道路排水设计步骤和要点探讨

潘金锋 （合肥学院 城市建设与交通学院，安徽 合肥 230601）

0 引言

城市雨、污水主要依靠沿市政道路敷设的雨、污水管涵排放，雨水经收集和转输后排入受纳水体，污水经收集、转输、处理后排放或回用。城市道路雨、污水管涵往往随城市道路同步设计、建设，习惯称为道路排水。道路排水不仅收集道路及两侧地块的雨、污水，同时也转输上游汇水范围的雨、污水，是城市排水系统的主要组成部分。城市排水系统设计、运行维护状况，直接关系到城市居民的生命和财产安全。每至汛期城市内涝屡屡发生，一部分是超标降雨引起的,更多的是城市排水设施本身存在的问题引起的,城市道路排水设计、运维的不足之处，需要充分重视。排水系统是城市基础设施的重要组成和确保城市排水安全的重要支撑，根据目前的发展趋势，未来我国的排水系统基础设施的建设压力将进一步加大[1]。所以道路排水设计应该被充分重视。

道路排水设计时系统分析是否全面、总体设计是否科学、标准和参数选取是否合理、关键点是否被重视等直接影响城市雨、污水的排放安全。目前国内针对道路排水设计的某一方面进行了不少研究，为城市道路排水设计提供了宝贵财富。本文探讨道路排水设计全过程步骤的要点，对指导道路排水系统性、全面性及针对性设计有很强的实践意义。

1 系统设计

城市雨、污水设施构成了庞大排水系统，道路排水设计时应从整个系统出发，统筹考虑。道路排水设计不仅要解决设计段道路及其两侧地块的雨、污水排放，同时也必须全面考虑设计段雨、污水所属排水系统上游汇水面积内的雨、污水排放。近年来极端降雨事件发生越来越频繁,和雨水设施建设未与城市防洪、河道水系、道路交通等其他规划相衔接[2]。排水设计时应综合分析雨、污水系统内和排水相关的总体规划、各专项规划及其实施情况，对道路排水设计有制约和影响的规划主要有城市总体规划和其他专项规划，如排水规划、防洪规划、河道水系规划、竖向规划等。

道路排水包括道路雨水和污水，应依照相关规划、设计规范结合实际建设情况进行设计。依据城市总体规划确定雨、污水服务范围内不同地块的城市建设性质；依据排水规划确定设计路段雨、污水所属的系统，不同建设性质地块采用的标准和参数，管网系统的控制点标高等；依据防洪规划确定雨水受纳水体的防洪标准及水文资料；依据河道水系规划确定水系沟通方式和标准、参数；依据城市竖向规划推算设计道路排水管道的标高。

在城市雨水管网设计时，通常使用推理公式法或数学模型法来计算管网径流量。对城市内涝模型的研究，国内目前还处于初期阶段[3]。在实际设计中，由于推理公式法计算简便、所需资料不多，加之我国数学模型法的发展不够完善且没有规范性的使用指导、指南，设计人员采用较多的依然是推理公式法[4]。故在此探讨的是目前广泛使用的推理公式法的道路雨水设计。推理公式法计算暴雨强度公式如下。

式中：q——暴雨强度公式[L（/hm2·s）]

p——设计重现期（年）

t——降雨历时（min）

A1，C，b，n——参数，根据统计方法计算确定。

2 雨、污水设计

2.1 总体设计

道路排水设计时先根据城市或者区域排水规划，结合区域排水设施建设情况，确定汇水范围，依据规划结合已建排水设施资料整理设计范围的总的雨水和污水管网系统图。根据排水规划及现状，分别确定设计道路范围内雨、污水出口，同时确定每个出口的汇水范围及雨、污水管网图。

道路雨、污水设计，主要是进行雨、污水的平面和纵断面设计。道路红线宽度超过40m的城市干道宜两侧布置排水管道[5]。平面设计时首先按照设计道路红线宽度结合道路排水的实际情况确定道路下雨、污水管是单侧布置或两侧布置。设计时需要注意沿道路敷设雨、污水管及其外接管与其他类型管道的平面和竖向的相互避让，按照管线避让原则，压力管、易弯曲的管道避让排水管。

2.2 雨水设计

2.2.1 设计标准、参数确定

根据城市或者区域排（雨）水规划，确定设计段所属雨水系统为泵排区还是重力自排区，分别对应规划中泵排区和重力自排区的标准（往往泵排区标准高于自排区）确定雨水设计重现期P、地面积水时间t1等参数；根据城市总体规划结合实际建设情况，分析汇水范围的下垫面，确定径流系数ψ；以上范围、参数、标准等确定后，按照城市暴雨强度公式计算出道路不同管段的设计雨水量；结合道路竖向初定各段雨水管涵断面尺寸和坡度，初步进行道路雨水设计。

2.2.2 道路最低点标高推算

雨水设计的另外一个任务是为道路竖向设计提出要求，通过水力计算确定道路最低点标高限值，道路设计标高不应低于该值，以避免在降雨不超标时，道路出现积水现象。道路最低点标高，根据雨水泵站（泵排区）或受纳水体（自排区）的水位进行推算。设计管段位于泵排区时根据雨水规划（泵站未建时）或已建雨水泵站运行资料查阅雨水泵站的最高运行水位，位于重力自排区时根据防洪规划查阅受纳水体的设计洪水位，以上水位确定后，根据设计段至雨水泵站或受纳水体之间的管涵规划、建设情况（管道路由、控制点标高、断面尺寸、坡度等），按照水力坡降按雨水泵站最高水位或受纳水体设计洪水位反推设计段道路竖向最低设计标高。

2.2.3 平面设计

道路雨水设计流量由以下三部分雨水构成：上游系统来水（雨水系统为起始管道时不含该部分）、道路两侧地块的雨水、路面雨水。

采用单侧布置雨水管时，设计前先确定同一出口范围内道路外接雨水管的位置、断面尺寸、底标高、流量等资料，外接雨水管主要指需要转输的相交道路雨水管、道路两侧汇水范围的雨水收集管（如道路两侧地块未开发建设，在平面设计时每80m～120m预留一处雨水收集管）；根据道路竖向确定同一出口范围内道路最高、最低点（如果道路竖向起伏，则有一个以上的局部最高点或最低点）位置。

设计时首先在道路最高点、道路最低点、外接雨水管处布置检查井，之后根据路面雨水收水要求加密检查井。道路最高点的雨水管为起头管时，取消该检查井及与其相邻检查井之间的雨水管；道路最高点的雨水管不为起头管时，可取消该最高点处的检查井，复核其相邻两检查井的间距是否满足规范要求，如不满足检查井最大间距规范要求，需对道路最高点附近的检查井位置进行局部调整。

设计采用两侧布管雨水管时，从建设成本和后期运维等方面考虑两侧雨水管宜为一主管一辅管的布置方式，而不是道路两侧各自独立布置从起始端至雨水出口贯通的雨水管。同一出口范围内雨水主管道应从起始端至雨水出口连续敷设；另一侧雨水管为辅管，沿道路敷设一定长度后横穿道路接入另外一侧的雨水主管，故同一出口范围内雨水辅管从起始端至雨水出口通常不是连续敷设。值得注意的是在道路最低点需要适当加大雨水口的收水能力。道路坡度偏小时雨水口间距需适当减小；道路坡度较大时，雨水口间距可适当加大，但要加大设置雨水口的收水能力，避免雨水越过雨水口流入下游路面。在连续坡度道路上，越往下游，雨水口承担的泄流任务越大，故在下游宜将雨水口布置成双箅、多箅来提高下游排水效率[6]。

2.2.4 纵断面设计

纵断面设计时管道埋设高程控制至关重要，设计雨水管道应能承接上游规划或建设的雨水管来水、能接入下游规划或建设的雨水设施或排入受纳水体，同时设计雨水管道应接纳道路两侧地块雨水，在满足以上要求前提下尽量减小管道埋深，以降低工程投资，便于后期运行维护。设计时首先根据雨水规划中的系统控制点标高和上、下游已建雨水管资料，确定道路设计雨水管道起点、终点的管底设计标高范围值，往往根据以上资料确定设计范围起点管的最高设计管底标高和设计终点的最低设计管底标高，之后结合地块雨水收集管的资料进行雨水纵断面设计。平面和纵断面在设计时应统筹设计，根据其相互制约关系进行相应调整，合理确定管径、埋深、管道坡度。

2.3 污水设计

2.3.1 设计标准确定

依据城市总体规划及建设情况，确定设计管段及上游服务范围内工业用地、生活用地、商业用地等产生污水的各种性质城市建设用地面积；根据污水规划查阅不同性质城市建设用地的污水量指标；各类性质城市建设用地的面积及对应的污水量指标确定后，进行设计污水量计算，然后进行道路污水设计。

2.3.2 平、纵面设计

道路污水管的收水由两部分组成：转输上游系统的污水，收集道路两侧地块产生的污水。污水平、纵面设计和雨水管设计过程大致相同，主要区别：污水管设计时不需考虑雨水口的布设，检查井的布置主要受外接污水管、规范要求检查井最大间距和当地的管道养护条件确定；由于雨水出口宜分散就近排入受纳水体，而污水要统一排入污水处理厂处理，所以污水系统中主管道往往较长，同时地块内污水管道埋深往往比雨水管道深，所以在纵断面设计时往往污水管道的埋设较雨水管道深。

污水预留管布置时尽量靠近雨水预留管，以便于后期地块的接入。

3 注意事项

为了保证雨、污水的正常排放和城市水系的正常使用，在道路排水设计时应该注意以下事项。

3.1 雨、污水出口

道路排水设计时必须对雨、污水出口进行调查、分析，雨、污水出口必须可靠，以保证排水安全。

如果设计雨水管直接接入下游已建雨水管、泵站或已经形成的受纳水体，则认为雨水出口可靠；如不是前面三种情况，则认为雨水出口不可靠，需要进行临时出口设计。临时出口通常采用开挖临时明渠方式，雨水通过明渠接入系统下游已建雨水管、泵站或受纳水体。临时明渠沿规划道路布置时，如有条件明渠宜设置在规划道路红线外，主要原因有两个：一是临时出口明渠段道路修建时明渠能正常工作，如临时出口明渠在道路红线内，道路施工期间需要将临时出口迁改至道路红线外，临时出口需要二次改迁，增加工程投资；二是避免了临时明渠开挖和运行对道路范围原状土的破坏，减小路基处理量和临时明渠的填筑工程量，缩短工期并节约工程投资。

当下游污水系统已全部建成贯通，污水可以直接接入下游已建污水设施；如下游污水系统未贯通或污水没有出路，设计段的污水管道可以在建成后暂不启用，如启用必须采取必要措施，保证污水处理达标后排放。

3.2 过路水系的沟通

过路水系的沟通大致分为两类：一类为永久沟通，是城市总体规划、防洪规划和水系规划中需要保留或者未来修建的永久水体的过路沟通，常用的方式为修建桥梁或者管涵进行沟通；另一类为临时沟通，这种情况是穿道路的现状水体在规划中不保留，但由于道路两侧尚未完全开发，过路水体暂时还承担着输水、排水、灌溉、养殖等功能，这种情况下也需要对现有的沟、渠、塘等进行必要的过路沟通，沟通的方式往往采用过路管涵沟通。

3.3 淹没出流

根据《室外排水设计标准》（GB50014-2021），重力流雨水管道应按满流计算[7]。实际中雨水管网系统的排水口通常连接于江河，河道水位对其排水能力的影响不容忽视[8]。雨水设计时通常所选取的管道敷设坡度和计算水力坡度基本匹配，但值得注意的是，受景观要求、管道避让等因素的影响，雨水自排进受纳水体时，雨水管往往采用淹没出流，即雨水出口及其前面部分雨水管淹没于水面之下，管道内充满水，此时由于受纳水体顶托作用，管道敷设坡度和运行时实际水力坡度往往有一定差别，在设计时需要特别注意。

淹没出流雨水管道设计时，加大管道坡度并不能增加管道的实际输水能力[9]。应根据设计雨水流量和实际运行水力坡度确定管径，不能根据设计雨水流量和设计管道坡度确定管径。如设计管道坡度大于实际运行水力坡度，按照设计管道坡度确定的雨水管管径往往偏小，造成管道的实际过流能力小于设计雨水流量，增加上游道路内涝风险，排水安全无法得到保证，所以淹没出流时雨水管径应按照实际运行水力坡度确定。在难以保证自由出流的地区,应增大雨水管道管径应对城市内涝[10]。

图1 淹没出流管道坡度、水力坡度示意图

4 结语

①道路排水设计时，应根据城市总体规划、排水规划、防洪规划、水系规划、竖向规划等合理确定相应的标准和参数。

②应分析和调查所属排水系统规划和已建排水设施情况，保证系统内排水设施的顺利衔接。在具体设计时应全面考虑，使设计成果尽可能的优化。

③要对雨、污水进行系统分析，考虑汇水范围内雨、污水排放，不能仅考虑道路及两侧地块的雨、污水的范围。道路排水设计时要根据下游雨、污水系统的建设情况，采用必要的临时出口，保证雨水安全排放；设计污水管道建成启用时，下游污水应用出路，保证污水得到处理、达标排放。

④根据过路水系的性质，采用临时沟通或者永久沟通，保证水体的功能；淹没出流雨水管应按管道运行时的实际水力坡度和雨水流量确定管径，保证雨水排放安全。