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5 路面行泄通道
我国现行道路设计规范要求道路纵坡不能小于0.3%,该规定对于道路路面雨水收集很有必要,但是很多情况下却阻碍了道路路面雨水输送功能的实现。由于我国地下雨水管道普遍缺乏良好维护,其雨水输送能力随着使用年限增加逐年减弱。如果道路纵坡设计合理,道路的路面雨水输送功能可以有效弥补地下管道输送能力的不足。
道路竖向规划的常规做法是根据河道涝水位定竖向标高,其计算公式为“竖向标高=规划涝水位+该处到河道最短距离×0.001+安全超高”,因此对于填方地区,整体地形以0.1%的坡度坡向周边河道,如果此时道路纵坡最小为0.3%,那么道路设计时一定需要增加变坡点,形成凹形竖曲线,当降雨强度超过地下雨水管道实际输水能力时,该点将出现严重积水,造成交通中断。
一个设计合理的道路坡度,应同时考虑雨水的收集和输送功能,这就要求:①常规降雨时(理想情况下为雨水管渠设计重现期),道路漫幅不能超过有关规定(暂无);②超标降雨时,道路形成路面行泄通道。当整体地形无法满足0.3%的坡度时,强行要求道路纵坡不能小于0.3%,将导致路面行泄通道无法形成。当整体地形为0.1%坡度时,采用0.1%的道路纵坡将有助于形成路面行泄通道(此时道路横坡必须为2.0%)。
5.1
道路坡度调整表14为道路纵坡为0.1%时的雨水口最小布置间距(满足表13漫幅要求)。
如果道路长度为1 km,雨水口布置数量见表15。从表15可以看出,将道路纵坡调整为0.1%,横坡调整为2.0%,雨水口数量仅有少量增加(24 m时甚至减少)。
5.2
输水能力计算图5为路面行泄通道过水断面示意。出于计算简化起见,不考虑道路中央分隔带和机非隔离带对过水断面的影响,也不考虑超出道路机动车道和非机动车道范围内的过水断面。根据表2中规定,至少一条机动车道积水不能超过15 cm,假设机动车道宽度为3.5 m,则图5中道路中央积水深度h=0.15-3.5×0.02=0.08(m)。
采用曼宁公式计算的路面行泄通道输水能力见表16(假设机动车和非机动车道宽度均为3.5 m)。
比较表16和表17可以发现,7 m宽路面行泄通道输水能力大致相当于直径800 mm的雨水管道,14 m宽路面行泄通道输水能力大致相当于直径1 200 mm的雨水管道,21 m宽路面行泄通道输水能力大致相当于直径1 600 mm的雨水管道,28 m宽路面行泄通道输水能力大致相当于直径2 000 mm的雨水管道。
可见,通过适当调整道路纵坡和横坡,即可满足常规降雨时的路面雨水收集需求,又可应对超标降雨时的超标雨水输送需求。和管道相比,路面行泄通道输水能力更大,并且几乎不存在堵塞的问题。
6 结论和建议
《室外排水设计规范》明确要求应经过计算确定雨水口的形式、数量和布置,由于我国暂无完整的雨水口计算方法,前文采用的均为美国联邦公路管理局2009年出版的《Urban Drainage Design Manual》中的计算方法。经过计算和分析,主要结论和建议如下:
(1)当箅前水深、道路横坡和纵坡不变时,雨水口泄水能力随箅数增大而增大,但存在一个上限值(偏沟流量)。
(2)当箅前水深和道路横坡保持不变时,雨水口允许最大间距随道路纵坡增大而增大。
(3)当道路纵坡和漫幅不变时,雨水口允许最大间距随道路横坡增大而增大。
(4)当箅前水深、道路横坡和纵坡保持不变时,雨水口允许最大间距随箅数增大而增大。
(5)我国应尽快制定道路漫幅设计标准。建议18 m以下道路允许漫幅为3.5 m,18 m以上(含18 m)道路允许漫幅为4.0 m。
(6)建议30 m以上道路设计时横坡采用2.0%。
(7)建议道路纵坡最小值采用0.1%,以便形成路面行泄通道。当道路纵坡较小时,横坡应加大到2.0%。
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