下穿通道雨水排水系统设计

柳州市强容路下穿通道雨水排水系统设计

陶臻慧罗瑞丽 胡景宣

（柳州市市政设计科学研究院，柳州，545006）

摘要：结合下穿通道排水特点，对柳州市强容路下穿通道雨水排水系统进行设计，阐述了排水方式的确定，通道内雨水量的计算，集水池有效容积及设计水位，水泵选择等内容，并总结相应的设计经验。

关键词：下穿通道排水；泵站；集水池有效容积；设计水位；水泵选型

0、 引言

近几年来，内涝频繁发生。下穿通道地势低，更是内涝频发地。由于气候和地形地貌问题，柳州是洪涝灾害高发地。所以柳州下穿通道雨水排水系统设计，更应该采取多种措施以确保排水安全。

1、工程概况

本工程位于柳州市官塘新区强容路一期与博园路交叉路口。为城市主干路I级。下穿通道采用单层下穿，下穿距离0.455km。

2、排水方式的确定

2.1下穿通道排水特点

该下穿通道排水具有如下特点：

（1）该下穿通道为城市主干路I级，若遭特大暴雨袭击，发生内涝，会造成负面社会影响：交通中断，影响人们正常。

（2）因下穿部分道路纵坡较大（4.422％～4.488％），比匝道低2ｍ～8.25ｍ，成为区域内的凹地，相当于一个蓄水池，汇集并滞留雨水。内涝极易发生。

因此本工程设计标准高于一般道路排水标准。

2.2排水方式的确定

根据《室外排水设计规范》GB 50014－2006(2014版)规定,本工程设计原则为“高水高排、低水低排”。下穿通道内涝主要原因有几点：一是排水标准低，老规范中，P≥3；二是路面积水倒灌到下穿通道；三是停电，水泵没法启动。所以本次设计采用多种设计措施，以便有效防止内涝。

（1）地面雨水系统

匝道地面雨水具备自流条件，自流排除。综合径流系数，取0.7；雨水汇水面积按规划路网，结合本路段的实际地形，并考虑其它路段的转输流量进行划分；重现期，取2年。暴雨强度公式采用广西建委综合设计院编制的柳州市暴雨强度公式。本工程雨水出口为到博园大道西侧的设计雨水干渠，沿博园大道由南向北排往莫道江，最终排入柳江。渠道断面BxH=3600x2000，设计坡度3.3‰。本工程雨水管（渠）采用双侧布置，雨水管道布置在道路两侧辅道下，距离道路中心线24.50米。

（2）通道内排水设计

下穿通道最低处标高为81.53m，低于本工程设计重力流雨水渠道BXH=3600X2000的渠内底标高82.67m，因此须设置雨水提升泵站。

①设置反坡。为了减小雨水提升泵站的规模，在下穿通道两端设置反坡，并在在出入口设置了截水沟，减少流入通道内的雨水。

②边沟上雨水口设置。雨水通过通道两侧的内嵌边沟收集，再经d800，i=0.004排水管排入泵站集水井。综合考虑几种类型雨水口的特点：立篦雨水口不易堵塞，但是边沟需保持一定水深，常常道路加铺沥青层后水深不够；平篦雨水口水力条件好，可惜容易被树枝、垃圾等堵塞；联合式雨水口能兼顾平立篦优点。由于下穿部分道路纵坡远远大于道路横坡，远远布置一个雨水口，不利于雨水的收集。所以直接在边沟上设置钢格板代替雨水口，钢格板的设置形式参照联合式雨水口。

③消能井设计。排出口设消能井，尽可能提高水泵压力出水管标高，并在消能井内设挡板，防止渠道雨水倒灌。

④提高泵站设计标准，P取20年，增设备用水泵。选择性能优越的水泵。

⑤泵站泵房设计为采用半地下湿式， 与框架一体建设。为避免通道被淹造成停电，泵站的控制设备（箱式变电站）设于通道外的人行道上外。

3、通道内雨水量的计算

通道内雨水量计算

Q=Ψ×q×F（L/s）

式中：

ψ：径流系数，取0.9；

F：汇水面积，单位为ha，本工程F=1.43 ha；

q ：广西建委综合设计院编制的按数理统计法得出地柳州市暴雨强度公式：

(L/s·ha)

其中：

P：重现期，取20年

t：降雨历时（分钟）， t=t1+t2

t1：地面集水时间,单位为min，本工程取t1=5min

t2：管渠内雨水流行时间，单位为min

经计算，Q雨＝790.19L/s＝2844.69m3/h

确定泵站规模为3000m3/h

4、水泵类型的选择

潜水排污泵能将水中长纤维、袋、草、布条等撕裂、切断，然后顺利排放，适合下穿通道积水的排除，不易因杂物堵塞引发停机。此外，潜水排污泵具有不存在汽蚀破坏、灌引水问题；安装维修灵活方便；结构紧凑合理、占地少；使用寿命长等优点。所以本工程选择潜水排污泵。

5、泵站设计

下穿通道雨水经两侧边沟收集，经d800管输送至集水池。

5.1设计流量Q： Q＝3000m3/h

选用三台同型号水泵，每台水泵出水量Q＝1500m3/h，二用一备。出水管选用630x9钢管。

5.2集水池的有效容积及设计水位

（1） 集水池的有效容积选取原则

根据《室外排水设计规范》GB 50014－2006(2014版)规定：“雨水泵站集水池的容积，不应小于最大一台水泵30s的出水量。”容积过小，水泵开启频繁；容积过大，增加工程造价。

因此，集水池有效容积选取要慎重考虑，并应认真校核所选取的有效容积、启泵水位与水泵是否搭配得协调，每小时开动水泵次数是否过于频繁。

（2） 集水池的有效容积初步确定

集水池平面采用AxB＝9000mm×4800mm，集水池的有效容积取最大一台潜水泵3分钟的出水量：v＝3000÷2÷60×3＝75 m3。

故有效水深为75÷9÷4.8＝1.74m，取1.9m。

（3）集水池设计水位的确定

在排水泵站的设计，集水池设计水位是非常重要的，它涉及到泵和整体结构尺寸的选择，从而影响工程造价和雨水提升泵站的管理。

①三台泵启动水位：以通道地面以下0.3米不被水漫为原则，为81.11m。水泵为两用一备。平时运行，仅仅开启两台泵。如果特大暴雨导致流量大于设计流量，集水池水位上升,等到水位上升达到三台泵启动水位时，三台泵全部启动，避免水淹到泵房上层地面和下穿通道。

②设计水位（两台泵启动水位）：为79.91m，与集水池进水管管顶相平。

③最低设计（停泵）水位：Hmin[最低设计（停泵）水位]=H（集水池设计水位）-h（集水池设计有效水深）　　

H0（池底设计标高）= Hmin（最低设计（停泵）水位）-△h（水泵吸水口安装要求水深）　　所以Hmin[最低设计（停泵）水位]=79.91m-1.9m=78.01m

H0(池底设计标高)等选定水泵型号后，根据它的吸水口安装要求水深确定。

④一台泵起泵水位：一台泵起泵水位应结合集水池的构造特点，并满足自动控制水泵机组每小时开泵次数不能过于频繁的要求。所以，雨水泵站一台泵起泵水位到最低水位之间水体的体积至少要满足最大一台水泵30s的出水量，即最短工作周期得出水量。本工程一台泵起泵水位定为79.51m。

5.3水泵型号选择

经计算，泵站规模为3000m3/h，拟选用3台同型号水泵，二用一备，单台抽水量为1500m3/h，扬程为8~14m，每台配55kw低压电机。提升泵采用由水位自动控制、安全可靠的潜污泵。参照厂家提供的样本，选用WQ4445-661型潜水排污泵。

5.4泵房的工艺设计

泵房采用半地下湿式布置，泵房上部分考虑方便起吊单台水泵所需要的高度，经计算为≥4.7米，本工程取5.27米。集水池的有效水深为1.9米。泵房平面尺寸为LXB=9mx4.8m，泵房分成2层，上层净空高5.27米，下层净空高5.49米。

泵房内设工字钢梁，配电动葫芦1台，起重量为2t，用于水泵检修安装。

7、结语

本文总结了一些下穿通道排水的基本设计方法，如有不妥之处，欢迎指正。在预防下穿通道内涝这个问题上,除了设计方面，还需要各部门支持。如采购：期待通道建设中，能采购质量和性能优越的包括变压器、抽水泵等设施在内的硬件产品；监控：应该在下穿通道内安装自动水位计，以便防汛部门远程监控的通道内水位变化，及时发布防御指令；维护：需要维护部门定期对下穿通道排水系统的配电、机电设施、水泵进行维护检修。确保暴雨中通道排水系统能正常工作。

参考文献：

（1）(GB50788-2012)，《城镇给水排水技术规范》[S]

（2）GB 50014－2006，《室外排水设计规范》(2014版)[S]

（3）GB/T 50265-2010，《泵站设计规范》[S]

（4）李小军，《北京立交雨水泵站设计》 ，《山西建筑》,2012.08第22期[D]

（5）蒋林林,《城市道路下穿式立交排水泵站设计——基于通州新城张采路下穿式立交排水泵站设计实证研究》，《城市建设理论研究》, 2012年13期[D]

（6）张建新等；《下穿式道路立交雨水泵站排水设计参数探讨》，《给水排水》2012年01期[D]

（7） 俞锋，《城镇排水泵站集水池设计水位的确定》，《浙江建筑》，2011.06，第28卷，第6期[D]