关于城市高架桥排水设计的研究

关于城市高架桥排水设计的研究
【摘要】本文结合某高架桥工程，对高架桥的排水设计进行了优化，设计方案方便养护、维修。

并提出了关于桥面排水设计的几点建议，希望可以给同行参考借鉴！
【关键词】城市高架桥；排水；设计
0.前言
随着城市经济发展，高架桥作为提高城区道路通行能力和服务水平，缓解城市交通压力，方便市民出行的重要手段，在国内各大城市得到越来越广泛的应用。

但是在高架桥使用过程中，有关城市高架桥排水设施的问题频频发生：排水不畅，桥面道路长期浸泡在积水中，路基强度大大降低，破坏了路基的整体性能；桥面排水系统损坏，造成夏天瀑布，冬日冰凌，降低桥下车辆的行动力，使车辆在行车过程中容易产生交通事故；泄水管养护、检修不及时，造成坠落，严重影响桥下行人和车辆的安全。

为保证交通安全、改善城市环境条件，城市高架桥排水设施的设计优化成为亟待解决的问题。

本文结合某市道路高架桥工程，对城市高架桥综合排水设施进行了方案比选和优化设计。

1.排水设计方案的比选
城市高架桥排水系统由桥梁纵横坡、排水口、集水槽、排水管等组成。

桥梁顶面设置纵横坡后将雨水汇至桥面排水口，集水槽集水后通过排水管排到桥梁以外的地下排水系统。

对该高架桥工程，提出三种排水方案，见表1。

城市高架桥桥面排水管的设计应保证桥面雨水迅速排走，不影响车辆的行驶安全，从施工质量、后期养护等各方面综合考虑，结合国内外城市高架桥综合排水的设计经验，该项目采用方案一。

2.桥面排水系统设计
2.1设计径流量计算
依据公路排水设计规范，该高架桥5年重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10=2.5mm/min，5年重现期转换系数为1.0，60min降雨强度转换系数为0.5，5min降雨强度转换系数为1.25，则降雨强度q=3.125mm/min。

沥青路面桥面的径流系数咖=0.95。

排水口设置在桥墩处，跨径按30m考虑，桥梁净宽11.75m，则汇水面积0.0003525km推出设计径流量Q=16.67ϕqF=16.67×0.95×3.125×0.0003525=0.0175m3/s。

2.2排水管的选择
排水管的直径不仅要根据排水量确定，还需要考虑桥梁使用期间的杂物堵塞等因素，城市桥梁设计规范中要求排水管道应采用坚固的、抗腐蚀性能良好的材料制成，管道直径不宜小于150mm。

该高架桥排水管以PVC.U材料圆管为主，排水管横坡1.5%，排水管内平均水流速度v=R/=×()×0.015m/s，排水管的泄水能力Qc=vA=v·，由设计径流量联立方程可以求得排水管直径D：133mm。

因此选用外径ϕ=160mm完全能满足桥梁的排水功能。

3.排水口和集水槽方案设计
由于沥青路面的渗透作用，沥青结构层间将会存在层间水。

该高架桥工程在外侧防撞护栏与路面之间设置碎石盲沟，层间水横向渗入碎石盲沟内，纵向通过渗水孔排人排水I4。

排水口设置于道路两侧的墩顶位置，大约30m一个，在凹曲线、超高段位置对排水口适当加密，增加1个一2个排水口。

利用纵坡和横坡将桥面雨水汇集至墩顶处的集水槽，通过泄水管引入横向排水管进而引至桥墩处地面雨水收集系统。

早期的集水槽预埋件及雨篦均采用铸铁，运营过程中会发生锈蚀，也容易被盗窃，养护难度大。

为改善上述不利状况，再高架桥箱梁施工时预埋泄水管，泄水管采用不锈钢管，与集水槽底采用钢板焊接，集水槽预埋件采用4mm厚Q235c 钢板。

雨篦采用玻璃纤维增强复合材料制作，玻璃纤维增强复合材料具有轻质高强、成型方便、结构可设计、耐冲击、耐腐蚀、耐温度等许多优良特性。

雨篦可以根据玻璃纤维的用量和铺向以满足强度要求，拉伸强度高，弹性系数高，但重量是铸铁的1/3，且无需养护，大大减少了后期被盗的养护工作。

4.排水管固定
为保证外挂排水管的坚固性，利用管卡和膨胀螺栓将排水管固定在箱梁下缘。

管卡采用不锈钢材料制作，排水管直线段管卡间距不大于50cm，曲线段不大于20cm。

锚栓埋入深度不小于厂家提供标准埋深长度，通过锚栓配套螺母调整PVC.U管位置，调整锚栓规格和埋人深度形成箱梁底水平段PVC.U管横坡，螺母采用双螺母形式。

膨胀螺栓性能应符合JB/ZQ4763-2006膨胀螺栓的要求。

排水管在箱梁外缘固定的方式早期采用圆形管卡为主，该方法固定不牢固，不易更换管卡，在使用过程中经常发生PVC—U管坠落的情况。

许多城市都曾报道过排水管坠落事故。

为避免PVC管外挂在箱梁外缘出现脱落，影响桥下行人和车辆的行驶安全，该高架桥在横向排水管弯头两侧的梁底预埋钢板，采用不锈钢U形管卡焊接在钢板上进行加强，U形管卡强度大，维护也较方便，大大减少了PVC—U管坠落的几率。

这种方法在本项目的使用过程中初见良好。

5.关于桥面排水设计的几点建议
5.1在理论计算的基础上, 依据规范要求合理布置排水设施
桥面排水口设置在车行道边缘处，排水管道应采用坚固的、抗腐蚀性能良好
的材料制成，管道直径不宜小于150mm。

排水管道的间距根据桥梁汇水面积和桥面纵坡大小确定：当纵坡大于2%时，桥面设置排水管的截面积不宜小于60mm2/m2；当纵坡小于1%时，桥面设置排水管道截面积不宜小于100mm2/m2，且最大间距不宜超过20m。

当中桥、小桥的桥面设有不小于3%的纵坡时，桥上可不设排水口，但应在桥头引道上两侧设置雨水口。

在桥梁伸缩缝的上游方向应增设排水口，在凹形竖曲线的最低点及其前后3～5m处也应设置一个排水口。

5.2根据桥梁断面形式改进排水系统
城市桥梁除机动车道外，通常还设有人行道和非机动车道，排水设计时应根据不同的桥梁横断面形式调整排水设施。

两侧设有人行道的桥梁，雨水会由人行道表面向下渗漏，而且人行道与车行道间有路缘石分隔，故桥面排水系统应对车行道和人行道分别设置。

车行道排水可以采用两种方式，一种是将排水口设在车道边缘、人行道缘石外侧约20cm左右，另一种形式是在人行道缘石侧面设置立式排水口，并在人行道下设置横向水管与排水口相接。

通常第一种形式排水更为顺畅，而第二种形式则能使车行道桥面更整洁美观。

人行道下的积水量一般较少，排水设计可以在人行道最外侧的挡块处设置少量排水管，与车行道的排水管都在桥梁结构翼缘下接入纵向排水管，再通过竖向落水管排出。

设有非机动车道的桥梁，排水口设置在非机动车道低侧的边缘处。

通常在机动车道与非机动车道间设置分隔带，当分隔带为混凝土隔离墩时，可以在隔离墩底部间断预埋小型排水管，或直接在底部预留孔洞，将机动车道范围内的水通过排水管或孔洞排到非机动车道一侧，再由非机动车道上的排水口排出桥外。

有些时候桥梁上的分隔带较宽，通常是为了保持与道路上的绿化分隔带宽度一致，或为以后机动车道的拓宽预留了桥梁面积。

而在桥梁上的分隔带一般不能进行绿化种植，经常做成周边设缘石、中间为方砖的硬覆盖形式。

为了保证机动车道的水流不被隔离带阻隔，可以每隔10～20m将隔离带截断50～100cm。

为了美观，也可以把截断处做成槽形，顶面为盖板，下部成为水槽。

5.3加强细部构造处理
桥面上的排水口可以沿车行道两侧左右对称布置，也可以交错排列。

为了防止进水管堵塞，应在排水口处设置格栅盖板。

为了做到“防排结合”，必须保证排水系统与防水系统的协调统一，如果桥面铺装层内设有防水层，则应让排水管道与防水层紧密结合，以便防水层上的渗水能通过排水管排出桥外。

为确保排水功能实现，首先应选用可靠的材料。

排水管材料一般采用铸铁、钢材、钢筋混凝土及聚氯乙烯等。

铸铁管容易锈蚀，对混凝土结构造成腐蚀；钢管性能优良，但造价较高；钢筋混凝土管材制作较麻烦，现在普遍使用较多的是聚氯乙烯管。

这种管材表面硬度和抗拉强度高，管道安全系数高。

对无机酸、碱、盐类耐腐蚀性能优良，抗老化性好。

管道摩阻系数小，水流顺畅，不易堵塞，养护工作量少。

导热系数和弹性模量小，抗冰冻性能优良。

并且施工方法简单，操作方便，安装工效高，已经在当前的工程中得到了越来越广泛的使用。

而排水口处，由于要承受桥面荷载，排水管管口和顶面的格栅盖板都需要采用强度较大的材料，如高强度铸制的铁管盖及排水口。

城市桥梁为保证桥下的道路、车辆或行人免受桥面水的
冲淋，并防止桥梁下部结构被腐蚀，同时考虑到城市景观要求，应当设置封闭式的排水系统，将排水管中的水汇集到纵向排水管内，并通过竖向落水管流入地面排水系统。

为了不影响桥梁立面的美观，纵向排水管一般可设在箱梁侧面悬臂下方或布设在箱梁内部。

排水管必须保证牢固安装，挂在桥梁结构上的抱箍间距不能过大，尤其是采用聚氯乙烯管等刚度较小的排水管时，抱箍间距太大会造成排水管中部下垂，水中杂质容易沉淀而形成堵塞。

排水管的弯头和接头部位最容易形成堵塞，安装时应保证内壁光滑。

当桥的长度较短时，纵向排水管的出水口可以设在桥梁两侧的桥台上；对于大型桥梁，则需计算出落水管的间距，在桥墩处布置落水管。

根据前述计算及国内多城市的实际经验，建议落水管的间距以不超过30m为宜。

落水管可以布置在墩台壁表面的预留槽内，或者在墩台内部预留孔道。

当水管在结构内部穿过时，为了防止管道破裂后水体对混凝土和钢筋造成腐蚀，一般应在管道周边设置外层包围材料或增加套管，以提高管道安全度。

桥梁伸缩缝处雨水容易下漏，在桥梁的墩台顶面形成积水，并逐渐腐蚀混凝土，这已经成为近年来桥梁的主要病害。

可将墩台顶面做出外倾的斜坡，以利流水。

或者在混凝土表面设置凹槽，将水汇集后接入墩台身处的落水管内。

6.排水性沥青桥面
近年来，排水性沥青路面作为一种排水功能性路面结构形式得到了越来越广泛的应用，国内的很多城市高架桥、立交桥也采用了排水沥青桥面面层，成为桥梁排水系统中的新生力量。

排水沥青桥面采用大空隙沥青混合料作表层，将降雨透入到排水功能层，并通过层内将雨水横向排出，从而消除了带来诸多行车不利作用的路表水膜，显著提高雨天行车的安全性、舒适性；同时，由于排水沥青桥面的多孔特征可以大幅降低交通噪声，尤其适用于对环境保护要求较高的城市桥梁。

由于桥面水能完全渗透这种沥青面层，所以面层下必须设置可靠的防水层，同时，排水性沥青面层内应设置边缘排水系统。

纵向排水管管径按实际流量计算确定后，可以设置在沥青面层横桥向低侧，保持与桥梁相同纵坡，并且应保证不被车辆等外荷载压裂，并将排水管出口接入桥梁排水系统中。

7.结束语
城市高架桥排水系统作为附属工程虽对结构整体安全无大影响，但其设计的科学合理与否，可直接反映出这个城市的经济状况、管理状况如何。

[科]。