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        平原地區(qū)特大型橋梁橋面徑流收集處理設(shè)計

        2017-12-23 15:56:41王磊仝凱徐鳳娟胡婕
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年36期
        關(guān)鍵詞:高速公路

        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 文獻標志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)36-0083-03

        1 設(shè)計背景

        由初期雨水形成的公路徑流污染負荷高且難以控制,主要含有油類、重金屬、懸浮顆粒物等特征污染物。當路線靠近水源保護地、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)生危險品運輸事故,危險泄漏物可能直接排入水域,嚴重破壞水生生態(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)于加強公路規(guī)劃和建設(shè)環(huán)境影響評價工作的通知》中明確規(guī)定:“對跨越飲用水源二級保護區(qū)、準保護區(qū)和二類以上水體的公路建設(shè)項目,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行收集處理,防范危險化學(xué)品運輸帶來的環(huán)境風(fēng)險”。

        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準建設(shè),設(shè)計速度120km/h,設(shè)計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,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)保要求嚴格。

        其中,澄湖、白蜆湖和三白蕩等3個列入江蘇省湖泊保護名錄的淺水湖泊,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)計難點,常規(guī)設(shè)計難以兼顧環(huán)境保護、排水迅速、外形美觀、行車安全、管理方便、經(jīng)濟合理等多重指標要求,本項目創(chuàng)新性采用了雨水管+水渠的雙管收集方案來實現(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)對橋面初期雨水進行收集處理,并保證一定的危險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 水力計算

        橋面徑流收集系統(tǒng)設(shè)計首先要確定設(shè)計流量Q,它決定了系統(tǒng)的規(guī)模和收集能力。Q應(yīng)按下列公式計算:

        (式1)

        式中:Q-設(shè)計流量(L/s);q-設(shè)計暴雨強度(L/(s·hm2));Ψ-徑流系數(shù),取0.9;F-匯水面積(hm2)。

        本項目位于蘇州地區(qū),根據(jù)蘇州地區(qū)暴雨強度公式:

        式中:Q-設(shè)計暴雨強度(L/(s·hm2));P-設(shè)計降雨重現(xiàn)期(a);t-設(shè)計降雨歷時(min)。

        設(shè)計降雨歷時t可依據(jù)下式確定:

        t=t1+mt2 (式3)

        式中:t-設(shè)計降雨歷時(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)計規(guī)范》(JTG/TD33-2012)規(guī)定,國內(nèi)高速公路排水設(shè)計的降雨重現(xiàn)期P=5年,太浦河水質(zhì)要求較高,按暴雨重現(xiàn)期P=100年進行計算,其他參數(shù)的取值參見設(shè)計規(guī)范。

        根據(jù)各橋梁的水力學(xué)計算結(jié)論,如在橋梁翼緣板下懸掛單根雨水管,所需管徑達到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行調(diào)研,結(jié)合本項目特點,并考慮后期維護方便,進行多方案比選后,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。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,綜合考慮了隔油與沉淀,另一方面,對于危險化學(xué)品運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、減輕危化品運輸事故造成的環(huán)境風(fēng)險提供有力保障。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,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),在細化進出口堰的基礎(chǔ)上,增加了布水墻;通過隔油設(shè)計,實現(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)計滿足對橋面徑流的隔油與沉淀作用,并能兼顧危險化學(xué)品運輸事故廢水的收集、暫時儲存作用,可有效減輕?;愤\輸事故造成的環(huán)境風(fēng)險。

        參考文獻:

        [1]左曉俊,傅大放,等.不同類型降雨公路徑流中顆粒粒徑及污染物的分布特性[J].東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,41(2):411-415.

        [2]周海燕.高速公路橋面徑流處理方法的探討[J].公路交通技術(shù)應(yīng)用技術(shù)版,2010,10:488-490.

        [3]高海鷹,黃麗江,等.公路特大橋徑流收集系統(tǒng)的設(shè)計探討[J].中國給水排水,2008,24(10):45-47.

        [4]張科,孫海濱,等.高速公路跨水域橋梁排水收集系統(tǒng)方案設(shè)計[J].公路,2010,11(9):141-143.endprint

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