将无法满足
第33卷第4期2007年12月
湖南交通科技
HUNANCOMMUNICATIONSCIENCEANDTECHNOLOGY
Vo.l33No.4
Dec.2007
文章编号:1008 844X(2007)04 0066 02
公路桥面排水系统设计探讨
胡 虎
(湖南省交通规划勘察设计院,湖南长沙 410008)
摘 要:通过对高速公路桥面排水系统设置原则的分析和排水能力的计算,总结了桥面
排水系统的配套设计原则、计算出各种管径的竖向排水管的最大排水能力,计算出不同管径的纵向排水管在不同的桥面纵坡下的最大排水能力,提出了敏感水体上的桥梁桥面排水设计的方法和改进措施。
关键词:桥面排水;单斗;多斗;纵向排水管 中图分类号:U443.31
文献标识码:A
面漫流的雨水通过有效的排水系统就近快捷地排
除。一般桥面上设置雨水斗的数量和间距应满足汇集雨水要求,使桥面的雨水不会在桥面长距离地漫流,漫流是造成高速行驶中的车辆发生轮胎 飘滑现象 的主要因素,是潜在的行车安全隐患。雨水在顺着桥面的横坡和纵坡流入桥面两侧的雨水斗后,再通过连接管和竖管直接排放到桥下边沟或河流中。
在桥面排水系统的设计中,由于缺乏计算每个不同口径雨水斗的排水能力,缺乏计算不同口径的纵向排水管在不同的桥面纵坡下的排水能力,不考虑桥面宽度和降雨强度的差别,只是简单地将雨水斗按一定的间距布置,桥面纵向排水管沿桥面纵坡布设。造成在强降雨条件下桥面积水漫流的现象,再加上桥梁运营期间养护单位无法对桥面排水管道进行及时的疏通和修复,桥面排水系统阻塞和断裂等早期损坏的现象十分严重。
1 桥面排水系统设计现状
随着高速公路建设的快速发展,高速公路运营阶段降水径流污染问题愈加受到关注。降水径流污染是指降雨淋洗大气,冲刷桥面中的污染物,使其进入地表水和地下水而造成水环境的污染。同时高速公路中的危险品运输事故也不时发生,有害化学物质的泄漏造成的水污染问题已成为全社会的关注点。
公路桥面的降水由桥面排水系统汇集和排放,桥梁桥面排水系统一般由桥面雨水斗、连接管、竖管、纵向排水横管、抱箍组合安装组成。见图1。
2 桥面排水系统设置一般性原则
1)桥面雨水斗口径的选用应考虑单个雨水斗的服务面积与设计暴雨强度,雨水斗的口径越大其
排水能力越大。桥面雨水斗设置的间距应考虑桥面
图1 桥面排水系统一般布置
的纵坡。桥面纵坡越大则雨水斗的间距越大。设计采用的雨水斗应有权威机构测试的水力设计参数,比如排水能力(流量)、对应的管前水深等,未经测试的雨水斗不得安装在桥面排水系统中。
2)雨水斗的管径不得大于连接管和立管的管径,多斗纵向排水管的管径应大于连接管的管径。
在有关的公路桥梁设计规范中,对公路桥梁的桥面系统设计未有任何规范要求,设计只是从排水顺畅和行车安全2方面考虑,桥面排水除满足路面雨水漫流所要求的最小综合纵坡外,还应考虑将桥
收稿日期:2007 08 10
胡 ( ),,,
多斗系统的各雨水斗承接的雨水宜基本在同一个层面上,当各雨水斗承接的雨水总流量小于纵向排水管和立管的负荷能力时,可将各雨水斗置于不同的高度,但最低雨水斗距离立管底端的高度应大于最高雨水斗距离立管底端高度的2/3,城市道路中的多层立交桥如满足上述条件可将不同层次的桥面排水设置在同一排水系统中。
3)因纵向排水管绝大部分时间在非满流状态下运行,故管道的最小纵坡应大于0.5%,以满足管道内自净(最小)流速的要求。
4)排水管在管道转向处宜做顺水连接,排水管当其长度较长或通过桥梁伸缩缝装置时应设置伸缩器。立管与横管连接的弯头、立管下端设置检查开口。
其它各雨水斗的设计流量依次比上游雨水斗递增10%。但到第5个雨水斗时设计流量不宜再增加。
表2 多斗排水系统雨水斗设计流量
口径/
mm75100
排水能力/(L s-1)
812
口径/mm150200
排水能力/(L s-1)
2640
3.3 多斗排水系统纵向排水管的设计流量多斗排水系统纵向排水管的排水能力可按式(1)~式(3)近似计算,其中充满度h/D不得大于0.8。
Q=vA
12/31/2
v=I
n
(1)(2)
3 桥面排水系统最大设计排放能力计算
3.1 单斗排水系统雨水斗设计流量
由单个雨水斗配连接管、立管、排水横管组成,见图2。其各部分管道的口径均宜一致,不同口径的系统的最大设计流量见表1
。
I=(h+ h)/L(3)
3
式中,Q为排水流量,m/s;v为流速,m/s;A为水流断面积,m;R水力半径,m;I为水力坡度,m;n为粗糙系数;h为立管顶部即悬吊管末端的最大负压; h为雨水斗和悬吊管末端的几何高差,m;L为悬吊管的长度,m。
纵向排水管的管径应根据各雨水斗流量之和确定,并宜保持管径不变。
经计算,当采用钢管和铸铁管作为纵向排水管时,其设计最大负荷流量见表3中的取值,表中n=0.014,h/D=0.8,当采用塑料管作为纵向排水管时,其设计最大负荷流量见表4中的取值,表中n=0.01,h/D=0.8。
表3 多斗纵向管(铸铁管、钢管)的最大排水能力
2
图2 连接管设置示意
表1 单斗排水系统雨水斗设计流量
口径/
mm75100
排水能力/(L s-1)
816
口径/mm150200
排水能力/(L s-1)
3252
坡度
75
0.020.030.040.050.06
3.073.774.354.865.335.756.156.526.88
不同管径(mm)的最大排水能力1006.638.129.3810.4911.4912.4113.2614.0714.83
15019.5523.9427.6530.9133.8636.5739.1041.4741.47
20042.1051.5659.5466.5772.9278.7684.2084.2084.20
(L s-1)
25076.3393.50107.96120.19132.22142.82142.82142.82142.82
3.2 多斗排水系统雨水斗设计流量
多个雨水斗的排水系统:由多个雨水斗配连接
管、纵向排水管、立管、排水横管组成。不同口径的系统的最大设计流量见表2,各雨水斗的设计流量应根据表2中取值,最远端的雨水斗的设计流量不得超过表中的数值,其它雨水斗与立管的距离逐渐变小,泄流量会依次递增。为更接近实际,设计中宜考虑进这部分附加量,令距离立管较近的雨水斗划,
0.070.080.09>0.10
3.4 多斗系统的立管设计流量
经计算,多斗系统的立管(金属和非金属)排水能力见表5中的值选取,桥墩较低时不应超过低限
(下转第76页)
合理有效的桥台加固方法;对加固后的桥台将进行长期的跟踪观测,半年的观测表明,经加固的桥台侧墙稳定,满足预期的加固效果。
[2]陈忠达,王海林.公路挡土墙施工[M].北京:人民交通出版社,
2004.
[3]JTGD60 2004,公路桥涵设计通用规范[S].
[4]刘效尧,朱新实.预应力技术及材料设备[M].北京:人民交通出
版社,1997.
[5]JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].
参考文献:
[1]闫莫明,徐祯祥,苏自约.岩土锚固技术手册[M].北京:人民交
通出版社,2004.
[6]JTJ024-85,公路桥涵地基与基础设计规范[S].
[7]苏兴钜.预应力锚索在桥台病害治理中的应用[J].华东公路,
2000,(6):53-55.
(上接第67页)
值,桥墩较高时不应超过上限值。
表4 多斗纵向管(塑料管)的最大排水能力
(L s-1)
坡度0.020.030.040.050.060.070.080.09 0.10
不同管径(mm)的最大排水能力
905.767.058.149.109.9710.7711.5112.2112.87
11010.2012.4914.4216.1317.6719.0820.4021.6422.81
12514.3017.5120.2222.6124.7726.7528.6030.3431.98
16727.6633.8839.1243.7347.9151.7555.3258.6858.68
20050.1261.3870.8779.2486.8093.76100.23100.23100.23
强降雨强度条件下的排水要求。纵向排水管通过桥面伸缩缝装置时,由于受桥梁伸缩变形的影响。则容易发生排水管的结构破坏或失效。
对于跨越敏感水体(引用水源)的桥梁,单桥梁的长度较长时,桥面的纵向排水管的最大排水小于桥面的雨水汇集量,此时路线纵面设计时应考虑将桥位处的竖曲线设计为凸曲线,并将凸曲线的顶点设置在桥梁中心桩号附近,将桥梁的纵向排水设计成桥中向两侧桥头排放的形式,同时尽量加大凸曲线两侧的纵坡值,以利于加大桥面纵向排水管的排泄能力,将桥位设置在凹曲线的底部的纵面设计是错误的。在特大、大桥中由于桥梁长度较长,纵向排水管无法满足强降雨的雨水排泄要求。考虑到桥面在经过暴雨短时间冲刷后,桥面漫流雨水中油污等其他污染物强度有所降低,在纵向排水管满流阻水时将雨水从连接管上设置的溢水管排除,或采取强化交通管制的措施,在桥面雨水漫流时段中止交通以避免车辆因 漂移现象 而产生行车安全事故。
表5 多斗立管排水能力
管径/mm75100150
排水能力/(L s-1)10~1219~2542~45
管径/mm200250300
排水能力/(L s-1)75~90135~155220~240
5 结束语
桥面排水系统是整个桥梁的附属工程,以往设计中缺乏系统性和灵活性,由于设计不合理造成了桥面排水系统的失效和损坏,桥面的排水不畅很容易引起桥面沥青铺装层和桥面伸缩缝的破坏,桥面行车的舒适性和安全达不到设计要求。对桥面的排水系统设计一定要从当地的降雨强度等多方面考虑,综合路线设计出有效耐用的桥梁排水系统。
参考文献:
[1]JTGD60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].
[1]孙慧修.排水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.
4 跨越敏感水体桥梁排水系统设置
对于公路两侧的敏感水源(饮用水源),从环保角度出发公路选线时首先尽可能避让,无法避让时桥面的雨水不得直接排放到敏感水体中。而是通过纵向排水管将多个雨水斗汇集的雨水收集排放到两侧设置的蒸发池或隔油池内蒸发或处理。纵向排水管的排水能力与其管径和桥上纵坡有关。如果因桥梁跨越的敏感水体长度过长,造成桥面汇水面积过大,纵向排水管无法满足要求。或桥梁纵坡太小,纵向排水管排水能力受到限制,桥面排水将无法满足