2018年10月19日 星期五
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下凹式立交桥积水如何消除?

发布时间:2018-06-14||交通言究社| 阅读(940)|评论()
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导语:随着城市的快速发展,交通出行需求和交通供给之间的失衡愈加突出,使得城市交通系统越来越脆弱,一次极端天气就可能造成城市交通系统的瘫痪。例如,夏季暴雨过后,部分城市立交桥下出现积水,给道路交通的正常运行带来极大影响,考量着公安交管部门的管理能力。那么,下凹式立交桥积水的常见原因有哪些?如何排水?又应当给驾驶人哪些有效提示呢?


【积水引起交通安全事故成因分析】


作为承载了2000多万人口及超过500万辆机动车的现代化大都市北京,几乎每年都会在暴雨中遭受沉重打击。2012年7月21日10时至22日6时,“61年最大暴雨”袭击北京,城区平均降雨量达215毫米,这场突如其来的大暴雨给北京的交通运行造成了极其严重的影响,城区95处道路因积水断路,部分立交桥下积水严重,导致车辆被淹没、驾驶人被困车中。


通过对积水断路区域进行调查发现,暴雨造成的积水路段大部分是下凹式立交桥下的低洼区,而这些立交桥恰恰又分布在城市主干道上,是许多车辆和行人的必经之地。


下凹式立交桥排水能力不足 导致桥区积水引发事故


目前北京下凹式立交桥排水设施以雨水篦子为主。雨水篦子尺寸约为70cm*50cm,下接直径约15cm的排水孔,每个下凹式立交桥桥区都在最低处、匝道、斜坡路段等不同地点设置数个雨水篦子。当暴雨来临时,整个下凹式立交桥桥区的雨水量都会沿斜坡向桥区最低处汇集,因此这些雨水篦子的排水能力直接决定了下凹式立交桥桥下的积水深度。但是由于部分立交桥的自身建造条件无法完全发挥雨水篦子的排水能力,致使大量雨水汇集。


为了直观体现下凹式立交桥存在的积水问题,下面我们以建国门桥为例来说明。


建国门下凹式立交桥积水情况调查分析  


建国门桥是东二环与长安街相交区域的一个下凹式立交桥,上层桥面为东西走向,连接长安街与建外大街;中层桥面为东西走向的辅路;下凹路面为南北走向,为东二环主路,其中西南匝道连接通惠河北路高架桥。汛期时,建国门桥下容易形成积水。


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▲图:建国门桥平面图


根据建国门桥桥区雨水可能汇集区域的实测,可得路面基本数据为:建国门桥主路东南匝道口至西南匝道口距离为85m,宽度约为36m;匝道进口至匝道出口约为120m,平均宽度约为12m,路侧步道宽度1.5m;东二环建国门桥南侧纵坡起始路段至建国门桥北侧纵坡终点路段长度约为300m,东二环主路宽度约为28m;通惠河北路桥面纵坡路段长度约为120m,宽度约为7m。


为了保证后续研究的可靠性,笔者多次在雨天时对建国门桥桥区的雨水汇集状况进行调查。下面左图为大雨时通惠河北路进口位置实拍,整个纵坡段的全部雨水只能通过倾斜路面向下流,和东二环主路的雨水汇集在一起。右图为大雨时建国门桥西南匝道实拍,由于匝道处没有设置雨水沟,几乎所有的雨水都只能沿匝道内侧流向低处。


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▲图:通惠河北路路面雨水汇集示意图、建国门桥西南匝道路面雨水汇集示意图


下图为大雨时建国门桥西南角雨水合流点实拍,箭头1所示为东二环南段主路汇集的雨水;箭头2所示为建国门桥西南匝道汇集来的雨水;箭头3所示为通惠河北路桥面汇集的雨水,三股雨水几乎全部汇入建国门桥底。


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▲图:建国门桥西南角雨水汇集示意图


我们可以粗略估算一下汇集到建国门桥下的雨水量。选取建国门桥任意1/4桥区进行估算,雨水汇集区域包括建国门桥半幅主路、主路进入东二环的匝道、绿化岛四周的安全岛、东二环半幅主路。需要注意的是建国门桥区西南角还应加入通惠河北路桥区,辅路积水进入主路可暂时不予考虑(辅路和主路之间有绿化带隔离,并且辅路有自己的排水口,只有主辅路进出口之间的部分水流可能进入主路,所以相对于主路的水量来说很少,可以不计)。估算区域示意如下图所示:


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▲图:建国门桥区雨水汇集区域示意图


根据估算,建国门桥区雨水汇集区域面积约为20300㎡,取12h大雨雨量等级和暴雨雨量等级的临界点30mm时,汇集的雨量约为609m³。这些雨水如果不能及时排出,经过合流后,非常容易在低洼区形成积水。


需要注意的是,雨水篦子的设置位置通常在道路边缘线外侧,方向为平行于道路边缘线。根据大雨时实际观测,通常只有距道路边缘线1m-2m区域内的雨水能够排入雨水篦子,绝大部分雨水仍然沿路面流向下凹区域。因此,如何能充分发挥雨水篦子的排水能力,使得大部分雨水在沿斜坡向桥区最低处汇集的过程中就被排出,成为解决下凹式立交桥积水问题的关键。


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▲图:雨水篦子排水能力示意图


对驾驶人告知不足 导致驾驶人盲目涉水引发事故


通过对暴雨灾情的调查发现,许多车辆被积水淹没是由于无法了解前方积水的深度是否足以使车辆通过。在焦急和惊慌等情绪的影响下,部分车辆贸然驶入积水区,导致车辆熄火,进而引发后续的交通安全事故。


建国门下凹式立交桥积水提示标志调查分析  


目前,建国门桥下低洼区设有水位警戒线和水准尺等积水提示标志,以供过往驾驶人参考,但是其收效却微乎其微,下面是笔者的实地调查:


如下图所示,建国门桥下的积水提示标志设置在桥下内壁之上,驾驶人在进入下凹式桥区时无法看见提示标志;并且由于桥洞中光线较暗,在天气不好时即使车辆从标志旁驶过也很可能无法发现标志。


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▲图:建国门桥下南向北方向实拍


由于积水提示标志设置在桥下最深处,即使驾驶人能发现标志,但此时车辆已经进入积水区,很可能已经造成无法挽回的结果,标志不能起到“提示、预警”的作用。


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▲图:建国门桥下积水提示标志


提示标志的特点必须是内容表达明确。但是,建国门桥下的积水提示标志仅由红黄两条标线组成,缺乏必要的说明,无法让驾驶人在短时间内获取所需的警戒水位信息,在日常交通参与中无法起到应有的作用。


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▲图:建国门桥下积水提示标志


通过上述调查及分析,下凹式立交桥提示标志主要存在以下三个问题:标志不易被发现、标志的提前警示作用较差、标志的信息表达效果不足。


【下凹式立交桥如何减少甚至消除积水?】


为了解决下凹式立交桥积水问题,北京市政府及相关部门采取了多重举措,如:实时视频监控下凹式立交桥、建立专项保障方案;对下凹式立交桥逐一制定疏导绕行方案、及时发布交通信息;在道路上设置掉头阀方便及时撤离;安装挡水板、改造雨水管线;设置蓄水池并提高防洪标准等级等等。但是这些措施存在耗资巨大、具体效果有待观察等问题。如何在现有条件下充分利用并合理改进,发挥其应有的效果?可通过“截源引流”法来解决这一问题。


设置排水沟槽 对积水“截源”并“引流”


要解决积水问题,首先要考虑的是水的来源。根据现场实际勘察,二环路、三环路、四环路、五环路都是沟槽式路面(即两边都有不小于40cm的硬化路崖,这种硬化路崖使整个环路路面形成封闭的沟槽),整体路面的雨水只有通过雨水口排出;由于雨水口均修建于路侧,同时道路施工工艺达不到侧倾的效果,加之长时间的车辆碾压,造成路面不平,致使十几米宽的路面上的雨水很难按照人为意愿顺畅地到达雨水口,最终造成路面积水。当积水达到一定深度后,“水往低处流”的自然法则使整体沟槽式的路面积水自然地涌向了下凹式的桥区。


东二环一个方向的路宽为14米左右,雨水篦子50cm宽、70cm长,路面仅有一到两米的雨水能够流到雨水篦子处,其他十多米宽的雨水会沿路面向下凹式立交桥流淌。加之上环式立交桥桥面匝道的雨水也向环路的主、辅路下泄,下凹式立交桥下积水就成为了必然。以朝阳门桥为例,朝阳门桥至建国门桥路面的积水一半流到建国门桥下,一半流到朝阳门桥下。朝阳门桥至东四十条桥之间,一半流到了朝阳门桥下,一半流到了东四十条桥下(其他环路下凹式立交桥同理)。(由于排水系统问题、倒灌问题造成的积水是一个复杂的系统工程,暂不予讨论。本文现阶段只讨论“截源引流”法缓解下凹式立交桥桥下积水的问题。)


“截源引流法”实施步骤


在下凹斜坡路面设置锯齿形沟槽  


锯齿形设计既可以减轻车辆轮胎对沟槽的压力、增加沟槽稳定性,又可以增加集水效果,而且便于道路清扫。如下图,在下凹斜坡路面设置与路崖成45度角的锯齿形沟槽,设置方向从道路中心线处指向路侧的雨水篦子,沟槽长度为道路中心线处到路侧雨水篦子的距离,深度为10cm、宽度5cm。为减小车辆驶过的颠簸感和增加沟槽的稳定性,可以每隔10-15cm设置锯齿,单个锯齿为等边三角形,底长10cm,高15cm。


为了尽可能地将高处雨水全部排入雨水篦子,可连续设置两道沟槽(即一道普通沟槽和一道锯齿形沟槽),以便在雨量较大时,雨水无法完全涌入第一道沟槽时,经第一道沟槽缓冲之后,可涌入第二道沟槽,继而排入雨水篦子。两道沟槽之间距离可设为50cm。为便于道路清扫,从齿尖至槽底可设为渐变斜面(即水平方向上沟槽呈中间高、两边低)。


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▲图:锯齿形沟槽设置示意


下凹式桥区底部水平区域设置鱼刺形沟槽  


鱼刺形沟槽需设置在下凹式桥区底部水平区域,方向垂直于现有道路的雨水口,规格尺寸可参照锯齿形设计。由于道路中间雨水量比两侧雨水量大,鱼刺形沟槽便于将道路中间的雨水向两侧排出,并且鱼刺形状的设计便于道路清扫。


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▲图:鱼刺形沟槽设置示意


降低路侧雨水口的高度  


若将现有与路面相同高度的水篦子通过改造降低其高度,低于路面5至10cm,可便于雨水集中,使沟槽集水效果更为突出。


合理设置蓄水池  


合理地设置蓄水池对于暴雨时积蓄雨水、减小低洼区的积水压力具有重要意义。由于大型蓄水池不仅造价较高,而且对道路资源也是一种浪费,因此建议因地制宜的设置多个小型蓄水池。小型蓄水池可选择在绿化区域设置,并且地面3米以下空间可采用渗透式,以保证既不影响绿化植物的生长,又能达到蓄水的效果。


“截源引流法”应用于建国门下凹式立交桥示例


在建国门桥南二环主路现有雨水口处可修建沟槽组,初步估算可建五组(一组即一道普通沟槽和一道锯齿形沟槽),可拦截南向北主路的雨水流到桥下(可减少长200米、宽14米的积水量)。


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▲图:纵坡面沟槽设置示意图


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