城市道路排水口不同体型设施的模型实验与选择

郭 鹏

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

近年来，随着社会经济的飞速发展及城市化进程的加快，人类在日常生产、生活中用水量不断增加，然而，市政道路建设尤其是市政道路排水系统的建设却远远跟不上人民生活日益发展的需要。城市排水系统是城市生命体重要的输送系统，而市政道路排水设施又是城市排水系统的重要组成部分，起着静脉输运的作用。雨水口是城市道路路面排水的常用构筑物，起着排泄雨水的作用。因此，研究我国市政道路雨水口不同体型篦子的流态、过篦流量及设置情况，对于整个城市的健康发展的意义重大。

1 我国市政道路雨水口篦子设置现状及存在的主要问题

雨水口是城市道路路面排水的常用构筑物，其起着截流并泄除雨水的作用。目前，我国城市道路雨水口一般布置于市政道路车行道上，因此，雨水口设施质量及排水好坏会直接影响雨天城市交通的正常运行。然而，我们在实地调研一些道路雨水口的布置情况时发现，现阶段我国城市道路雨水口设置仍存在一些问题。具体如下：

首先，雨水口布置与形状不合理。目前，我国城市道路雨水口的体型设计与布置仍存在不合理的地方[1]。如，一些雨水口布设虽兼顾了道路的有缘石特性，选用立箅雨水口，但未考虑道路坡度及道路形式，造成雨天道路路面积水严重；一些雨水口间距过大，每到下雨天就会出现坑坑洼洼的水洼；一些雨水口的平篦栅条太少，形式不利于雨水的排放等。

其次，设计人员对雨水口设置不重视。现实中，市政道路设计人员往往侧重于对雨水管径的计算，而对雨水口体型、布设距离和雨水篦数量则仅采用经验确定法，很少根据实际情况进行深入考虑。

然后，雨水口高于地面的现象时有发生。现阶段，由于我国市政道路施工人员有相当一部分是被雇佣的农民工，其专业素质仍有欠缺，他们只会简单的将图纸上的设计还原实地，并不会充分考虑当地的地势情况，从而导致一些雨水口布设与路面相平，甚至高于路面的现象时有发生。

最后，雨水口堵塞现象严重。调查发现，我国城市道路雨水口堵塞的现象较为严重，经常可以看到由于雨水口地势稍微偏低，而存有大量的树叶、垃圾等杂物；还可以看到有的小朋友将垃圾、石块等从篦子向雨水口堵塞等，致使雨天路面产生大量积水，影响人们的正常生活。究其原因，雨水口的管理及维护不到位是雨水口堵塞的主要原因[2]，其次便是市政维护部门不按时清掏雨水口内淤泥。

2 城市道路排水设施体型及设置研究

城市道路路面排水设计是城市道路工程设计的重要组成部分，雨水口篦子是城市道路路面排水系统中常用的构筑物，科学合理地设置雨水口篦子是城市道路路面排水设计的关键。为了解决上述我国目前市政道路雨水口篦子设置存在的问题，现主要试验以下几种型式的雨水篦子对路面排水量的影响，以提供市政道路排水设计等人员对城市道路排水设施体型进行选择与参考。

2.1 模型制作与篦子型式

模型试验采用断面模型试验，模型布置见图1，具体参数如表1所示。雨水篦子采用实际大小的篦子模型进行试验，具体参数如表2所示。

表1 模型布置试验

类别尺寸/m高长宽材质模型水库1.05.05.0—模型水槽试验段0.261有机玻璃(厚1.0cm)支撑水槽50×50角钢尾水槽—60.5～0.6—

表2 雨水篦子模型

2.2 试验结果

2.2.1篦上流态稳定性

对于不同型式的篦子，篦上水流流态可以真实反映实际的排水情况。试验可知，随着流量的不断增大，0°栅条、30°栅条、45°栅条篦子上的水流皆产生较大的水翅现象，然后，随着流量的继续增大，这三种栅条篦子上的水流水翅现象又基本消失，之后的流态没有太大的变化。具体的，0°栅条在q=110 L/(s·m)时，篦子上的水流水翅现象基本消失，30°栅条、45°栅条在q=55 L/(s·m)时，水翅基本消失。而90°栅条篦上流态比较稳定，基本没有形成水翅。因此，0°栅条篦子的流态最不稳定，90°栅条篦子的流态最稳定，但是90°栅条篦上水流基本平铺于篦子上，大部分水流经过篦子流向下游，因此，90°栅条篦子型式排水效果较其他三种最差。

2.2.2过篦流量与总流量

过篦流量是指部分水流跃过篦子而流出的那部分流量。过篦流量可以直观地反映出雨水篦子的排水能力，四种体型栅条篦子过篦流量的对比如图2所示。由图2可知，总体看来，除了0°栅条篦子，其他三种型式篦子的过篦流量趋势大致相同。具体的，当总流量q1在55 L/(s·m)～72 L/(s·m)之间时，0°栅条篦子的过篦流量随总流量的增加而迅速增加，可以看出，基本呈直线增加；而当总流量q1在73 L/(s·m)～100 L/(s·m)之间时，随总流量的不断增加，0°栅条篦子的过篦流量变化不大；之后，当总流量q1在110 L/(s·m)～125 L/(s·m)之间时，随总流量的继续增加，0°栅条篦子的过篦流量也在增加，但增加速度明显放缓。相对比而言，其他三种型式篦子(30°栅条、45°栅条、90°栅条)

的过篦流量趋势大致相同，几乎成直线形式增长。而且，从图2可以看出，在相同总流量q1的情况下，随着栅条度数的增加，其篦子的过篦流量不断增大。90°栅条的篦子过篦流量相对最大，0°栅条的篦子过篦流量相对最小。但是，当总流量q1在55 L/(s·m)～72 L/(s·m)之间时，30°栅条的篦子过篦流量却要比0°栅条小。因此，说明在大流量情况下，0°栅条篦子的排水效果最好，而在小流量时，30°栅条篦子则是较好的选择。

2.2.3坡度对篦子排水效果的影响

本次试验选择0°栅条篦子，进行坡度对篦子排水效果影响的试验研究，如图3所示。由图3可知，总体看来，随着坡度的增加，0°栅条篦子的过篦流量不断增加。因此，坡度对0°栅条篦子的过篦流量的影响为正相关性。

3 城市道路排水口不同体型设施选择与建议

基于我国市政道路雨水口篦子设置现状及存在的主要问题，试验采用断面模型实验，试验了篦子型式对雨水口排水的影响能力，同时也阐述了路面纵坡对篦子排水的影响。具体选择与建议如下：

1)流态。流态会影响篦子的排水效果及道路通行能力。由本次试验可知，0°栅条篦子当流量超过120 L/(s·m)以后，水翅才基本消失，其流态最不稳定。90°栅条篦子的流态最稳定，但是90°栅条篦上大部分水流经过篦子流向下游，因此，90°栅条篦子型式排水效果相对较差。30°栅条、45°栅条篦子的流态处于中间。因此，在小流量情况下，城市道路排水口选择流态相对稳定的30°栅条、45°栅条篦子为好。

2)过篦流量。在大流量情况下，0°栅条篦子的排水效果最好，而在小流量时，30°栅条篦子则是较好的选择。

3)坡度。从试验数据可以看出，道路坡度在一定范围内可以影响道路排水口的排水能力，坡度越小，越利于排水。因此，城市道路排水口设施最好设置在道路上坡度较小的地方。

综上可以说明，栅条角度越小越有利于排水，坡度越小越有利于排水，但鉴于在大流量下0°栅条的流态相对不稳定，故可根据实际流量大小选择30°栅条、45°栅条篦子排水篦子型式。90°栅条篦上由于横向设置栅条，水流受阻导致篦子排出的流量较少，虽然流态较稳定，但鉴于排水效果较差，因此，一般不选择使用。

[1] 王 淇,边 静,李俊奇.雨水口设计中的几个重要问题及改进建议[J].中国给水排水,2014(2)：43-44.

[2] 吴 杰.防涝标准下城市道路雨水口排水能力分析[J].供水技术,2017(4)：68-69.