劉樸1，孔慶偉2，陳祖軍3，韋鶴平3，鐘迪鋒4

(1.上海浦東工程建設管理有限公司，上海200127；2.上海市政工程設計研究院，上海200092；
3.同濟大學環境科學與工程學院，上海200092；4.浦東新區環保局，上海200135)

　　摘　要：上海浦東新區城市快速干道綜合排水系統的設計，改變了傳統的道路排水只考慮路面徑流的簡單做法，而是將路表面、路面結構內部和路基(包括中央綠化帶)排水作為一個綜合系統來考慮。路基和路面結構內部排水系統的設置，增大了道路排水的徑流系數，應根據快車干道不同于一般城市道路的特點，合理確定暴雨設計重現期、徑流系數和匯水面積，優化排水系統的設計。
　　關鍵詞：城市快速干道；排水系統；徑流系數；設計
　　中圖分類號：TU992.03
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)05-0039-06

　　城市快速干道(或稱快速路)是解決城市長距離快速交通運輸的動脈，是城市道路中質量等級最高、投資較大的骨干道路。近年來浦東新區已相繼建成了遠東大道、迎賓大道、環南一大道(上海市外環線一部分)、羅山路延長線等快速干道，這些干道紅線寬度為80～100 m，設計時速80 km/h，設雙向6至8條機動車道。位于開發區、城市郊區或邊緣地帶的快速干道一般不設非機動車道和人行道，紅線內除車行道外其余部分均布置綠化，道路綠化面積率較大，最高可達68%，中央分隔帶寬度為6～16 m，道路紅線外兩側還保留有20～100 m的林帶。
　　大面積綠化使道路的排水設計不僅要考慮常規的路面排水，還要考慮綠化帶下滲雨水的排除，否則大量的下滲雨水集聚在路基內就會對路基產生損害。浦東新區屬浜、海、河網地區，原地面標高相對較低(一般標高為4.00 m左右)，而地下水位較高(常年地下水位標高為3 m左右)，其路基排水不僅要考慮綠化帶下滲雨水，而且還要考慮隔斷或降低地下水位以保持路基的干燥。新建路面需設置各種接縫，路面在使用期間又會出現各種裂縫，雨水有可能通過裂縫滲入或下滲到綠化帶后再側向滲入路面結構內部。為了將積滯在路面結構內的水分迅速排除到路面和路基結構外，以利于減少或避免水損害，提高道路使用壽命，近年來已在浦東的幾條快速干道成功地設置了路面內部排水系統試驗段，并將進一步推廣使用。因此，快速干道的排水設計應包括路面表面、路基(包括中央綠化帶)和路面結構內部等排水系統組成的綜合排水系統。現行的《室外排水設計規范》(GBJ 14—87)只涉及到路面表面排水，《城市道路設計規范》(CJJ 37—90)對路基排水雖有涉及，但規定不具體，對路面結構內部排水也未涉及^［1］。筆者根據浦東新區近年已建成的幾條快速干道建設經驗，對城市快速干道綜合排水系統的設計作些研討，并提出若干建議。

1　路面排水

　　由于浦東地區地下水位較高，河網發達(部分河道有通航和疏浚所需的凈空要求)，道路工程中跨河橋較多，為了保持路基的穩定性和橋梁縱向線型的要求，大部分路段為填方，而道路路面的排水與道路的橫斷面及綠化土方的布置有關。圖1所示為浦東新區快速干道幾種常見的橫斷面布置形式(以100 m道路紅線為例)，從圖1(a)→(b)→(c)，兩側綠化帶填土漸多，綠化景觀效果漸好，但工程造價亦漸大。

　　城市快速干道為了保持車行道的平整度和行車舒適性，一般不將雨水管布置在快車道下，而將其放在兩側綠化帶內靠近車行道側石較近的位置(一般相距2.5 m)。為了道路綠化景觀的需要及其他一些因素的考慮(如預留城市軌道交通位置)，中央綠化帶一般較寬(6～16 m)，并布置成凸形，以利雨水坡流至兩側快車道。在城市快速干道的路面排水設計中，應當注意下述問題。
1.1泄水范圍
　　浦東新區已建的幾條城市快速干道(如外環線)大多位于城市邊緣地帶(郊區)，且采用全封閉全立交的形式，道路紅線處像高速公路那樣設置禁入隔離柵，且道路紅線外一定的距離(20～100 m)均有規劃的林帶，道路設計由于要防止地下水對路基的侵蝕，最低路面設計標高要比原地面標高超出0.5～1 m，因此一般城市邊緣地帶(郊區)的快速干道路均設獨立專用的排水系統，不考慮沿線地塊雨水的進入。快速干道紅線內的泄水范圍受道路橫斷面布置特別是兩側綠化土方的坡向有關。圖1所示的(a)邊坡式和(b)前置式斷面，泄水范圍小，僅為快車道和中央綠化帶；兩側綠化帶的雨水坡流至紅線內的邊溝，邊溝設置一定的縱向坡度，雨水經邊溝匯集后分段排至附近的河浜。圖1(c)所示的后置式斷面，泄水范圍大，為整個紅線內的路幅。對于圖1(a)和(b)的道路斷面布置形式，也可以通過工程措施達到道路紅線內全幅排水的目的，圖2就是將道路兩側紅線處的邊溝做成水泥鋪砌式，每隔一定的距離埋設橫向連管與雨水窨井接通，將邊溝的雨水再逆向接入道路排水系統。由于橫向連管與道路兩側綠化帶下埋設的公用管線在標高上難免有矛盾，且兩側綠化帶的折返式排水水力條件不順，橫向連管的設置相應增加排水工程造價，這種排水改進方案一般不被采納。值得注意的是，目前在浦東新區快速干道的設計中，不管道路斷面采用哪種形式，其排水范圍均按道路紅線寬度甚至再加兩側各20 m的區域是不合理的，這造成了某些干道排水管徑不必要的增加而浪費投資。

1.2　徑流系數
　　根據《室外排水設計規范》(GBJ 14—87)，匯水面積的平均徑流系數按地面種類加權平均計算^［2］；區域的綜合徑流系數市區按0.5～0.8，郊區按0.4～0.6采用。
　　快速干道由于一般設置專用排水系統，且地面鋪砌性質已經明確，其徑流系數不應采用區域綜合徑流系數，應結合道路的不同斷面形式，根據雨水管實際服務范圍內道路的地表種類按面積加權平均計算。目前，在浦東快速干道工程設計中，排水徑流系數按小區排水設計中普遍采用的區域綜合徑流系數＝0.6取值是不合理的。
　　根據圖1所示不同形式的斷面，由于雨水管的泄水范圍不同，快速干道的平均徑流系數有所不同。對于圖1(a)和(b)斷面，其平均徑流系數為：Ψa,b＝(32×0.9+16×0.15)/48＝0.65；對于圖1(c)斷面，其平均徑流系數為：Ψc＝(32×0.9+68×0.15)/100＝0.39。
1.3設計重現期
　　根據《室外排水設計規范》(GBJ 14—87)，重要干道的雨水管渠的設計重現期一般選用2～5 a，這與《城市道路設計規范》(CJJ 37—90)中有關快速路的排水設計重現期2～5 a相吻合。但目前浦東新區已建成的幾條快速干道的排水設計重現期仍按一年一遇考慮，低于“規范”的規定值，這可能是基于兩個原因：
　　①重現期對系統的設計流量影響不大。上海市市政局曾組織過對浦東地區排水設計重現期課題的研究，該研究選取了浦東某小區的雨水排水系統，泄水面積約300km²，采用上海地區暴雨公式［(q＝5544(p^0.3-0.42)/(t+10+71gp)^0.82+0.071gp(1/s.ha))］ 在一系列相同條件下，按重現期(q＝1、2、3、5)分別計算出系統(泵站)的設計流量為14.4、16.8、19.2、24.0m³/s，即2、3、5年重現期的設計流量分別是1 a重現期的1.17、1.33、1.66倍。②上海及浦東新區城市排水規劃規定，絕大部分地區暴雨重現期采用一年一遇的標準，僅對如陸家嘴中央商務區(CBD)等特別重要地區才采用三年一遇的重現期。為了與一般地區排水設計標準一致，故目前浦東快速干道還是沿襲上海市常規的一年一遇的設計重現期。

2　路基排水

　　在浦東地區由于地下水位較高，為了減少道路填方量，降低工程投資，路基設計標高離地下水位較近，如果在施工時不開設縱向明溝和橫向盲溝，加強路基排水，降低地下水位，路基的壓實度難以達到標準。在快速干道的土路基中設置盲溝系統，既可施工時排水，又可控制工后地下水位(毛細水)上升，保持路基干燥以防止道路水損害的發生。快速干道比一般道路具有更寬的中央綠化分隔帶(6～16 m)，綠化帶里85%的降水(徑流系數為0.15)滲入土層，沿著道路橫坡滲流到路基和底基層內產生危害。在中央綠化帶里設置碎石盲溝，預埋透水管將其滲透雨水引入盲溝系統排放，則可以減少甚至避免以上問題的發生。因此，快速干道的盲溝系統兼有多重功能，特別是能有效排除綠化帶的下滲雨水而被廣泛采用。

　　圖3為浦東新區快速干道普遍采用的盲溝系統，在路基30 cm石灰土墊層下設置橫向碎石盲溝，尺寸為30 cm(寬)×40 cm(深)，橫向盲溝間距為17.5 m(與窨井的間距為35 m相對應)，橫向盲溝坡度同道路橫坡。縱向盲溝設置4道，布置在中央綠化帶和綠化帶內靠近側石的地方。中央綠化帶盲溝斷面尺寸為倒梯形(上底為0.8 m、下底為0.4 m、高為0.4 m)，兩側綠帶盲溝尺寸為0.4 m(寬)×0.7 m(深)，坡度同道路縱坡。為了防止土壤顆粒隨水流進入盲溝系統堵塞盲溝碎石孔隙，盲溝均外包能滲水的無紡土工布。為了增加泄水能力，在盲溝內又埋設了8 cm軟式透水管，最大限度地保證盲溝系統的排水能力。中央綠化帶的滲透雨水(占盲溝排水的絕大部分)和路基內由地下水上升的毛細水通過縱、橫盲溝收集后，由15 cm的PVC管將盲溝系統的水引入雨水窨井內。為了避免部分雨水不
　　通過盲溝而直接滲入路面結構層內和石灰土路基內，最好在中央綠化帶一側的路基邊坡上鋪上一層涂瀝青的防滲土工布(或其他隔水材料)，使綠化帶的雨水能完全進入盲溝系統，其排水效果會更好。
　　在研究盲溝排水系統方案時，曾有專家建議不要保留永久性碎石盲溝，特別是橫向盲溝，因為橫向盲溝上接綠化帶排水，下連道路雨水管，將綠化帶的雨水引入路基下有一定的風險，一旦盲溝堵塞、排水受阻，綠化帶的雨水就通過路基下的盲溝上升到石灰土路基，從而對路基及路面結構產生水損害。另外，由于盲溝與雨水管相通，浦東新區的內河最高水位可達3.9 m，如果道路排水不設泵站抽排而自排至河道，在極端高水位下河水有可能倒灌入盲溝對路基面結構產生水損害。因此，盲溝既能排水也可以滯水，關鍵是通過各種措施，如在盲溝碎石外面包土工布，里面設軟式透水管，保證盲溝系統通暢，另外在雨水受納水體水位較高時，最好設泵排，以防受納水體高水位時雨水倒灌。
　　近年來有人提出在盲溝與雨水窨井連接管上設置逆止閥，以便在窨井達到一定水位時能自然關閉以防倒灌。由于閥門較小且又是通過機械傳動而關閉很容易損壞，另外當逆止閥關閉時，中央綠化帶的下滲雨水由于沒有排水出路，更加劇了通過橫向盲溝對路基路面的滲透，同樣造成水損害。因此該逆止閥還沒有在工程上得到推廣應用，盲溝的排水宜疏不宜堵。

3　路面結構內部排水

　　對于像上海等南方多雨城市，大量的路面損壞狀況調查和路面使用經驗表明，進入路面結構內的自由水是造成或加速路面損壞的重要原因，雨水通過新建路面的接縫(如伸縮縫等)或者運營一段時間后所出現的裂縫、松散、坑槽等病害處或者面層孔隙下滲到路面結構內部。此外，道路兩側有滯水時，水分也有可能側向滲入路面結構內部。設置路面排水系統，將積滯在路面結構內的水分迅速排除到路面和路基結構外，有利于改善路面的使用性能，提高使用壽命。國外的一些研究表明，設排水基層的路面，其使用壽命要比未設的提高30%(瀝青混凝土路面)和50%(水泥混凝土路面)左右。排水基層排水系統是浦東新區快速干道路面結構內部排水的主要形式，見圖4。

　　該方案采用透水性材料做基層，使滲入路面結構內的水分先通過豎向滲流進入排水層(瀝青碎石透水層)
，然后橫向滲流進入側平石下的多孔水泥碎石，再滲流進入埋置在其中的縱向PVC穿孔集水管，集水管設置一定的坡度，沿途匯集滲入路面結構的自由水，再將集水管與雨水口井接通，排入路表雨水排水系統。
　　排水基層由經水泥或瀝青處置、不含或含少量(＜10%)粒徑為4.75 mm以下細料的碎石組成，石料應選用潔凈、堅硬而耐久的碎石，其壓碎值＜30%，最大粒徑可為20 mm或5 mm，并不得超過層厚的2/3。碎石級配應滿足透水性要求(滲透系數＞300 m/d)，可通過常水頭或變水頭滲透試驗確定。排水層的厚度視需要排泄的滲入水量和所選透水材料的滲透系數而定，一般為8～15 cm。根據國內外的有關路面表面滲入率的試驗測定，《公路排水設計規范》(JTJ 018—97)建議路面雨水設計滲入率按以下考慮：對于存在接縫和裂縫的水泥混凝土按Ic＝150 cm³/(h·cm)取用；對于面層透水或存在龜裂的瀝青路面按IA＝0.625cm³/(h·cm²)取用。表面水滲入路面結構的量，按路面類型通過計算確定［3］。

4　討論

　　在浦東新區城市快速干道的排水工程設計中，已將路基、路面結構內部和路表面的排水作為一個綜合系統來考慮，路基和路面結構內部排水最終都排入路面排水系統內，這必將對道路排水系統的設計產生一定的影響。設置完善的盲溝和路面結構內部排水系統，使中央綠化帶和路面的下滲雨水隨路表面雨水及時排出，等于提高了車道路面和中央綠化帶的徑流系數。由于目前對盲溝系統和路面結構內部排水系統分別對中央綠化帶和瀝青路面下滲雨水的排水效果還缺乏定量的研究，它們對道路徑流系數的影響還難以量化表達。不過筆者根據已建成的試驗路段初步推測，設置盲溝(軟管)系統后，至少可以將中央綠化帶的下滲雨水排除70%，即將中央綠化帶的徑流系數由0.15提高至0.15+0.85×70%＝0.745；設置路面結構內部排水系統后，至少可以將路面下滲雨水排除50%，即將路面徑流系數由0.9提高至0.9+0.1×50%＝0.95。對于圖1所示的幾種斷面，由于在土路肩下設有縱向盲溝(透水管)，圖1(a)、(b)土路肩的下滲雨水也可以流入下水道，泄水范圍應包括土路肩，其徑流系數為0.85×70%＝0.6；圖1(c)土路肩的徑流系數同中央綠化0.15+0.85×70%＝0.745。考慮路面結構內部和盲溝系統排水效果后，應對前述的路面排水的平均徑流系數修正為：Ψ′a、b＝(32×0.95+16×0.745+2×3×0.6)/(32+16+6)＝0.79，則Ψ′a、b＝1.23Ψa、b；Ψ′c＝(32×0.95+22×0.75+46×0.15)/100＝0.54，則Ψ′c＝1.38Ψc。
　　綜上所述，在浦東快速干道的排水設計中，徑流系數(Ψ)取值偏小，設計重現期(P)取值亦比規范值小，從而使設計暴雨強度(q)偏小，由前述可知，三年一遇的暴雨強度是一年一遇的1.33倍，即按規范取值修正后的q′＝1.33q；但在設計中泄水面積(F)偏大，以圖1(b)所示的斷面為例，設置盲溝系統和路面結構內部排水系統后，其修正后的實際泄水面積F′與設計中所采用的泄水面積F(按紅線寬為100 m考慮)的比值
為：F′/F＝(48+6)/100＝0.54，F′＝0.54F，根據雨水設計流量公式Q＝q×Ψ×F，可得Q′＝q′×Ψ′×F′＝1.33q×1.23Ψ×0.54F＝0.88Q。可見，設計流量值與按規范和實際需要所修正的流量值有一定的差距，浦東快速干道的排水工程設計還有待于進一步的優化。

5　結語

　　①浦東新區城市快速干道的排水設計，考慮了路基、路面結構內部和路表面的排水，三者構成了一個綜合排水系統，有利于提高道路的使用性能和壽命，這是對傳統排水設計的一次突破。
　　②應根據快速干道不同于一般城市道路的特點，在快速干道綜合排水系統的設計中，應合理確定暴雨設計重現期(P)、徑流系數(Ψ)和匯水面積(F)，準確計算暴雨設計流量，以優化排水工程的設計。
　　③在快速干道的土路基里設置盲溝系統，具有施工時排水、控制施工后地下毛細水上升和排除中央綠化帶雨水的多重功能。中央綠化帶的下滲雨水通過路基盲溝排水系統將其排入路表面排水系統。
　　④浦東新區城市快速干道通過設置排水基層以排除路面結構內部水分，并排入路表面排水系統，對于一個有效的排水基層，應該使排水基層的泄水能力大于路面結構表面水的滲入量。
　　⑤路基和路面結構內部排水系統的設置，提高了快速干道的徑流系數。應結合工程實踐，通過對該兩個排水系統排水效果的檢測，盡快開展對快速干道綜合排水系統徑流系數的研究，以指導工程設計。

參考文獻：
　　［1］城市道路設計規范(CJJ 37—90)［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997.
　　［2］室外排水設計規范(GBJ 14—87)［M］.北京：中國計劃出版社，1998.
　　［3］公路排水設計規范(JTJ 018—97)［M］.北京：人民交通出版社，1998.

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收稿日期：2001-02-20