跨越南水北调干渠桥面排水的研究

陈宽，王前，陈建光 ，刘荣旭，刘帮，代政

（1.中建四局贵州投资建设有限公司；2.中交一公局公路勘察设计院有限公司）

1 工程概况

某新建工程位于邯郸市西北部，路线走向先由南向北，后由西向东。在南水北调中线干线工程设计桩号Kxx+xxx处与南水北调总干渠交叉角度78.6°，总干渠断面总宽61.36m，线位占管理范围长117.73m，采用桥梁方案跨越。结合总干渠断面尺寸以及适当考虑安全距离，主桥采用（86+152+86）m变截面连续箱梁，其中主跨152m一孔跨越总干渠管理范围（见图1）。

2 技术标准

图1 桥位平面图

图2 桥位平面图

本项目为一级公路，设计安全等级为一级，荷载标准为公路-Ⅰ级。根据《公路排水设计规范》（JTGTD33-2012）[1]，一级公路桥面排水重现期为5a，排水降雨历时标准为10min；从道路角度考虑需满足车辆对桥面排水的要求。根据南水北调中线总干渠设计要求为50年设计，200a校核，桥面雨水均不能进入干渠内。桥面排水设计研究对确保桥面雨水不落入干渠有着重要意义。

3 排水设计

常规情况桥面排水采用挂管收集处理，但不管采用何种材质的管材，总归会出现管材老化漏水，水上作业更换管材等现象，仍然对干渠水质存在污染的可能。随着跨渠桥梁越来越多，桥面排水措施有挂PVC管、铸铁管、U型混凝土槽等，经过现实工程案例证明，PVC老化、铸铁锈蚀、U型混凝土槽排水能力有限等弊端，均不能保证桥面排水不流向干渠内。为防止桥面积水流入南水北调干渠而造成水源污染，对桥面排水系统进行全面设计。

3.1 桥区排水总体设计

1)整座桥梁纵断面设计为桥区纵断提升，两侧引桥向桥头引道降低，总体呈现桥面排水由南水北调总干渠向保护范围（南水北调干渠管理范围外200m内）外侧排水趋势，桥梁两桥头路基路面排水不会排向干渠，排水方向不会对干渠水质产生影响。桥面排水集中收集通过排水沟排至蒸发池内，蒸发池根据现状地形设置在南水北调管理范围200m外的低洼之处，桥区各出水口的标高均高于蒸发池入口高程。

2)整个桥区排水分为四个部分，第一部分G309至主桥边跨（含边跨），第二部分主桥主跨部分，第三部分主桥边跨至输元河以西，第四部分输元河以东至大桩号方向桥台，桥梁总体排水示意图（见图2）。

①第一部分G309至主桥小桩号侧边跨（含边跨）范围，桥梁长度为387m，桥面排水通过挂管(主桥边跨为不锈钢管，引桥为PVC管)集中收集，通过地面排水沟排入小桩号侧蒸发池（27.5m×18m×1.5m），蒸发池边距离南水北调隔离栅栏206m，位置详见桥位平面图，排水沟进行防渗处理。

②第二部分主桥主跨部分，桥面排水采用桥面边沟排水，边沟置于防撞护栏内侧，在主墩处通过管道引至地面，采用排水沟排入大桩号侧蒸发池（27.5m×18m×1.5m），蒸发池边距离南水北调隔离栅栏230m的输元河畔，位置详见桥位平面图，排水沟进行防渗处理。

③第三部分主桥大桩号侧边跨至输元河以西范围，桥面排水通过挂管(主桥边跨为不锈钢管，引桥为PVC管)集中收集，通过地面排水沟排大桩号侧蒸发池（27.5m×18m×1.5m），蒸发池边距离南水北调隔离栅栏230m的输元河畔，位置详见桥位平面图，排水沟进行防渗处理。

④第四部分输元河以东至大桩号方向桥台范围，该部分桥梁位于南水北调管理范围200m外，地势西高东低，且输元河将桥梁分为东西两部分，东侧的水不会排至西侧，对南水北调水质无影响，该部分桥面排水考虑散排。

3.2 桥区排水细部设计

3.2.1 桥面防水

在桥面范围设计一层现浇防水混凝土，其上再涂抹一层防水层，防止桥面积水下渗流入干渠中。

3.2.2 桥面水力计算

根据桥面横坡，在坡底一侧设置35cm×15cm的排水边沟，边沟设置一道450mm×600mm×40mm铁篦子，桥面排水根据横坡排向边沟和边沟中的水随着桥梁纵坡排向蒸发池。

a.主桥面设计径流量计算如下：

根据《公路排水设计规范》（JTGTD33-2012）[1]第 9.1.1

桥梁排水边沟设计图

式中，Qs为桥面设计径流量，m³/s；qpt为设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min；ψ为径流系数，查表9.1.8，沥青路面径流系数ψ取0.95；F为汇水面积，km²，主跨长152m，桥宽20.5m，F 取 0.0031km²。

根据《公路排水设计规范》（JTGTD33-2012）[1]第9.1.7,当地缺乏自记雨量计资料时，可利用标准降雨强度等值线图和有关转换系数计算降雨强度。如式（9.1.7）

查表9.1.7-1得，重现期5a时：cp=1

查表9.1.7-2得,降雨历时10min时：ct=1

按公路所在地，由图9.1.7-1查得：q5,10=2

得qpt=2mm/min

可知桥面设计径流量Qs=0.0985m³/s

b.桥面边沟排水能力计算如下：

对35cm×15cm排水沟进行水力计算，根据《室外排水设计规范》GB50014-2006（2014版）[2]第 4.2.1条

式中，Q为设计流量,m³/s；A为水流有效断面面积，A=0.0525m²；v为流速，m/s，

式中，R为水力半径,R=A/C=0.1(m),C为湿周=0.15+0.15+0.35=0.65m；I为水力坡降，根据桥梁纵坡取3%；n为粗糙系数，按表4.2.3取值为n=0.014

计算可得排水能力为0.121m³/s＞Qs=0.0985m³/s；主桥排水边沟排水能力满足排水要求。

3.2.3 桥面排水校核

根据《公路排水设计规范》（JTGTD33-2012）第9.1.2[2]，项目所在地高速公路和一级公路设计降雨重现期为5a，降雨汇流历时为10min，经过计算桥面边沟排水满足要求。

南水北调中线总干渠校核洪水频率为200a一遇，若遇200a降雨重现期考虑，根据《南水北调中线一期工程邯邢渠段初步设计水文专题报告》（河北省水利水电第二勘测设计研究院 2008年9月）[3]查询可得，南水北调2号特大桥200a重现期，降雨历时24h时平均降雨强度为459.8mm/min，即使雨水24h不排走，考虑防撞护栏以内为汇流通道，水深为45.98cm＜110cm（防撞护栏110cm高），200a一遇洪水频率校核，桥上雨水不会溢流进南水北调中线总干渠。

桥面排水通过边沟集中汇于蒸发池中，再通过蒸发池蒸发和渗流排水。蒸发池位置布设在管理范围200m之外（即南水北调干渠保护范围以外），管理范围桥面排水采用桥面边沟排水，管理范围以外、保护范围内桥面排水采用吊管(主桥边跨为不锈钢管，引桥为PVC管)集中收集，汇流至桥下排水沟，随着地形高差以重力流形式流向蒸发池。

4 结语

桥梁跨越南水北调中线总干渠，为保证南水北调干渠水质不受影响，同时考虑工程造价，不同桥区排水应当采取不同的排水方法。主跨位于干渠上空，应考虑桥面边沟排水，边跨位于水源保护区，采用挂管材料应耐久且更换便捷，水源保护区以外排水这可以采用常规材料挂管收集处理。整个桥区排水应体现为往干渠两侧排放，避免桥面、地面排水流向南水北调中线总干渠。