成安渝高速公路成洛互通C匝道排水渠方案比选

(中国水利水电第十工程局有限公司，成都，610072)

1　工程概况

成安渝高速成洛互通C匝道涵洞出口段改造工程——排水渠改造，该排水渠原为东风渠南五支渠一号支渠，由于城市化进程，该支渠上游接东风渠南五支渠段已废弃，该渠不再具有灌溉功能，通过改造后保留该渠的排洪功能。新建排水渠沿绕城高速公路方向敷设，起点位于成洛互通C匝道涵洞出口，终点止于十陵河。

2　改渠方案比较

成洛互通位于成洛路、绕城高速公路和成安渝高速公路三路交叉口处，地势南高北低，排水方向为从南往北，最后汇入北侧十陵河中。本次改造的排水渠为成洛互通的排水主渠，主要解决成洛互通及互通周边范围的降雨地表汇水。因整个渠道位于成都市500m环城生态带范围内，渠道两侧居住区已完成环城生态区拆迁，故在设计和施工过程中，还需注意对周边环境做保护。

2.1　原施工图文件改渠线位(方案一)

原施工图设计文件完成时间为2010年10月左右，设计线位在出成洛互通C匝道涵洞后采用明渠的方式朝北前行，于渠道里程K0+550m左右接入地方排洪沟渠，并未对接入后的沟渠做改建。

因成安渝项目自身原因，项目在2014年后基本处于停滞状态，于2016年8月重新启动。该项目停滞期间，渠道范围内的地形地貌发生了较大的变化，原起点至K0+500m段由于外来弃方，地面线较2010年抬高较多，若仍采用明渠方案，则水渠需在既有地面线标高基础上下挖8m左右。成洛互通区内上部地表分布有“成都粘土”，由于土中蒙脱石含量较高，土体多具弱～中等膨胀性。因此若开挖8m左右，改渠边坡需放缓至1∶2左右，改渠地表开挖开口达到约30m宽，土方开挖量巨大，占用土地面积大，不利于环保，不利于将来成都市环保生态区的打造。同时该改渠线位两次跨越运营中的燃气管线成德线，协调难度大，工程造价高。

2.2　平行于成德线改渠线位(方案二)

通过现场实地调查、踏勘，燃气管成德线走向由南向北，同时在成德线以西约100m处新发现一条在建燃气管，燃气管走向由南向北，平行于绕城高速公路。

为避免改渠与既有及新建燃气管发生交叉，设计中采用在出成洛互通C匝道涵洞后采用暗渠的方式朝北前行，暗渠位于既有及新建燃气管间。

该方案能避开燃气管的影响，采用暗涵能解决成洛路排水问题，但该方案在改渠里程K0+500m以后盖板涵涵顶高程就将高过地面，景观上较差，若将K0+500m以后改为新建渠道，将与既有路侧原沟渠平行，两沟渠间间距约为80m，将既有的一个整体地块划分得比较零碎，对将来打造环城生态区不利，同时新建沟渠需新增用地，开挖土方、基础处理等费用也较多，造价较高。

2.3　综合优化后推荐方案(方案三)

在方案一和方案二的基础上，综合优化后形成了改沟渠前段平行于成德线设置，后段利用原改渠线位的推荐方案。前段为避免改渠与既有及新建燃气管发生交叉，设计中采用在出成洛互通C匝道涵洞后采用暗渠的方式朝北前行，暗渠位于既有及新建燃气管间，于改渠里程K0+550m左右下穿新建的燃气管接既有路侧原沟渠。由于原沟渠於堵、部分垮塌，故后段改渠与原沟渠共线，在不破坏原沟渠排水系统的条件下对原沟渠进行改扩建。因下穿新建燃气管的原因，改建水渠分前段后段设置不同排水纵坡，前段暗涵采用-0.80%，纵坡较大，流速较快，避免涵内於堵；后段明渠采用-0.12%，确保与十陵河的水头差，过水断面较大，流速较缓，满足排水要求，减少冲刷。

该方案能避开既有燃气管，降低对在建燃气管的影响，采用暗涵能解决成洛路排水问题，减少挖方，对暗涵上方土地利用无较大影响；暗涵接明渠后，因明渠与既有渠共线，能最大限度地减少新增用地规模，减少土方开挖、外运，能有效地保护环境；同时明渠与既有渠共线，不改变既有的地块划分，对将来环城生态区的打造影响较小。综合比选，造价最省。

综上所述，根据现场实地考察，结合经济施工合理性最终决定采用方案三。

3　改渠方案设计

3.1　改渠平纵设计

成洛互通C匝道涵洞出口排水渠设计起点坐标X=3392798.134、Y=471867.092；成洛互通C匝道涵洞出口排水渠设计终点坐标X=3393678.087、Y=471906.702；成洛互通C匝道涵洞出口排水渠改造总长953.1m。纵断面设计根据下游渠道实测标高、上游涵洞出口排水标高及天然气管道标高综合确定。起点设计高程486.431m，终点设计高程484.20，全线纵坡暗板涵-0.80%，明渠-0.12%。

改造后渠道接入十陵河，接入处十陵河河床实测高程为483.85m，十陵河河堤(土质)堤顶实测高程为484.944m。改造后的渠顶高程高于十陵河河堤高程。

3.2　改渠水文、水力计算

参照《成都市中心城区水生态环境保护与修复规划》：“按照《成都市城市总体规划》和《成都市城市防洪规划》，成都市城市防洪采用按水系分区防护的原则，府河、清水河、沙河三条较大河道防洪标准为200年一遇，摸底河、江安河为100年一遇，其它城市中小河道防洪标准为50年一遇”。因此，成洛互通C匝道涵洞出口排水渠防洪标准按50年一遇考虑。

根据《城市防洪工程设计规范》，50年一遇的防洪工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级，次要建筑物等级为3级。

3.2.1水文计算(雨水设计流量计算)

雨水设计流量采用下式计算：

Q=qψF(L/s)

式中：q——降雨强度，按照成都市水务局2015年5月21日发布的公告，采用新的成都市暴雨强度公式计算：

ψ——综合径流系数，ψ=0.24。根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006)中3.2.2规定，给排水设计中雨水设计径流系数取值加权平均得到，沥青路面取0.9，公园绿地取0.15；

F——汇水面积，取84hm2。

根据上述参数，计算得Q=qψF=397.1×0.24×84=8005.54L/s=8m3/s。

3.2.2水力计算

天然河道中的水流一般为渐变非均匀流，动水压强分布可近似地看成与静水压力分布相同，在河道坡降较小时，水面高程就等于代表位置水头和压力水头之和的测压管水头，这时水流的能量方程可以写为如下形式：

式中：Z——水面高程；

α——动能修正系数；

V——断面平均流速；

g——重力加速度；

he——断面间的能量损失；下标1，2分别代表下游断面和上游断面。

两断面间能量损失he包括摩阻损失和断面放大或收缩能量损失。能量损失可写为下式：

式中：L——断面间距；

Sf——摩阻坡度；

C——断面放大或收缩能量损失系数。

两断面间摩阻坡度Sf可用上下游两断面摩阻坡度的几何平均值来计算：

某断面摩阻坡度可用曼宁公式计算：

式中：n——曼宁系数；

R——断面水力半径。

该段河道50年一遇的洪水计算成果见下表1。由于下游生态复式断面阻水，本次设计河道末端按3m高梯形河堤断面设计，除尾端约300m范围主槽高程略低于洪水位以外，基本可满足行洪要求。

表1成洛互通C匝道排水渠50年一遇的水力计算成果

图1　排水渠暗板涵剖面(1∶100)

图2　排水渠明渠剖面(1∶100)

3.3　改渠工程措施

(1)排水渠暗板涵基础均采用C25混凝土浇筑，涵台采用C30混凝土，盖板采用C35混凝土；排水渠明渠基础及侧(边)墙均采用C35混凝土，明渠靠道路侧设置波形护栏；

(2)挖方边坡暗板涵采用1∶2、明渠采用1∶1的开挖坡率；

(3)排水渠每隔4m～6m设置一道沉降缝，沉降缝贯穿整个断面，缝宽2cm，缝内填充沥青杉板，沉降缝设防水油毛毡并涂刷热沥青防水层。

4　存在问题及建议

(1)本次设计遵循路基排洪标准将改渠工程防洪频率确定为50年一遇。本段改渠在成洛路地下管网改造完成前，渠道排洪能力满足50年一遇暴雨流量，但富裕度较低，在暗涵与明渠交界位置会局部雍水，雍水对排洪存在一定的影响，远期地下管网改造完成后，通过上游汇区分流，能有效降低排洪流量，排洪渠满足排洪要求。鉴于此，请龙泉驿区政府尽快开展成洛路地下管网的改造工作；

(2)本次设计以改渠设计终点为控制位置，计算其上游汇水区域的暴雨径流洪峰流量，考虑改渠工程将成为城市重要的景观休闲区域，而整齐划一的改渠断面景观性更强，故没有沿改渠分段计算各设计流量，采用统一断面尺寸。为确保渠道的景观性，渠道按不出露地面设计；

(3)本排洪渠终点位置为十陵河，通过十陵河规划流量，推算出十陵河50年一遇排洪水位略高于排洪渠出口附近排洪水位，十陵河对排洪渠顶托影响范围约为排洪渠出口附近120m左右。