平原地区特大型桥梁桥面径流收集处理设计

平原地区特大型桥梁桥面径流收集处理设计

常熟至嘉兴高速公路沿线跨越澄湖、白蚬湖、三白荡、太浦河等敏感水体，针对跨越上述水体的特大型桥梁桥面径流污染控制，创新性设计了雨水管+水渠的双管方式收集初期雨水，并设置沉淀隔油池对初期桥面径流进行处理。

标签：平原地区；高速公路；特大型桥梁；桥面径流；收集处理

1 設计背景

由初期雨水形成的公路径流污染负荷高且难以控制，主要含有油类、重金属、悬浮颗粒物等特征污染物。当路线靠近水源保护地、清水通道等具有较高功能等级的地表水体，公路径流的直接排放会对受纳水体造成污染破坏；同时敏感水域路段一旦发生危险品运输事故，危险泄漏物可能直接排入水域，严重破坏水生生态环境，甚至导致城市供水中断、大规模人群疏散等社会性突发事件。

随着近年来省内交通工程建设的飞速发展，公路建设及运营对敏感地表水域的影响受到社会各界的广泛关注。2007年交通部与原国家环保局184号文件《关于加强公路规划和建设环境影响评价工作的通知》中明确规定：“对跨越饮用水源二级保护区、准保护区和二类以上水体的公路建设项目，在确保安全和技术可行的前提下，对初期雨水形成的公路径流进行收集处理，防范危险化学品运输带来的环境风险”。

2 工程概况

常嘉高速公路路线起自苏昆太和苏沪高速公路交叉设置的直枢纽，在摇篮圩附近止于苏浙省界。路线长度约28.452公里。全线采用平原微丘区双向六车道高速公路标准建设，设计速度120km/h，设计汽车荷载等级采用公路-I级，路基宽度34.5m。

公路沿线地区水系发达，途经澄湖、白蚬湖、三白荡、太浦河等众多敏感地表水体。水面以上桥梁长度约8.9km，占路线总长约30%。水体功能区划等级高，环保要求严格。

其中，澄湖、白蚬湖和三白荡等3个列入江苏省湖泊保护名录的浅水湖泊，太浦河做为上海市、浙江嘉善市重要水源地，水质要求高。

项目跨敏感水域特大型桥梁径流收集系统，存在汇水面积广、雨水输送量大、管道布置限制条件多等设计难点，常规设计难以兼顾环境保护、排水迅速、外形美观、行车安全、管理方便、经济合理等多重指标要求，本项目创新性采用了雨水管+水渠的双管收集方案来实现雨水输送量大，管道布置难度大，桥梁景观要求高等诸多功能要求。

3 总体原则

（1）确保桥梁范围内降水产生的桥面径流能够及时通畅

的排走，保证桥面不积水。

（2）对桥面初期雨水进行收集处理，并保证一定的危险事故废水收集储存能力。

（3）收集处理前期初期雨水（污染物浓度较大），排放后期干净雨水。

（4）减少管道和水渠对桥梁外立面景观影响，最大程度保证桥梁景观效果。

4 设计方案

4.1 收集范围

根据地形分布及桥梁结构，收集范围及长度如下：

澄湖特大桥：全桥收集，总长度为3630m。

白蚬湖特大桥：全桥收集，收集长度为2732m。

三白荡特大桥：两侧大堤范围内收集，总收集长度1120m。

太浦河特大桥：两侧大堤范围内收集，总收集长度1292m。

4.2 水力计算

桥面径流收集系统设计首先要确定设计流量Q，它决定了系统的规模和收集能力。Q应按下列公式计算：

（式1）

式中：Q-设计流量（L/s）；q-设计暴雨强度（L/（s·hm2））；Ψ-径流系数，取0.9；F-汇水面积（hm2）。

本项目位于苏州地区，根据苏州地区暴雨强度公式：

式中：Q-设计暴雨强度（L/（s·hm2））；P-设计降雨重现期（a）；t-设计降雨历时（min）。

设计降雨历时t可依据下式确定：

t=t1+mt2 （式3）

式中：t-设计降雨历时（min）；t1-地面集水时间（min）；t2-管渠内流行时间（min）；m-延缓系数，暗管m=1。

其中，t1可按下式计算确定：

（式4）

式中：t1-坡面汇流历时（min）；Ls-坡面流的长度（m）；is-坡面流的坡度；m1-地表粗糙系数，沥青路面、水泥混凝土路面m1=0.013。

根据《公路排水设计规范》（JTG/TD33-2012）规定，国内高速公路排水设计的降雨重现期P=5年，太浦河水质要求较高，按暴雨重现期P=100年进行计算，其他参数的取值参见设计规范。

根据各桥梁的水力学计算结论，如在桥梁翼缘板下悬挂单根雨水管，所需管径达到DN400和DN500，太浦河要求悬挂DN600雨水管，所需管径非常大，市场上难以买到且管道安装难度大，管道支架要求高，对桥梁结构影响较大。

4.3 径流收集方案

对国内现有特大型桥梁收集方案进行调研，结合本项目特点，并考虑后期维护方便，进行多方案比选后，综合特大桥梁雨水输送量大，管道布置难度大，桥梁景观要求高等要求，创新性设计采用悬挂雨水管+雨水渠的双管收集方案。

其中一根设置在翼缘板下，另外一根设置在外侧两个箱梁之间，均采用悬挂支架固定。在两跨连接处，用横管互通两根雨水管道。外侧雨水管可采用常规DN250及以下管径的管道，减轻自重。内侧雨水管可根据各桥梁水力计算确定。挂管收集方式详见图1所示。

雨水管+水渠收集方案既可满足雨水收集的水力学计算要求，同时，外侧管径控制在DN315以内，吊杆支架固定，施工难度、景观、对桥梁主体结构影响等均较小。内侧水渠置于桥梁箱体之间，距粱体顶部预留一定空间，因水渠为开放式，便于后期清洗和维护。各特大桥桥面径流收集方式汇总详见表2所示。

4.4 径流处理方案

桥面径流收集后进入桥下两侧设置的桥面径流收集处理设施。处理设施的设计，综合考虑了隔油与沉淀，另一方面，对于危险化学品运输事故造成的消防污水，该装置可起到收集、暂时储存的作用，为赢得救援时间、减轻危化品运输事故造成的环境风险提供有力保障。各特大桥处理水池及容积汇总详见表3所示。

为了方便管理和维护，池型采用平流式结构，为了在平流式池型中创造良好