第十一章城市道路排水设计.docx

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第十一章城市道路排水设计

第一十一章城市道路排水设计

第一节概述

一、城市排水系统的制度

为了保证车辆和行人的正常交通，改善城市卫生条件，以及避

免路面的过早损坏，要求将地面雨水或雪水迅速排除，因此城市道路排水是城市道路的一个重要组成部分。

城市道路排水也是城市排水系统的一部分。

城市中除需要排除雨水和雪水外，尚有工业废水和生活污水。

由于废污水和雨水的水质不同，可分别组织不同的管道系统来排除。

排水系统的制度分为合流制与分流制。

（一）合流制

将污水和雨水用同一管道排除的称为合流制。

过去我国很多旧

城市大都采用合流制，污水未经处理直接排入天然水体。

这样的合流制对环境卫生往往造成严重危害。

为了保护生态环境，需要将混流的污雨水处理后再行排放。

（二）分流制

将污水和雨水分别设置不同的管道系统排除的称为分流制，如

图11－1所示。

其中汇集和处理生活污水或工业废水的系统称为污水排除系统；汇集和排泄雨水的系统称为雨水排除系统。

分流制排水系统又可分为两种情况：

一种情况是分别设置污水和雨水管道系统；另一种情况是只有污水管道系统，不设雨水暗管，雨水沿着地面、街道边沟和明渠泄入天然水体。

采用分流制有利于环境卫生的保护，以利于污水的处理及综合利用，便于从废水中回收有用物质，可以做到清浊分流，降低需要处理的废水量。

我国一些旧城市采用合流制，这是由于历史原因造成的；新建的排水系统一般采用分流制。

另外，同一城市的不同地区可以采用不同的排水制度。

二、城市道路雨水排除系统的类型

城市道路路面排水系统，根据构造特点，可分为明式、暗式和

混合式三种。

（一）明式系统

公路和一般乡镇道路采用明沟排水，在街坊出入口、人行横道

处增设一些盖板、涵管等构造物。

明沟可设在路面的两边或一边，也可在行车道的中间。

当道路处于农田区时，边沟要处理好与农田排灌的关系。

明沟的排水断面尺寸，可按照汇水面积经水力计算确定，也可根据当地实际经验来安排。

明沟通常采用梯形断面，底宽至少，边坡视土质及护面材料而不同，用砖石铺砌或混凝土块护面时，一般用1：

~1:

1的边坡。

有些城市石砌或砖砌和上面加盖板的矩形明沟。

（二）暗式系统

如图11－2所示，暗式系统包括街沟、雨水口、连管、干管、

检查井、出水口等主要组成部分。

道路上及其相邻地面的地面水依靠纵横坡度，流向行车道两侧的街沟，然后顺街沟的纵坡流入沿街沟设置的雨水口，再由地下的连管通到干管，排入附近河流或其它水体中去。

（三）混合式系统

这是明沟和暗沟相结合的一种形式。

采用明沟可以降低造价，但在建筑物密度较高和交通频繁的地

区，采用明沟往往引起生产、生活和交通不便，占用土地较多，并影响环境卫生。

因次，这些地区应采用暗式系统。

而在城镇的郊区或其它建筑物密度较小、交通稀少的地区应首先考虑采用明沟，以降低造价。

第二节雨水管道及其构造物沿道路的布置

一、雨水管的布置

1雨水干管的位置

城市道路的雨水管线应平行于道路的中心线或规划红线。

雨水

干管一般设置在街道中间或一侧，并宜设在快车道以外；当道路红线宽度大于60m时，可考虑沿街道两侧作双线布置。

由于雨水管道施工及检修对道路交通干扰很大，因次，雨水干管应尽可能不布置在主要交通干道的行车道下，而宜直接埋在绿带或人行道下，并注意与行道树、杆柱、路缘石等保持一定的横向距离。

此外，雨水管线还应尽可能避免或减少与河流、铁路、以及其它城市地下管线的交叉，避免造成施工困难；必须交叉时，应尽量正交，并保证相互之间有一定的竖向间隙。

雨水管道离开房屋及其他管道的最小距离见表11－1。

2雨水干管的纵坡度

由于雨水在管道内是靠本身重力而流动的，所以雨水管道应由上游向下游倾斜。

雨水管道的纵坡应尽可能与街道纵坡取得一致，这样，不致使管道埋设过深，可节省土方量。

因次，在城市道路纵断面设计时，应考虑雨水排除问题，为排除雨水创造条件。

另外，路面上汇集的雨水往往带有尘土、沙、煤屑等物，易于在管道内沉淀，因次要求管道内雨水宜有较高的流速，以防止或减少沉淀，其设计流速常采用自清流速，一般为s。

这就要求雨水管的最小纵坡不得太小，一般不小于%。

为了保证管中雨水流速不超过管壁受力安全的要求，对雨水管的最大纵坡也要加以控制，一般为4%。

对于山岭重丘地区，为了不使雨水管纵坡过大，需分段设置跌水井。

3雨水管道的埋深

管道的埋深深度，对整个管道系统的造价和施工影响很大，管

道越深则造价越高，施工越困难，所以管道埋深不宜过大。

管道最大允许埋深，根据技术经济指标及施工方法决定，一般在干燥土壤中，管道最大埋深不超过7～8m，地下水位较高、可能产生流沙的地区不超过4～5m。

雨水管的最小埋深等于管直径与管道上面的最小覆土深度之和，如图11－4所示。

最小覆土深度一般根据雨水管可能承受的外部荷载、管材强度、当地冻深以及临街建筑内排水支管的连接要求坡度等确定。

在行车道下，管顶最小覆土深度一般不小于m。

在管道保证不受外部荷载损坏时，最小覆土深度可适当减少。

在北方冰冻地区，则要依靠防冻要求来确定最小覆土深度。

不同直径的管子在检查井内衔接时，应使上下游管段的管顶等高，称为管顶平接，如图11－5所示。

这样可以避免在上游形成回水。

二、雨水口和检查井的位置

（一）雨水口

雨水口是收集雨水的构造物。

地面上、街道上的雨水首先进入

雨水口，再经过连接管流入雨水管道。

雨水口一般设在街区内、广场上、街道交叉口和街道边沟的一定距离处，以防雨水漫过道路或低洼处积水，防碍交通。

雨水口的布设数量，应按汇水面积所产生的流量及雨水口的进水能力确定。

在纵断面凹处，街道低洼处、汇水点及人行横道上游，应设置雨水口。

雨水口应避免设在临街建筑物的门口、停车站、分水点及其它地下管道顶上。

1雨水口的布设形式

雨水口的布设形式，应根据道路的横断面形式合理布置。

目前

常用形式有：

（1）单幅式如图11－6所示，布设两排雨水口。

（2）双幅式如图11－7所示，布置两排或四排雨水口。

（3）三幅式如图11－8所示，布置两排至六排雨水口，又分A型及B型两种。

2雨水口的排泄能力

雨水口的排泄能力按下式计算：

（11-1）

式中：

Q―――雨水口排泄的流量（m3/s）；

ω―――雨水口进水面积（m2）；

C―――孔口系数，圆角孔用，方角孔用；

g―――重力加速度，g=s2；

h―――雨水口上允许储存的水头，一般取h=~；

k―――孔口阻塞系数，一般k=2/3。

由上式可知，当由降雨强度算出雨水口需要排泄的流量后，可计算出每个雨水口所需的进水面积，从而可确定进水蓖的数量。

3雨水口的构造形式及适用地点

雨水口的构造包括进水蓖、井身和连接管三部分，如图11－9

所示。

根据进水蓖布置的不同，雨水口可分为平式、立式和联合式三种。

（1）平式雨水口

①缘石平蓖式适用于有路缘石的道路，主要排除路面水；

②地面平蓖式适用于无路缘石的路面、广场及地面低洼聚

水处等。

（2）立式雨水口

有立孔式和立蓖式两种。

适用于有路缘石的道路，其中立孔式

适用于蓖隙容易被杂物堵塞的地方。

（3）联合式雨水口

在水平及垂直方向上均有雨水蓖子。

宜用于径流集中且有杂物

堵塞处。

4雨水口布设

雨水口平面布置的方法与步骤如下：

（1）确定街沟纵断面上低洼积水点和交叉口竖向规划上必须的

雨水口。

如街道上雨水的汇合点，凹形竖曲线的低洼处等，均匀设置雨水口。

（2）根据道路纵横坡度、街道宽度、路面种类、周围建筑物地形及排水情况，选择雨水口形式及布设方式。

（3）根据当地暴雨强度、雨水口的排水能力等因素，确定雨水口的数量、位置与间距，间距一般为30～80m。

（4）在交叉口处应根据路面雨水径流情况及方向布置雨水口。

（5）雨水口的连接，必要时可以串联，一般不超过两个。

雨水口连管最小管径为φ200mm，坡度不小于1％，长度不超过25m，覆土高度不小于.

（6）雨水口的标高：

对于立式和联合式雨水口，应使雨水口圈框低于两侧路面3cm，蓖面比雨水口圈框再低1cm；对于平式雨水口，应使雨水圈框低于附近路面3～5cm，并使周围地面坡向雨水口。

雨水口井的深度不宜大于1m，冰冻地区，应对雨水口及其基础采取防冻措施。

在泥沙量较大的地区，可根据需要设置沉泥槽。

（二）检查井

为了对管道进行检查和疏通，管道系统上必须设置检查井（如

图11－10所示）；相邻两个检查井之间的管道应在同一直线上，便于检查和疏通操作。

检查井一般设置在管道容易沉积污物以及经常需要检查的地方，如管道改变方向处、改变坡道处、跌水处、以及直线管段上每隔一定距离，都应布设检查井。

检查井在直线段上最大间距根据《城市排水设计规范》规定，按表11－2采用。

第三节雨水管渠设计流量计算

雨水管渠的设计流量一般按下式计算：

（11-2）

式中：

Q―――雨水设计流量（L/s）；

q―――设计暴雨强度（L/s/10000m2）；

ψ―――径流系数；

F―――流域汇水面积（10000m2）。

上式中三个参数q、ψ、F的确定：

（一）径流系数ψ

某时段内的径流量（流入雨水管渠的雨水）与同一时段全部降

雨量的比值，称为径流系数。

影响径流系数的因素很多，主要包括排水地区的地面性质及地面覆盖。

在城市排水地区，经常遇到不同种类的地面，所以排水地区的平均径流系数应按加权平均法计算，其计算公式如下：

（11-3）

式中：

ψ―――排水地区内的加权平均径流系数；

Fi―――排水地区内各种地面面积（104m2）；

ψi―――相应各种地面的径流系数，可按表11－3采用。

（二）汇水面积F

每条管道都有它所服务的汇水面积，单位以104m2（1公顷）

计。

各设计管段的汇水面积的区界是根据地形地物决定的。

计算汇水面积时，除街坊面积外还包括街道面积。

当地势平坦、街坊、四周的道路都有沟管时，可用各街角的分角线划分汇水面积，如图11－11所示，各汇水面积内的雨水分别流入相邻的雨水沟管。

当地势向一边倾斜时，如图11－12所示，街坊的雨水流入低侧街道下的管道内。

（三）设计暴雨强度q

设计暴雨强度q一般是根据长期（10年以上）的自动雨量记录

资料进行计算的。

降雨量的大小通常以暴雨强度i表示，其单位为mm/min。

把暴雨强度i的单位换算成设计暴雨强度q，单位为L/s/104m2，则

（L/s/104m2）（11-4）

根据长期雨量记录资料的统计分析，暴雨强度为

（mm/min）（11-5）

则q=167i=

（L/s/104m2）（11-6）

式中：

i―――暴雨强度（mm/min）；

q―――设计暴雨强度（L/s/104m2）；

t―――降雨历时（min）；

T―――设计重现期（年）；

A1、C、n、b―――参数，根据统计方法计算确定，决定于当地的气象。

我国幅员辽阔，各地气候条件不一，暴雨强度计算公式不一。

我国部分城市的设计暴雨强度计算公式如表11－4所示，供设计时参考。

由上述公式可以看出，暴雨强度取决于设计重现期T和降雨历时t，下面对二者进行讨论：

1设计重现期

设计重现期是指在一个较长的统计期限内，设计暴雨强度的降

雨重新出现一次的平均时间间隔，单位为年。

设计重现期越大，设计暴雨强度越大，所要求的雨水管管径也要随之增大；反之，则减少。

若设计重现期选得过大将造成雨水管管径过大，造价高，虽使用安全，但长时间管道内并不满流，因而不经济；相反，若设计重现期选得过小，则雨水管将经常溢流，造成道路积水，影响正常交通。

所以设计时应恰当地选择设计重现期。

城市道路雨水管道的设计重现期一般为~年，重要地区或城市主干道可适当提高设计重现期。

在一个排水系统内，一般宜采用同一设计重现期；也可以采用不同的设计重现期，此时可按表11－5选用。

2设计降雨历时

设计暴雨所取的某一连续时段称为设计降雨历时，单位以分

（min）计，一般可按下式计算：

（11-7）

式中：

t1―――地面汇流时间（min），与流域面积大小、地面种类、

坡度、覆盖情况等有关，一般t1＝5～15min；

t2―――－雨水在管渠内流动时间（min），

。

L―――计算管段长度（m）；

V―――设计管渠内雨水的流速（m/s）；

m―――延缓系数，明渠m=；暗管m=2。

第四节雨水管渠的水力计算

雨水管渠的水力计算，主要是根据已求得的设计流量，计算确定雨水管的管径和明渠的断面尺寸，或校核管渠坡度和流速，从而定出各管道的管底标高和埋设深度，以便于施工。

雨水管渠水力计算的基本公式如下：

（m3/s）（11-8）

式中：

Q―――流量（m3/s）；

ω―――水流有效面积（m2）；

V―――流速（m/s），

；

i―――水力坡降或管渠底坡；

R―――水力半径（m），R=ω/χ；

χ―――湿周，（m）;

C―――流速系数，

；

n―――粗糙系数，见表11－6。

在进行水力计算时，常用下列基本公式：

（1）流量

（m3/s）（11-11）

（2）流速

（m/s）（11-12）

（3）管道直径（满流）

（m）（11-13）

（4）水流有效面积

管道满流时：

（11-14）

梯形断面：

（11-15）

式中：

b―――渠道底宽（m）；

m―――边坡系数；

h0―――正常水深（m）。

（5）水力半径

管道满流时：

（11-16）

梯形断面：

（11-17）

第五节雨水管道的设计

一、雨水管道布置的基本原则

雨水管道的总体布置，要根据城市总体规划、道路网规划和居

民区的详细规划，并结合地形、地物等条件来确定，力求做到工程经济合理，管网疏密恰当，并避免埋深过大或过小，坡度过陡或过缓，一般应考虑以下问题：

1充分利用地形，分区就近排入水体

规划雨水管道时，尽量利用自然地形坡度，以最短的距离排入

附近的池塘、河流、湖泊或郊区灌溉系统。

只有当水体位置较远，且地形平坦或地形不利的情况下，才需要考虑设置水泵站；当天然水体的水位高于管道出口时，可以设置出口泵站。

2雨水干管应沿排水地区低处布置

在地形起伏较大的地区，雨水干管应结合主要道路走向沿山谷

低处布置，两侧斜坡地可借支管连接。

具体布置时，应先根据地形划分地面水径流的分水岭线，然后在相邻分水线之间沿谷线低处布置。

3合理选择和布置出水口

出水口结合地形、水体具体情况可以分散或适当集中布置，如

图11－13所示。

当管道出水口的构造比较简单、造价不高时，宜考虑分散布置；若河流水位变化很大，管道出水口离常水位很远时，出水口的建筑费用就很大，此时不宜采用过多的出水口，宜集中布置并选择合适的位置。

二、雨水管道设计的步骤

1在1：

2000～1：

5000的地形图上，划分排水流域，规划雨

水管道路线，确定水流方向。

2划分各段管道的汇水面积，并确定水流方向。

3依地形图的等高线，确定各设计管段起迄点的地面标高；确

定沿干管的控制点的高程，准备进行水力计算。

4按整个区域的地面性质求出径流系数。

5依道路、广场、建筑街坊的面积大小、地面种类、坡度、覆

盖情况，以及街坊内部的排水系统等因素，计算起迄点地面集水时间。

6根据区域性质、泄水面积、q20值、地形等因素，确定设计重现期。

7确定暴雨强度公式，并绘制单位径流量与汇水时间关系图。

8确定设计流量，进行水力计算，确定管道断面尺寸、纵断面坡度，并绘制纵断面图。

9编写必要的设计和施工说明。

三、雨水管道设计与计算示例（自学）