作者說：2014年初，我辭去科研類的工作，來到福州開始從事水務規(guī)劃工作。工作第二天，我?guī)煾担ū疚牡诙髡撸┚吞匾獍盐医羞^去，在紙上邊畫邊說當前豎向設計的問題，并且早在2008年就已經(jīng)有了路面行泄通道的想法，但是路專業(yè)死守道路縱坡0.3%的規(guī)范規(guī)定，沒有在設計中落實過。我當時也沒有完全領悟，只是懵懵懂懂的覺得說的挺有道理。
　　我一直保留著看英文設計手冊的習慣，2015年底開始看美國公路管理局發(fā)布的《城市排水設計手冊》（2009年），在看到有關雨水口設計內(nèi)容時，思路突然大開，感覺找到了路面行泄通道的突破口。
　　路面行泄通道設計最關鍵是要打破道路最小縱坡0.3%的要求，但這個規(guī)定并不是強條，并且條文說明寫的很清楚，規(guī)定目的就是為了排水需求而寫。我還特意托人向編制1990版道路規(guī)范的老前輩打聽這個條文的前因后果，老前輩明確回復，最小縱坡就是應水專業(yè)要求加進去的。
　　路面行泄通道設計關鍵是要因地制宜，最好在豎向規(guī)劃階段考慮，但即使規(guī)劃階段沒考慮，施工圖設計階段很多情況下也能調(diào)整過來。水專業(yè)同行如果要給道路專業(yè)介紹行泄通道思想時，一定不要說每條路都做，而是有條件的做。本文拋磚引玉，希望引起同行和道路專業(yè)的思考。

　　本文采用美國聯(lián)邦公路管理局提出的偏溝和雨水口流量計算方法，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)我國《雨水口》（16S518）標準圖集中雨水口泄水能力推薦值有不合理之處。通過分析國內(nèi)外道路坡度和雨水口布置的相關要求，結合案例計算，總結了道路橫坡、縱坡、箅前水深和雨水口布置間距之間的變化關系，并提出道路設計漫幅的推薦值。通過調(diào)整道路設計坡度，將道路路面轉變?yōu)榧婢呤占洼斔吐访嬗晁δ艿穆访嫘行雇ǖ溃⒗寐鼘幑接嬎懔寺访嫘行雇ǖ赖呐潘芰Α?/p>

　　雨水收集、輸送和排放系統(tǒng)是城市基礎設施的重要組成部分。傳統(tǒng)市政雨水系統(tǒng)設計在輸送和排放系統(tǒng)上著力較多，而在雨水收集系統(tǒng)設計上有所忽視，絕大多數(shù)情況下都是根據(jù)經(jīng)驗設計，而未考慮新形勢下的新要求。
　　路面排水系統(tǒng)是雨水收集系統(tǒng)的一個重要組成部分，根據(jù)降雨強度不同，路面排水系統(tǒng)有2種運行模式：①當降雨強度小于城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)實際排水能力時，路面排水系統(tǒng)僅承擔將直接降落到路面的雨水收集到雨水管道的任務；②當降雨強度大于城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)實際排水能力時，路面排水系統(tǒng)還需要承擔超出管道輸送能力的那部分雨水（不一定是直接降落到路面的雨水，也可能是周邊地塊的匯水或者檢查井溢出的雨水）的輸送任務。當城市內(nèi)部河網(wǎng)水系未滿時，設計合理的路面排水系統(tǒng)可起到將超出管道排水能力的雨水徑流輸送到河網(wǎng)水系的作用，設計不合理的路面排水系統(tǒng)將導致雨水在城市道路上蓄積。
　　1 設計標準
　　路面排水設計主要包括表面排水、偏溝和雨水口的設計，設計標準主要是當?shù)氐脑O計暴雨重現(xiàn)期和允許的道路漫幅。在傳統(tǒng)設計中，排水設計人員主要是通過調(diào)整雨水口間距來滿足設計要求，而很少去要求道路設計人員調(diào)整道路坡度，導致我國道路的路面排水系統(tǒng)設計時只考慮了雨水收集而沒有主動考慮雨水的輸送。
　　《室外排水設計規(guī)范》(GB 50014-2006,2016年）4.7.1和4.7.2條，《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術規(guī)范》（GB 51222-2017）5.2.1、5.2.2條均對雨水口設計作出規(guī)定?！冻青l(xiāng)建設用地豎向規(guī)劃規(guī)范》（CJJ 83-2016）5.0.2、6.0.2條對道路坡度作出規(guī)定?！冻鞘械缆饭こ淘O計規(guī)范》（CJJ 37-2012）5.4.1、5.5.2、6.3.2條關于緣石和道路坡度也有相關規(guī)定。
　　對我國現(xiàn)行有關規(guī)范要求總結如下：①雨水口設計流量應為雨水管渠設計重現(xiàn)期計算流量的1.5～3倍，雨水口間距宜為25～50 m。②道路縱坡不應小于0.3%（不滿足時需采取特殊排水措施），道路橫坡應采用1.5%～2.0%，路肩橫坡可比路面橫坡加大1.0%。③立緣石外露高度宜為10～20 cm。④我國目前暫無道路漫幅的規(guī)定。
　　美國聯(lián)邦公路管理局2009年出版的《Urban Drainage Design Manual》有關道路坡度的規(guī)定如下：①道路縱坡不應小于0.5%，不得小于0.3%。②雙車道（單向）時道路橫坡應為0.015～0.020；三車道或更多（單向）時，最小為0.015，每車道增加0.005～0.010，最大不能超過0.040。③最佳橫坡坡度為2%。
　　道路漫幅的規(guī)定可借鑒美國科羅拉多《Urban Storm Drainage Criteria Manual》的規(guī)定，見表1。

《Urban Storm Drainage Criteria Manual》對于內(nèi)澇防治設計重現(xiàn)期時的道路積水有詳細規(guī)定，我國《室外排水設計規(guī)范》有類似規(guī)定，見表2。

　　2 計算理論
　　道路雨水偏溝主要有2種型式：單一斷面和復合斷面（見圖1）。出于計算簡便的需要，僅介紹單一斷面（三角溝型）的計算方法。

　2.1 偏溝水力計算
　　偏溝水力計算公式采用修正曼寧公式，見式（1）~式（3）：

　　偏溝設計流量Q由本段流量和前段超越流量（計算方法見后）組成，本段流量是一個隨集水時間變化而變化的值，考慮到偏溝匯水面積通常很小，可以直接假定集水時間t=5 min，代入當?shù)乇┯陱姸裙郊纯伤愠鲈O計暴雨強度q，乘以匯水區(qū)面積和徑流系數(shù)即為本段流量（根據(jù)最新規(guī)范要求，還需乘以安全系數(shù)1.5～3.0）。
　　2.2 雨水口泄水能力計算
　　安裝在單方向縱坡坡段上的偏溝式雨水口的泄水能力，按式（4）~ 式（9）計算：

　雨水口的泄水能力與道路的過水斷面密切相關。對于安裝在單向縱坡坡段的偏溝式雨水口，當流速較低時，雨水口正上方的雨水會被全部截流（即正面截流），同時，一部分雨水口正上方之外的雨水也會被截流（即側面截流）。當縱向坡度太大，流速超過雨水口的攔截流速V0時，部分水流會越過雨水口，造成正面截流效率下降。V0越大，雨水口的截流效率越高。我國目前缺乏不同類型雨水箅子的攔截流速實測數(shù)據(jù)，經(jīng)比較后發(fā)現(xiàn)，國家標準圖集《雨水口》(16S518)中球墨鑄鐵雨水箅子和《Urban Drainage Design Manual》中P30型雨水口平面布局最接近，因此借鑒其攔截流速試驗成果（見圖2），經(jīng)擬合后，可按V0=0.75+1.67 Le計算，一般在0.5～2.5 m/s。

　《Urban Drainage Design Manual》中雨水口側面截流效率Rs和攔截流速V0計算公式中的L均為雨水口長度，而《Urban Storm Drainage Criteria Manual》中采用雨水口有效長度Le主要考慮到現(xiàn)實中，雨水口可能會堵塞,推薦采用雨水口有效長度Le。
　　3 標準圖集探討
　　國家標準圖集《雨水口》(16S518)提供了一個在一定水力條件下（道路縱坡0.3%～3.5%，橫坡1.5%，箅前水深40 mm）通過1∶1的水工模型經(jīng)過試驗確定的不同型式雨水口泄水能力，如表3所示。

　　當箅前水深大于40 mm時，圖集還提供了雨水口過流曲線圖供設計人員查找，見圖3。圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型分別為道路縱坡0.3%、1.0%和3.5%。
　　對雨水口泄水能力進行理論計算（箅子尺寸為0.45 m×0.75 m，不考慮箅子堵塞），計算結果見表4、表5和圖4。




　對比表3～表5和圖3、圖4中的數(shù)據(jù)，可以看出有較大差別，部分原因為中美兩國雨水口型式不同。但我國標準圖集中的某些數(shù)據(jù)很難用理論進行解釋：
　?。?）雨水口泄水能力不應超過其偏溝流量，而我國標準圖集泄水能力推薦值卻超過了偏溝流量。對于箅前水深、道路橫坡和縱坡一定的偏溝式雨水口，其偏溝流量是固定的（見表6）。對于箅前水深4 cm的偏溝式雨水口，偏溝式雨水口泄水能力不應大于18.2 L/s（SL=0.3%）、33.1 L/s（SL=1.0%）、62.0 L/s（SL=3.5%），這和箅子數(shù)量無關。

　?。?）單方向縱坡坡段的雨水口，增加其數(shù)量將提高雨水口正面攔截速度和側面截流效率，但對雨水口總截流效率提升作用有限，而我國標準圖集推薦泄水能力隨箅子數(shù)量增加而快速增加（見表7）。

　4 雨水口布置
　　雨水口布置計算假設條件如下：
　　（1）道路為單方向縱坡，路面粗糙系數(shù)為0.014，綜合流量徑流系數(shù)為0.75，道路典型寬度為12 m、18 m、24 m、30 m、36 m、42 m、50 m。
　?。?）雨水箅子尺寸為0.45 m×0.75 m，雙側布置。不考慮雨水口堵塞對正面攔截速度和側面截流效率的影響，而將該影響體現(xiàn)在雨水口設計流量中，即假定雨水口流量為雨水管渠設計重現(xiàn)期計算流量的2倍（規(guī)范要求1.5～3倍）。不考慮雨水口連接管與雨水檢查井的布置。
　　（3）雨水管渠設計重現(xiàn)期為3年一遇，內(nèi)澇防治設計重現(xiàn)期為50年一遇，集水時間為5 min，當?shù)乇┯陱姸裙綖椋簈=2 457.435(1+0.633lgP)(t+11.951)0.724(10)t=5 min時，3年一遇的設計暴雨強度為412.25 L/(s·hm2)，50年一遇的設計暴雨強度為657.14 L/(s·hm2)。可見考慮安全系數(shù)的3年一遇設計暴雨強度已大于50年一遇時設計暴雨強度。
　　雨水口布置計算結果見表8～表12。





　對以上數(shù)據(jù)進行分析，可以得出以下結論：
　?。?）當箅前水深和道路橫坡保持不變時，雨水口允許最大間距隨縱坡增大而增大?？v坡1.0%相比縱坡0.3%時的雨水口允許最大間距增大30%～50%，平均增大38%；縱坡3.5%相比縱坡1.0%時的雨水口允許最大間距增大55%～67%，平均增大59%；縱坡3.5%相比縱坡0.3%時的雨水口允許最大間距增大104%～142%，平均增大119%。
　?。?）當?shù)缆房v坡和漫幅保持不變時，雨水口允許最大間距隨橫坡增大而增大。橫坡2.0%相比橫坡1.5%時的雨水口允許最大間距增大55%～65%，平均增大59%。建議道路設計時橫坡采用2.0%。
　?。?）當箅前水深、道路橫坡和縱坡保持不變時，雨水口允許最大間距隨箅子數(shù)量增大而增大。雙箅式相比單箅式的雨水口允許最大間距增大33%～77%，平均增大57%。
　?。?）如果以國家標準圖集《雨水口》中的箅前水深4 cm（SX=1.5%，SL=0.3%）作為雨水口布置的依據(jù)，那么對于寬度大于等于18 m的道路，其雨水口允許最大間距均小于國家規(guī)范推薦值（25～50 m）。
　　（5）如果以表1中允許漫幅作為雨水口布置的依據(jù)，那么《室外排水設計規(guī)范》推薦的雨水口允許最大間距（25～50 m）均可以滿足要求。例如，對于縱坡0.3%和橫坡1.5%的50 m寬道路，當雙側間隔28.5 m布置單箅雨水口時，其箅前水深為8 cm，漫幅為5.33 m，此時立緣石未淹沒（立緣石外露高度為10～20 cm），且未淹沒2條車道（至少6.5 m寬）。
　　我國尚無明確的道路漫幅規(guī)定，建議有關部門盡快制定相關的標準。在相關標準未出臺前，設計人員計算時采用的道路漫幅可參考表13推薦值。

　　5 路面行泄通道
　　我國現(xiàn)行道路設計規(guī)范要求道路縱坡不能小于0.3%，該規(guī)定對于道路路面雨水收集很有必要，但是很多情況下卻阻礙了道路路面雨水輸送功能的實現(xiàn)。由于我國地下雨水管道普遍缺乏良好維護，其雨水輸送能力隨著使用年限增加逐年減弱。如果道路縱坡設計合理，道路的路面雨水輸送功能可以有效彌補地下管道輸送能力的不足。
　　道路豎向規(guī)劃的常規(guī)做法是根據(jù)河道澇水位定豎向標高，其計算公式為“豎向標高=規(guī)劃澇水位+該處到河道最短距離×0.001+安全超高”，因此對于填方地區(qū)，整體地形以0.1%的坡度坡向周邊河道，如果此時道路縱坡最小為0.3%，那么道路設計時一定需要增加變坡點，形成凹形豎曲線，當降雨強度超過地下雨水管道實際輸水能力時，該點將出現(xiàn)嚴重積水，造成交通中斷。
　　一個設計合理的道路坡度，應同時考慮雨水的收集和輸送功能，這就要求：①常規(guī)降雨時（理想情況下為雨水管渠設計重現(xiàn)期），道路漫幅不能超過有關規(guī)定（暫無）；②超標降雨時，道路形成路面行泄通道。當整體地形無法滿足0.3%的坡度時，強行要求道路縱坡不能小于0.3%，將導致路面行泄通道無法形成。當整體地形為0.1%坡度時，采用0.1%的道路縱坡將有助于形成路面行泄通道（此時道路橫坡必須為2.0%）。
　　5.1 道路坡度調(diào)整
　　表14為道路縱坡為0.1%時的雨水口最小布置間距（滿足表13漫幅要求）。

　　如果道路長度為1 km，雨水口布置數(shù)量見表15。從表15可以看出，將道路縱坡調(diào)整為0.1%，橫坡調(diào)整為2.0%，雨水口數(shù)量僅有少量增加（24 m時甚至減少）。

　5.2 輸水能力計算
　　圖5為路面行泄通道過水斷面示意。出于計算簡化起見，不考慮道路中央分隔帶和機非隔離帶對過水斷面的影響，也不考慮超出道路機動車道和非機動車道范圍內(nèi)的過水斷面。根據(jù)表2中規(guī)定，至少一條機動車道積水不能超過15 cm，假設機動車道寬度為3.5 m，則圖5中道路中央積水深度h=0.15-3.5×0.02=0.08(m)。

　采用曼寧公式計算的路面行泄通道輸水能力見表16（假設機動車和非機動車道寬度均為3.5 m）。

　　采用曼寧公式計算的不同管徑管道輸水能力見表17。

　　比較表16和表17可以發(fā)現(xiàn)，7 m寬路面行泄通道輸水能力大致相當于直徑800 mm的雨水管道，14 m寬路面行泄通道輸水能力大致相當于直徑1 200 mm的雨水管道，21 m寬路面行泄通道輸水能力大致相當于直徑1 600 mm的雨水管道，28 m寬路面行泄通道輸水能力大致相當于直徑2 000 mm的雨水管道。
　　可見，通過適當調(diào)整道路縱坡和橫坡，即可滿足常規(guī)降雨時的路面雨水收集需求，又可應對超標降雨時的超標雨水輸送需求。和管道相比，路面行泄通道輸水能力更大，并且?guī)缀醪淮嬖诙氯膯栴}。
　　6 結論和建議
　　《室外排水設計規(guī)范》明確要求應經(jīng)過計算確定雨水口的形式、數(shù)量和布置，由于我國暫無完整的雨水口計算方法，前文采用的均為美國聯(lián)邦公路管理局2009年出版的《Urban Drainage Design Manual》中的計算方法。經(jīng)過計算和分析，主要結論和建議如下：
　?。?）當箅前水深、道路橫坡和縱坡不變時，雨水口泄水能力隨箅數(shù)增大而增大，但存在一個上限值（偏溝流量）。
　　（2）當箅前水深和道路橫坡保持不變時，雨水口允許最大間距隨道路縱坡增大而增大。
　?。?）當?shù)缆房v坡和漫幅不變時，雨水口允許最大間距隨道路橫坡增大而增大。
　?。?）當箅前水深、道路橫坡和縱坡保持不變時，雨水口允許最大間距隨箅數(shù)增大而增大。
　　（5）我國應盡快制定道路漫幅設計標準。建議18 m以下道路允許漫幅為3.5 m，18 m以上（含18 m）道路允許漫幅為4.0 m。
　　（6）建議30 m以上道路設計時橫坡采用2.0%。
　?。?）建議道路縱坡最小值采用0.1%，以便形成路面行泄通道。當?shù)缆房v坡較小時，橫坡應加大到2.0%。
　　
原文標題：《道路坡度對路面排水的影響研究》，作者：梁小光、程松青，刊登在《給水排水》2018年3期。