马明珠
【摘 要】分析了南京长江五桥桥面污染物,设计了雨水收集处理方案,通过水力学计算,确定了雨水收集管道直径、隔油沉淀池容积等参数. 【期刊名称】《工程与建设》
【年(卷),期】2018(032)005
【总页数】3页(P722-724)
【关键词】桥面污染物;雨水收集处理;水力学计算
【作 者】马明珠
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【作者单位】中国公路工程咨询集团有限公司,北京 100089
【正文语种】中 文
【中图分类】U442;TU823.6
0 引 言
南京长江五桥工程处于江苏南京城区内,行政区划属江南为秦淮区,江北为浦口区,与下游的南京长江三桥约为5km,与上游的南京长江大桥13km,全长为11.99km。是国道205/312的过江通道,也是是南京“高快速路系统”中绕城快速环线上的重要组成部分。位于南京市区内主要地带,是南京地区重要的标志性建筑之一。
南京长江五桥北起自南京市浦口区五里桥,接江北大道,跨越长江主航道后,经梅子洲(江心洲)下穿夹江,止于江南岸,接江山大街。采用桥隧组合方案,跨越长江主江工程采用大桥方式,穿越夹江采用隧道方式,桥隧通过梅子洲岛连接。其中,桥区长约4.4km,夹江隧道长约1.8km。全线设有五里桥、丰子河、临江路、葡园路等4处互通式立交,设有全工程的大桥管理区和临江管养区两管理单位。
南京长江五桥全线采用双向六车道,一级公路标准建设。主桥采用三塔组合的斜拉索桥,主跨为600m,宽度为35.3m(其中包括大桥中间拉索检修道),主桥连跨长为1 800m,主桥区设计速
度为100km/h,连接线宽度为30.5m。桥梁工程大致可分为北线接线桥梁工程和跨江大桥两大部分。跨江大桥可分为跨江大桥北引桥、跨江大桥主桥、跨江大桥梅子洲引桥三部分,总长4 400m,主桥采用钢箱梁结构,引桥采用混凝土箱梁结构,本文重点讨论的是南北两侧大堤之间的跨江大桥桥面(主桥、北侧部分引桥)雨水径流的收集处理排放。
彩透水混凝土施工工艺1 桥面污染源分析
随着我国经济社会快速发展,公众的环保意识不断增强,环境保护日益受到全社会的关注,全社会都在倡导绿发展理念,本项目穿越绿水湾湿地公园和夹江饮用水源保护区,均为生态红线一级管控区,如图1和2所示,因此,环评对污染控制要求非常严格,不允许桥面雨水排入长江。
图1 项目地饮用水源分布情况
图2 项目地湿地公园分布情况
降雨时,雨水与桥面尘土泥沙和汽车漏油掺混在一起,桥面污染物主要为悬浮物、石油类和有机物,它们的污染物浓度与降雨强度、交通量、大小车货车比例、尘土沉降量和降雨前持续
干旱时间等因素有关,难以准确测定。国内可借鉴的案例是长安大学利用人工降雨办法在西安至三原高速公路上形成桥面径流[1],在车流量和降雨量已知的情况下,降雨持续1小时,降雨强度为81.6mm,一小时内按不同时间间隔采集水样,降雨开始持续30分钟内,雨水中的悬浮物SS、BOD5和石油类物质浓度较高,30分钟以后其浓度下降较快,雨水中BOD5随降雨持续时间下降速度稍慢,pH对较稳定,降雨持续40分钟后,桥面基本被冲洗干净。
南京长江五桥与上述长安大学测试项目存在一些不同之处,南京长江五桥为城市快速路工程,项目建成后不允许危险化学品车辆通过,因此,不存在危化品泄露问题,其桥面污染物主要是为车辆经过遗落的泥沙尘土、滴油。与上述长安大学测试项目地处西北干旱地不同,南京长江五桥建成后会有专门养护单位负责日常养护冲洗,且南京地处南方地区,降水较多,桥面被冲刷频率较高,两次降雨间隔桥面累积污染物量较少,因此,每次降雨桥面雨水径流中的污染物浓度较低,重点是对每次降雨初期的雨水进行收集处理。
2 桥面雨水收集处理系统
本工程雨水收集处理范围为,两侧大堤之间的跨江大桥面雨水。北侧主桥及引桥长,汇水面积大,北侧主桥距离大堤距离远,收集主桥钢箱梁和引桥混凝土箱梁。北侧总体坡度为由南向北,
最终引桥及主桥纵向排水管过北侧大堤外滨江大道于K4+380号桥墩处落水,长度约2 280m,坡度2.6%。南侧主桥距离大堤较近,坡度由北向南,过渡墩及辅助墩已位于江心洲内,已过大堤,收集主桥钢箱梁桥面雨水径流,最终于K7+460号桥墩处落水,约850m,坡度2.6%。 桥面排水包括桥面铺装层表面排水和桥面铺装层结构层内部渗水排水两部分,因此,除设置泄水口与泄水管外,在桥梁两外侧边缘设置排水盲沟,以加强桥面铺装层内部渗水的排水,防止雨水滞积在桥面,渗入到桥面结构层内(或梁体)而影响桥梁使用寿命。
自制cd架混凝土箱梁桥面雨水进水口设置如图3所示,地面雨水汇集到地面进水口,进水口直径150mm,进水口顶部设铸铁格栅盖,侧面开孔,可顶面和侧面同时进水。进水口顶比地面低50～100mm,进水口泄水管采用铸铁管,沿桥纵向间隔7.3m设置一个进水口,在桥横向两侧各设一根纵向排水主干管,采用硬聚氯乙烯管(UPVC)管,管道坡度2.6%,干管在梁下吊装,钢箱梁桥面雨水进水口设置如图4所示,桥横向两侧各设一条纵向排水主干管,在钢梁两侧腹板上预留雨水干管孔洞,每隔3.2m设置1处腹板洞,支撑主干管,管道坡度2.6%。
图3 混凝土箱梁进水口及雨水管安装
图4 钢箱梁进水口及雨水管安装
降雨时,通过泄水孔、桥梁两侧纵向雨水干管收集桥面径流,由于桥面距离地面十几米,为消除雨水动能,降低雨水流速,使得进入隔油沉淀池水流速度减慢,保持雨水经过隔油沉淀池时的水流稳定性,提高隔油沉淀效果,桥梁两侧纵向排水干管首先接入地面消能池,消能池构造图如图5所示。
图5 消能池构造图
经过消能后的雨水接入隔油沉淀中,在隔油沉淀池中停留一定的时间后,初期雨水中的悬浮物在重力沉降作用下沉淀在池体底部,在液位水平面以下设置一定淹没深度的隔板,达到隔离水面浮油的功能,经过隔油沉淀后的雨水通过池顶溢流堰排出。下部设置放空阀门和管道,降雨停止后,人工开启放空阀排出池中雨水,沉淀污泥和浮油渣通过吸污车定期清除,隔油沉淀池出水接入地面雨水沟渠或路边雨水管网,隔油沉淀池布置在湿地公园范围外,位于桥梁下方地面上。隔油沉淀池构造如图6所示。
图6 隔油沉淀池构造图废棉
3 桥面雨水收集处理系统水力学计算
轻触开关电路根据《室外排水设计规范》[GB50014-2006(2016年版)]规定:室外雨水管渠设计重现期3～5年[2],设计重现期取值越大越安全,考虑到本工程为南京“高快速路系统”中绕城快速环线上的重要组成部分,设计重现期取5年。暴雨强度设计公式为
式中：t=t1+t2,集水时间,根据《室外排水设计规范》规定:t1取5～15min,考虑单个雨水泄水口汇水面积较小,地面集水时间t1取5min,t2为管渠内雨水流行时间,为各管段长度,v为各管段满流时的水流速。2dj
根据《室外排水设计规范》规定:雨水管道应按满流、重力流状态计算,设计流量Q=Av,A为水流有效断面积,v为流速,为水力半径,I为水力坡度为2.6%,n为管道粗糙系数,本工程采用UPVC管道,粗糙系数0.009。
图7 跨江大桥主桥南侧泄水口、排水管道布置示意图
以跨江大桥主桥南侧为例,桥梁总长度850m,每隔7.3m桥梁两侧各设置一个泄水口,每个泄水口的汇水面积为127m2,每侧设置116个泄水口,如图7所示,北侧主桥及引桥桥长2 280m,两侧需分别设置312个泄水口。
经水力学计算,在设计暴雨重现期5年,南侧主桥两侧应分别设置两根直径500mm的排水主干管,北侧主桥及引桥两侧应分别设置两根600mm的排水主干管,才能满足桥面雨水排放要求。受桥梁结构安全稳定性要求的影响,同时兼顾《室外排水设计规范》规定:雨水管道最小管径为300mm,与桥梁专业协商后,桥梁腹板开孔直径限定为300mm,直径300mm的排水管道5年重现期、地面集水时间5分钟,管道坡度为2.6%时重力流满流状态最大排水能力为225.2L/s,始端管道处于重力流非满流状态,当纵向干管连接至第50个泄水口时,降雨历时7分钟时,管道处于重力流满流状态,再往后超过管道重力流满流状态的排水能力,管道会转为压力流状态,需在主管道上设置溢流口,用于排除多余雨水,避免桥面积水和雨水管道承压,延长管道使用寿命,同时,用于应对设计重现期大于5年降雨过程。
隔油沉淀池容积计算,V=Qt,V为沉淀池容积,Q为管道设计流量,t为雨水在隔油沉淀池内的水力停留时间,水力停留时间越大,隔油沉淀效果越好,参考《建筑给水排水设计规范》隔油池设计要求[3],南侧主桥水力停留时间取4分钟,考虑北侧主桥汇水面积较大,其水力停留时间取10分钟,南侧隔油沉淀池有效容积为100m3,北侧隔油沉淀池有效容积为300m3。
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