基于环保设计理念的桥梁排水设计探究

来源:用户上传      作者: 苗成涛

　　【摘 要】在环保设计理念的前提下，针对不同的水体保护原则，进行桥面径流收集方案的计算，选取经济合理、技术可行的排水设计方案，是我国桥梁排水设计的主要出路。本文从如果桥梁排水不合格，会存在的一些隐患入手，即影响桥梁使用年限、过往车辆的行车安全以及环保情况的破坏等，陈述了常见排水设计方法，比如说：分散排水、集中排水等。接着对桥面排水设计的计算进行一系列阐述，包括对桥面径流量的计算、设计降水历时和沟管最小面积的计算等。深入探究了基于环保设计理念的桥梁排水设计。
　　【关键词】环保 设计理念 桥梁排水
　　传统的桥梁排水设计，主要是为了避免由于下雨积水对桥面铺装层造成的损坏，因此其设计更侧重于排水时间的计算、桥面径流的计算、桥面排水管的间距和大小、进水口的设计等。随着人们出行交通的快速发展，高速公路网密度的增加，一些跨海、跨湖的桥梁不断延生，以及人们尊重环境、保护水资源等意识的逐步提高，有关部门对桥梁排水的设计研究打破了传统设计模式，引入环保设计的理念，明确环保设计优先的原则，真正的保护环境、和谐发展。
　　1 桥梁排水不合格的隐患
　　1.1桥梁使用年限
　　如果降雨量超过预计值，而通过桥面裂缝、接缝等地方的渗透防水层进入桥梁结构内部的水积累太多，不能够及时排出。一段时间后，这些桥面铺装层内部孔隙的水会达到饱和状态。当众多车辆在桥面上快速行驶时，会将一部分能力传递给孔隙间的水，使桥面铺装层的饱和孔隙水获得一定的压力和流速。长此以往，桥面铺装层会出现剥落、松散、塌陷等现象，致使桥梁内部不稳定，大大降低了桥梁的使用年限。
　　1.2行车安全
　　桥梁的排水系统应该拥有足够的排水能力，确保过水断面的深度不会引起行驶车辆车轮的飘滑，保证行车的安全。因为当桥梁上积水过多时，驾驶中的车辆在上面行驶会引起车轮的打滑，降低了桥梁的通行能力。更甚者，积水过多还会导致桥梁一系列的水破坏现象，影响过往车辆的行车安全。
　　1.3环保情况
　　我国有关环境保护法规定，对于某些特殊地表水体的保护区禁止排污。但就实际而言，桥梁路面的径流必须在短时间内采用就近分流的方式进行疏散，这种方式很难保证可能具有污染特征的桥梁径流不排放进敏感水域。折中的方式是，对于特别敏感的水域，桥梁排水的径流采用纵向的排水系统设计，确保在发生事故的状态下，含有危险物的水流会沿着纵向排水管道流向预先设置的应急池、集水池等，然后进行妥善的处理。
　　2 常见排水设计方法
　　2.1分散排水
　　通过加固土路肩，采用漫流的方式排出路面的积水就是分撒排水。分散排水能够在不影响行车的情况下，短时间内排出路面的积水，还能够减少滞留水渗入路面的情况，保障桥梁的使用寿命。具体的操作方式就是：在硬路肩外侧设置平式路缘石，在填方的路段上，采用水泥预制板硬化来加固土路肩，对于挖方路段的土路肩，加固的方法是从整体上用7.5号的浆切片石来进行加固。
　　2.2集中排水
　　在硬路的肩外侧边缘设置预制混凝土拦水带或者是沥青拦水埂，然后利用路面上的路拱和一些横坡、纵坡，将路面水汇集在硬路肩和拦水带组成的前三角形过水断面内。之后再根据实际施工地的环境、桥面的日常流量等因素设计出有一定间距的泄水口，让排出的水集中流向预先设置的路基两侧的排水沟中，通过排水管道流走。
　　3 桥面排水设计的计算
　　3.1桥面径流量的计算
　　正常的桥面排水设计是，降落在桥面上的雨水通过桥梁外侧护栏汇集到护栏的内侧，形成一个人工的街沟，沟里的积水之后会通过预先设置的泄水口流入排水管道或排水沟。对于桥面排水系统的设计，需要遵循的原则是：桥段内、桥面上的设计径流量应当小于排水管道或排水沟的排水能力。计算径流量必须要考虑到施工地常年的降水强度和预计的降水强度，然后对于桥面的建造设计计算出一定的径流系数，第三个应该考虑的因素是桥面的汇水宽度和汇水长度，因为它决定了桥面最终能承担的压力大小。
　　3.2设计降水历时
　　降水历时包括了汇水区最远点的水流到排水口所经历的时间和雨水在排水管道或排水沟内流到设计的控制点所经历的时间。
　　对于在桥梁坡面汇流经历的时间而言，主要考虑的是桥面的粗糙系数、桥面的长度、桥面的横向坡度和纵向坡度。根据这些物理因素就可以计算出水流在坡面上所经历的时间。对于排水管道或排水沟汇流历时而言，主要是包括雨水到达沟管后流至泄水口的时间和在纵管内流动的时间。实际情况中，雨水在沟管中流至泄水口的时间很短，几乎可以忽略不计，因此只考虑雨水在纵管中的流动历时。
　　3.3沟管最小面积的计算
　　全面收集方案和部分收集方案的桥面排水设计是根据桥梁跨域水域的水环境功能而划分的。全面收集方案是指当水环境功能在二类及以上时，水域为提供饮用水的水源，因此桥面的径流不允许流入水体，相关单位必须对桥面的径流进行全面收集，之后进行岸上处理。部分收集方案是指当水环境功能处于二类以下时，可以只收集降雨开始一定时间内的径流，对于之后的雨水可采取让其直接排入水域的方式。
　　3.3.1全部收集方案
　　桥面纵向汇水长度确定的前提下，需要使用试算法去计算沟管截面的尺寸。具体步骤有：首先取沟管汇流长度为桥梁坡度内的最大长度，得到汇水的面积，再根据公式得出坡面汇水的时间。第二步，根据公式计算沟管的设计径流量，然后判断桥面集水管道应该选用矩形沟还是圆形管。第三步，计算沟管的最小截面尺寸。第四步，计算沟管内的平均流速和管内的汇流时间。最后比较坡面汇流时间和沟管汇流时间之和是否大于预计值。如果大于，则需要增大截面尺寸。
　　3.3.2部分收集方案
　　部分收集方案大体步骤如同全部收集方案，唯一不同的是需要确定收集降水的时间长度。因为部分收集方案只需要收集一定时间内的积水，所以确定时间是重中之重。根据桥面的长度、粗糙系数、横纵向的宽度等物理因素，利用相应公式计算出时间。其他步骤均按全部收集方案的步骤进行。
　　4 结语
　　科学技术的发展也带动了桥梁排水系统的快速发展。但因为我国的生态环境存在的问题比较多，有的地方生态环境很脆弱，不能够再延续传统的桥梁排水系统设计方案。基于环境保护方面的桥梁排水设计，在一定程度上缓解了这一破坏。本文涉及的基于环保设计理念的桥梁设计方案，对传统的方案进行了一定的创新，比如说：提出跨越大面积水域的桥梁建设排水设计，即全面收集方案和部分收集方案；在确定了沟管内的水流长度的前提下，提出了采用试算法进行径流集水沟管的最小过水断面尺寸计算等。
　　参考文献：
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