王磊 仝凱 徐鳳娟 胡婕
摘 要:常熟至嘉興高速公路沿線跨越澄湖、白蜆湖、三白蕩、太浦河等敏感水體,針對跨越上述水體的特大型橋梁橋面徑流污染控制,創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了雨水管+水渠的雙管方式收集初期雨水,并設(shè)置沉淀隔油池對初期橋面徑流進(jìn)行處理。
關(guān)鍵詞:平原地區(qū);高速公路;特大型橋梁;橋面徑流;收集處理
中圖分類號:U443 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)36-0083-03
1 設(shè)計(jì)背景
由初期雨水形成的公路徑流污染負(fù)荷高且難以控制,主要含有油類、重金屬、懸浮顆粒物等特征污染物。當(dāng)路線靠近水源保護(hù)地、清水通道等具有較高功能等級的地表水體,公路徑流的直接排放會對受納水體造成污染破壞;同時敏感水域路段一旦發(fā)生危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故,危險(xiǎn)泄漏物可能直接排入水域,嚴(yán)重破壞水生生態(tài)環(huán)境,甚至導(dǎo)致城市供水中斷、大規(guī)模人群疏散等社會性突發(fā)事件。
隨著近年來省內(nèi)交通工程建設(shè)的飛速發(fā)展,公路建設(shè)及運(yùn)營對敏感地表水域的影響受到社會各界的廣泛關(guān)注。2007年交通部與原國家環(huán)保局184號文件《關(guān)于加強(qiáng)公路規(guī)劃和建設(shè)環(huán)境影響評價(jià)工作的通知》中明確規(guī)定:“對跨越飲用水源二級保護(hù)區(qū)、準(zhǔn)保護(hù)區(qū)和二類以上水體的公路建設(shè)項(xiàng)目,在確保安全和技術(shù)可行的前提下,對初期雨水形成的公路徑流進(jìn)行收集處理,防范危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”。
2 工程概況
常嘉高速公路路線起自蘇昆太和蘇滬高速公路交叉設(shè)置的 直樞紐,在搖籃圩附近止于蘇浙省界。路線長度約28.452公里。全線采用平原微丘區(qū)雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計(jì)速度120km/h,設(shè)計(jì)汽車荷載等級采用公路-I級,路基寬度34.5m。
公路沿線地區(qū)水系發(fā)達(dá),途經(jīng)澄湖、白蜆湖、三白蕩、太浦河等眾多敏感地表水體。水面以上橋梁長度約8.9km,占路線總長約30%。水體功能區(qū)劃等級高,環(huán)保要求嚴(yán)格。
其中,澄湖、白蜆湖和三白蕩等3個列入江蘇省湖泊保護(hù)名錄的淺水湖泊,太浦河做為上海市、浙江嘉善市重要水源地,水質(zhì)要求高。
項(xiàng)目跨敏感水域特大型橋梁徑流收集系統(tǒng),存在匯水面積廣、雨水輸送量大、管道布置限制條件多等設(shè)計(jì)難點(diǎn),常規(guī)設(shè)計(jì)難以兼顧環(huán)境保護(hù)、排水迅速、外形美觀、行車安全、管理方便、經(jīng)濟(jì)合理等多重指標(biāo)要求,本項(xiàng)目創(chuàng)新性采用了雨水管+水渠的雙管收集方案來實(shí)現(xiàn)雨水輸送量大,管道布置難度大,橋梁景觀要求高等諸多功能要求。
3 總體原則
(1)確保橋梁范圍內(nèi)降水產(chǎn)生的橋面徑流能夠及時通暢
的排走,保證橋面不積水。
(2)對橋面初期雨水進(jìn)行收集處理,并保證一定的危險(xiǎn)事故廢水收集儲存能力。
(3)收集處理前期初期雨水(污染物濃度較大),排放后期干凈雨水。
(4)減少管道和水渠對橋梁外立面景觀影響,最大程度保證橋梁景觀效果。
4 設(shè)計(jì)方案
4.1 收集范圍
根據(jù)地形分布及橋梁結(jié)構(gòu),收集范圍及長度如下:
澄湖特大橋:全橋收集,總長度為3630m。
白蜆湖特大橋:全橋收集,收集長度為2732m。
三白蕩特大橋:兩側(cè)大堤范圍內(nèi)收集,總收集長度1120m。
太浦河特大橋:兩側(cè)大堤范圍內(nèi)收集,總收集長度1292m。
4.2 水力計(jì)算
橋面徑流收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要確定設(shè)計(jì)流量Q,它決定了系統(tǒng)的規(guī)模和收集能力。Q應(yīng)按下列公式計(jì)算:
(式1)
式中:Q-設(shè)計(jì)流量(L/s);q-設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度(L/(s·hm2));Ψ-徑流系數(shù),取0.9;F-匯水面積(hm2)。
本項(xiàng)目位于蘇州地區(qū),根據(jù)蘇州地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式:
式中:Q-設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度(L/(s·hm2));P-設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期(a);t-設(shè)計(jì)降雨歷時(min)。
設(shè)計(jì)降雨歷時t可依據(jù)下式確定:
t=t1+mt2 (式3)
式中:t-設(shè)計(jì)降雨歷時(min);t1-地面集水時間(min);t2-管渠內(nèi)流行時間(min);m-延緩系數(shù),暗管m=1。
其中,t1可按下式計(jì)算確定:
(式4)
式中:t1-坡面匯流歷時(min);Ls-坡面流的長度(m);is-坡面流的坡度;m1-地表粗糙系數(shù),瀝青路面、水泥混凝土路面m1=0.013。
根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/TD33-2012)規(guī)定,國內(nèi)高速公路排水設(shè)計(jì)的降雨重現(xiàn)期P=5年,太浦河水質(zhì)要求較高,按暴雨重現(xiàn)期P=100年進(jìn)行計(jì)算,其他參數(shù)的取值參見設(shè)計(jì)規(guī)范。
根據(jù)各橋梁的水力學(xué)計(jì)算結(jié)論,如在橋梁翼緣板下懸掛單根雨水管,所需管徑達(dá)到DN400和DN500,太浦河要求懸掛DN600雨水管,所需管徑非常大,市場上難以買到且管道安裝難度大,管道支架要求高,對橋梁結(jié)構(gòu)影響較大。
4.3 徑流收集方案
對國內(nèi)現(xiàn)有特大型橋梁收集方案進(jìn)行調(diào)研,結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn),并考慮后期維護(hù)方便,進(jìn)行多方案比選后,綜合特大橋梁雨水輸送量大,管道布置難度大,橋梁景觀要求高等要求,創(chuàng)新性設(shè)計(jì)采用懸掛雨水管+雨水渠的雙管收集方案。
其中一根設(shè)置在翼緣板下,另外一根設(shè)置在外側(cè)兩個箱梁之間,均采用懸掛支架固定。在兩跨連接處,用橫管互通兩根雨水管道。外側(cè)雨水管可采用常規(guī)DN250及以下管徑的管道,減輕自重。內(nèi)側(cè)雨水管可根據(jù)各橋梁水力計(jì)算確定。掛管收集方式詳見圖1所示。
雨水管+水渠收集方案既可滿足雨水收集的水力學(xué)計(jì)算要求,同時,外側(cè)管徑控制在DN315以內(nèi),吊桿支架固定,施工難度、景觀、對橋梁主體結(jié)構(gòu)影響等均較小。內(nèi)側(cè)水渠置于橋梁箱體之間,距粱體頂部預(yù)留一定空間,因水渠為開放式,便于后期清洗和維護(hù)。各特大橋橋面徑流收集方式匯總詳見表2所示。
4.4 徑流處理方案
橋面徑流收集后進(jìn)入橋下兩側(cè)設(shè)置的橋面徑流收集處理設(shè)施。處理設(shè)施的設(shè)計(jì),綜合考慮了隔油與沉淀,另一方面,對于危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸事故造成的消防污水,該裝置可起到收集、暫時儲存的作用,為贏得救援時間、減輕?;愤\(yùn)輸事故造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供有力保障。各特大橋處理水池及容積匯總詳見表3所示。
為了方便管理和維護(hù),池型采用平流式結(jié)構(gòu),為了在平流式池型中創(chuàng)造良好穩(wěn)定的流態(tài),在細(xì)化進(jìn)出口堰的基礎(chǔ)上,增加了布水墻;通過隔油設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了隔油沉淀一體化,高程布置滿足重力排放,兼顧排放去向選擇,沉淀隔油池結(jié)構(gòu)示意圖詳見圖2所示。
5 結(jié)束語
常嘉高速公路對跨敏感水域的橋梁進(jìn)行了橋面徑流收集,避免橋梁徑流直接排入敏感水域,污染水體。創(chuàng)新性提出對跨澄湖等特大型橋梁采取了雨水管+水渠的雙管收集方案,既可滿足雨水收集的水力學(xué)計(jì)算要求,又能解決管道布置難度大,橋梁景觀要求高,對橋梁主體結(jié)構(gòu)影響小等諸多問題。沉淀隔油池的設(shè)計(jì)滿足對橋面徑流的隔油與沉淀作用,并能兼顧危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸事故廢水的收集、暫時儲存作用,可有效減輕?;愤\(yùn)輸事故造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
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