低海拔海岛地区公路排水处理方法

严文学　周铭伟

(中交公路规划设计院有限公司，北京　100088)

低海拔海岛地区公路排水处理方法

严文学周铭伟

(中交公路规划设计院有限公司，北京100088)

摘要:结合某珊瑚礁海岛地区的气候特点，介绍了该地区常用的道路排水设施，并分析了渗透设施的渗透能力，据此拟定了某公路项目的排水方案，提出了排水渗沟的结构要求，以达到良好的排水效果。

关键词:道路，排水设施，渗透系数，排水渗沟

1　项目概况

本文的工程实例位于某珊瑚礁海岛地区，该岛海拔很低，自然地面最高仅2.4 m，平均1.5 m，超过80%的海岛面积海拔不足1 m。拟建公路纵坡非常小，多为平坡，纵向排水较为困难，并且该地区土地资源极其珍贵，用地非常紧张。项目在设计阶段就如何解决公路排水问题作了相应的研究。

2　常规的公路排水措施

根据公路排水设计规范要求，公路路面表面水应通过横向排流的方式汇集于边沟、排水沟内，并通过排水沟排出公路路基范围外的自然沟渠、蒸发池等。而边沟、排水沟的纵坡坡度应结合路线纵坡、地形、地质、出水口位置等情况选定，宜与路线纵坡坡度一致，且不宜小于0.3%。当路线纵坡坡度小于沟底最小不淤积纵坡坡度时，边沟宜采用沟底最小不淤积纵坡坡度，并缩短边沟出水口的间距。

由于项目所在地地势平坦、海拔低、用地紧张，因此采用边沟、排水沟加蒸发池的排水措施不适用，无法满足沟底纵坡不小于0.3%的要求。

3　当地常用道路排水设施

项目所在区域年平均降水量1 800 mm～2 000 mm，且集中在雨季。珊瑚岛礁的地形特点是海拔很低且地势非常平坦，因此传统的边沟或者埋设排水管的排水方式在此地并不常用。经调查当地常用的几种排水方式如下: 1)地下渗沟:当地大部分公路采用排水边沟加渗沟的排水形式，即雨水先从地面汇集至路侧边沟，然后流入路面下的渗沟，最后渗入地下。2)渗井:部分沥青道路设置渗井排水设施，具体为设置了圆形PVC雨水管和渗井，雨水由PVC雨水管导入路幅外的绿化带中的渗井，然后渗入地下。3)路侧散排入渗或绿化带入渗设施:该地区新建的居民聚集区，有很多新建道路和房建项目，所建道路较宽阔，沥青路面与人行道之间设置了树池，同时兼做排水的渗沟。4)渗水池:该岛居民房屋屋顶一般都设置了雨水收集装置，然后将雨水导入蓄水池或者渗水池。5)排水管:在部分靠近海岸堤坝的位置，用排水管集中排水，直接排入海中。

根据项目的具体情况结合当地的排水设施使用情况，项目拟采用改进的排水渗沟设施排除路面径流，具体分析如下。

4　渗水能力分析(渗透计算)

1) (设计原则)根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》的规定，渗透设施的日渗透能力不宜小于其汇水面上重现期2年的雨水设计径流总量。也就是说，渗透设施的日渗透能力依据日雨水量当日渗透完的原则而定，设计雨水量重现期取为2年。由于每天的雨水量不是均匀的，因此如果采用日雨水量当日渗透完的原则来进行设计，则渗水设施有可能在雨量最集中的几个小时来不及渗水。根据搜集到的当地雨水观测资料，2002年—2011年这十年的最大日观测降雨量为123.1 mm，2003年—2012年这十年的最大3 h间隔观测降雨量为87.2 mm。将123.1 mm平均到每3 h间隔可得到15.4 mm，这与87.2 mm相差5.66倍。本项目为城市道路，为了提高排水设施的保障率，本项目按照3 h的雨水量在3 h内渗透完的原则来进行排水设计。

2) (设计降雨量)根据搜集到的2003年—2012年这十年的每3 h间隔观测降雨量，运用年最大值法，每年的最大3 h间隔观测降雨量见表1。

表1　2003年—2012年每年的最大3 h间隔观测降雨量

采用维泊尔公式计算年最大值的经验频率，并利用海森机频表格绘制经验频率曲线，可得重现期为2年对应的3 h间隔降雨量约为74 mm。

3)设计径流总量。根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》，雨水设计径流总量按下述推理公式确定:

其中，W为雨水设计径流总量，m3;ψ为雨量径流系数; h为设计降雨量厚度，mm; F为汇水面积，hm2。

汇水面积按道路长度每延米计算:

参照规范的条文说明，径流系数按沥青混凝土路面取ψ=0.9(规范值为0.8～0.9)。

根据前述设计降雨量的计算，h =74 mm。

由此计算可得每延米道路的设计径流总量。

4)最小有效渗透面积。根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》，渗透设施的渗透量与有效渗透面积有以下关系式:

其中，Ws为渗透量，m3;α为综合安全系数，反映渗透设施积淀尘土颗粒后渗透效率的下降，取中值0.65(规范值0.5～0.8) ; K为渗透系数，m/s; J为水力坡降，取1.0(规范值1.0) ; A为有效渗透面积，m2; t为渗透时间，s。

渗透时间取t =3 h =10 800 s。

渗透系数由现场渗透试验得到，现场进行了5组共11次渗透试验，得到的现场渗透速度分别为: 4.0×10－4，1.4×10－4，1.0× 10－4，4.0×10－4，4.2×10－4，2.03×10－4，保守起见，本项目渗透系数取为K =1.0×10－4m/s。

取Ws= W =0.499 5 m3。

代入上述公式，可得到每延米渗透设施所需的有效渗透面积为:

5　项目排水设施的拟定

参照当地常用的排水结构，结合本项目的横断面布置情况，本项目拟定了渗沟排水和路侧散排两种排水方案。

在没有设置突起式人行道、路侧排水不受限制的路段，直接散排至路侧，然后渗透至地下。

在设置有突起式人行道的路段，人行道下设置拼装式钢筋混凝土矩形边沟(下底开口)和珊瑚砂渗透层，共同组成渗沟排水系统，见图1。

雨水首先通过进水口进入钢筋混凝土矩形边沟，然后通过边沟底面的开口渗入两层粗粒式珊瑚砂，最后通过珊瑚砂渗透层的底面，直接渗入地下。根据前述计算，雨水是否能在设计时段内顺畅排入地下而不在钢筋混凝土边沟内滞留，取决于设计时段内的进水量和有效渗透面积。根据3 h的雨水量在3 h内渗透完的原则，对应重现期2年的3 h间隔降雨量，需要的有效渗透面积为0.711 m2，换算到每延米排水设施，所需的最小渗透层宽度为B = 0.711 m。同理，可计算出将重现期调整为5年(对应重要建筑物)时，所需的最小渗透层宽度为B =0.838 m。

图1　渗沟排水系统

本项目人行道宽度为1.5 m，为保守起见，本项目的珊瑚砂渗透层的宽度取为1.5 m。

6　排水渗沟结构要求

排水渗沟系统由两部分组成，上部是由预制钢筋混凝土构件拼装而成的矩形边沟，下部是渗水土工布包裹的珊瑚砾石。

上部的矩形边沟由盖板、侧板1、侧板2、底板拼装而成，各构件预制时需注意预留拼接富余量，拼接后各构件之间、各节段之间用水泥砂浆勾缝。矩形边沟与沥青面层的接触面须喷洒粘层油。安装时应注意盖板、侧板1、侧板2、底板等构件的相对位置和方向，确保安装准确。

下部的渗沟珊瑚砾石填料可由天然珊瑚砂筛分而得，选取2 mm～60 mm粗料作为填料，需要注意:渗水填料应质地坚硬清洁，级配良好，小于2.36 mm细料含量不大于5%，含泥量不大于1%，填料孔隙率不小于30%。

渗沟填料分为两层，其上下共设置三层渗水土工布，侧面的竖向边界也需要包裹。渗水土工布采用短纤针刺非织造土工布。拼装式钢筋混凝土矩形边沟与其正下方的渗沟填料之间不设置土工布，此处的上层渗沟填料与矩形边沟沟底直接相通，便于雨水携带垃圾和杂质的过滤和清理。上层渗沟填料厚度为10 cm，下层渗沟填料为15 cm～25 cm，下层渗沟填料的厚度由地下水位的高度决定，当地下水位较浅、到矩形边沟底板的距离小于20 cm时，下层渗沟填料厚度为15 cm;当地下水位较深、到矩形边沟底板的距离大于20 cm时，下层渗沟填料厚度为25 cm。在局部地下水位过深、到矩形边沟底板的距离大于35 cm的位置，应加厚下层渗沟填料的厚度直至下层渗沟的底面达到地下水位标高。

7　结语

对于低海拔海岛地区的公路排水设计，与一般地形的公路排水设计相比，其设计及施工难度更大，更复杂，大多情况下不能采用规范里传统的排水设施，并且各地区的地形地质情况各异，因此必须结合项目的具体情况进行深入的研究，并做好后期的跟踪监测以检验其排水效果。

Highway drainage treatment methods in low-altitude island

Yan Wenxue Zhou Mingwei
( China Communication Highway Planning＆Design Institute Co.，Ltd，Beijing 100088，China)

Abstract:Combining with climate properties of the coral reef island area，the paper introduces common road drainage equipment，analyzes permeability of the permeability equipment，makes a plan of the highway project drainage scheme，and finally puts forward drainage ditch structure demands，so as to achieve good drainage effect.

Key words:road，drainage equipment，permeability coefficient，drainage ditch

作者简介:严文学(1982-)，男，工程师;周铭伟(1984-)，男，工程师

收稿日期:2015-11-22

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0160-02

中图分类号:U417.3

文献标识码:A