引言
桥梁工程中桥面排水系统作为重要的组成部分，会对桥梁施工质量产生直接的影响。故桥面排水系统设计应科学且快速排水。排水效果越好，在排水过程中越能够解决桥面的积水问题。如果排水系统设计不科学或者排水系统设计存在问题，那么桥梁的桥面积水问题将难以解决，既增加了桥梁的建设和运行风险，同时也导致桥梁在建设效果方面变差。因此，了解桥梁建设的要求并重点做好桥面排水系统的设计，对当前桥梁的结构优化和桥梁建设具有重要意义。
下文结合惠东县环城西路市政工程产业大道至省道S356段(西枝江大桥先行工程)工程中的西枝江大桥桥面排水设计，探讨桥梁工程中桥面排水设计特点。
1桥梁工程中桥面排水系统设计要求及工程实例分析
1、在桥梁工程中桥面排水系统的设计需要达到以下要求：
首先，桥面排水系统设计需要达到安全性要求，保证桥面排水系统在建成之后能够快速排水，降低桥面的积水数量，使桥面在水位的下降方面能够达到排水目标，提高桥梁工程的施工质量，使桥梁工程在桥面排水方面能够达到质量要求。参考桥面排水的经验以及桥面排水的具体情况，桥面排水系统在设计方面需要与桥梁结构有效衔接，提高桥梁结构的安全性，避免桥面排水系统设计不科学影响桥梁的结构稳定性[1]。
其次，桥面排水系统在设计方面需要达到科学性要求，提高排水系统的设计效果，使排水系统在设计方面能够根据系统的要求和结构类型制定科学的排水措施，保证桥梁的排水方面达标，避免桥梁因排水问题影响桥梁的正常使用。参考桥梁的配置要求，应分析桥梁的结构特征，在桥梁排水系统的设计方面需要掌握正确的设计原则。
再次，桥面排水系统设计需达到快速性要求，保证桥面的积水能够在短时间内快速排出，提高桥面积水的排出效果，解决桥面排水系统的设计问题，使桥面排水系统在设计方面符合设计要求。
2、西枝江大桥桥面排水设计分析：
西枝江大桥跨越西枝江，全长625m，四幅桥总宽39m，与河道斜15°布置，起点里程K4+875.0，终点里程K5+500.0。主桥采用变截面预应力砼连续刚构，跨径组合为(34+50+34)m，采用单孔双向通航。桥面设计断面：外侧2.25m人行道+2.5m非机动车道+0.25m防撞栏+0.5m路缘带+(2×3.5+3.25)行车道+0.25路缘带+隔离栏。断面如下：
西枝江大桥位于惠州市惠东县，雨水量分析根据惠州暴雨强度公式计算：
式中：P——设计重现期，取值10年；t——降雨历时，取值10min；
雨水设计流量计算公式：
式中：Q——雨水量（L/s）；Ψ——径流系数，取值0.95；q——暴雨强度（L/（s.ha））；F——集雨面积（ha）；
取桥段K5+187.5～K5+500左幅段307m桥长计算；
桥面雨水设计流量Q=0.95×591.563×(19.5×307/10000)=336 L/s=0.336 m3/s；
根据桥面排水系统安全性要求，工程中采用了浅三角形结合桥型断面设置，过水断面计算积水按规范要求最不利因素考虑，依据《公路排水设计规范》（JTGTD33-2012）第4.2.1条规定，道路级别为Ⅱ级时，“设置拦水带汇集路表水时，高速公路及一级公路的设计积水宽度不得超过右侧车道外边缘；二级及二级以下公路不得超过右侧车道中心线” [2]，按浅三角形过水断面验算如下图：
横坡0.02过水断面水面限定宽：L=2.5+0.5+3.5/2=4.75m；
过水面积水深：h=ht=4.75×0.02=0.095m。
依据Q1=(0.377×hi^8/3×I^1/2)/(ih×n)；
横坡ih=0.02；纵坡I=0.01843；沥青路面粗糙系数n=0.016；
0.336=(0.377×hi^8/3×0.01843^1/2)/(0.02×0.016)；
计算得过水断面水深hi=0.0991m；宽度L=4.96m＞ Lmax=4.75m；不能满足设计规范要求(侵入右侧车道中心线)；
需要增设桥面排水设施，设计采用DN200UPVC纵向泄水管，纵坡0.01843排泄桥面部分雨水；
DN200UPVC纵向泄水管泄水能力Q2=0.0578 m2/s
桥面雨水流量Q=0.2782 m2/s
依据Q=(0.377×hi^8/3×I^1/2)/(ih×n)；
浅三角形过水断面计算积水hi=0.0923m；宽度L=4.15m＜Lmax=4.75m；
增设DN200纵向桥面雨水泄水管，满足设计要求。
设计在桥的两端设有多箅雨水口保证桥面雨水被快速收集，雨水通过纵向泄水管和桥头雨水口收集的雨水接入缓冲池。
2桥梁工程中桥面排水系统设计难点与应用实例
目前桥梁工程中桥面排水系统在设计过程中难点主要表现在系统的结构需要与桥梁结构相结合，除此之外，在桥面排水设计中需要解决系统的应用问题，使桥面排水系统在设计的科学性、系统结构的完整性以及系统应用方面达到设计目标。参考桥面排水系统的设计要求以及桥面排水系统的结构特征，在设计中结构设计和功能设计是重要的设计内容，需了解设计要点以及设计的基本情况，根据设计的质量要求调整设计方式，落实设计目标，使桥面排水系统设计在具体落实方面达到功能要求和质量要求，使桥梁在设计的有效性方面达标[3]。所以，在桥面排水设计过程中需掌握桥梁设计要点及基本情况，保证桥梁在符合设计质量要求的同时解决桥面排水问题。
在西枝江大桥项目中主要从以下两个方面进行桥面排水设计：
1、桥面排水设施布置：
桥面左、右幅外侧路缘带设50×30cm雨水篦子，间距15m，再用直径DN100mmUPVC管泄水。桥面左、右幅桥底各设DN200mmUPVC纵向排水管，连通桥面DN100mmUPVC泄管收集桥面雨水，纵向排水管采用4.0mm厚镀锌钢板抱箍固定，并在每个抱箍上游加设一个防滑管卡，防滑管卡采用1.0mm厚镀锌钢板制成，防滑管卡与抱箍贴紧，防滑管卡用螺栓打紧，使防滑管卡与纵向排水城一体。抱箍、防滑管卡可向厂家购买或定做。
桥头两侧加设三箅雨水口，并用DN300mmUPVC管接入缓冲。
雨水篦子：桥面采用50×30cm重型雨水篦子；桥头采用C250球墨铸铁可调式防沉降660×340×120mm雨水篦子。
2、桥面纵向雨水管布设要求：
桥面纵向收集管采用DN200mmUPVC管，接入桥墩下方的缓冲池选用DN500mmUPVC管。缓冲池2个，结合桥墩设置。收集桥面雨水纵向DN200mmUPVC管，设在桥梁翼缘底板和桥底板，并用抱箍固定。抱箍原则按2m设置，抱箍套住管，再在边梁底钻孔、清孔、植筋(灌入环氧树脂、插入预埋地脚螺栓，按大样图布设)将抱箍用螺母固定。抱箍采用4mm厚镀锌钢板制成。所有钢材驳接采用焊接焊缝焊缝高度为6mm，焊缝一律满焊。
管道连接采用直通驳接；每隔20m内设一个立检口；每隔10m设一个伸缩节。在桥的伸缩缝、沉降缝处应设有2个伸缩节以上，纵向管抱箍在伸缩缝、沉降缝处应设双支抱箍固定，保证伸缩缝、沉降缝两侧设有纵向管固定抱箍。
3桥梁工程中桥面排水系统收集池设计与应用
桥面径流排水系统与化学危险品泄漏事故径流收集系统设计，应当实现对化学危险品泄漏事故径流有效收集，从而避免化学危险品进入敏感水域环境风险，同时也要确保桥面雨水径流及时排出，以及将初期雨水径流收集排放至径流储存池并经过一定处理后达到相应排放标准再排放至水体，减轻雨水径流对水环境污染与破坏。
依据环评报告：西枝江是东江支流，该河段饮用水源保护区的水域二级保护区，水质保护目标Ⅱ级，营运期桥面初期雨水应排入蓄水池、危险化学品事故性泄漏引入应急池，不得直接排入水体。桥面不可渗透，降雨径流渗透减少，雨水地表径流污染，特别是初期的雨水地表径流污染比较严重，而初期的雨水主要夹杂着地面的残留污染物，需要排入蓄水池停留沉淀处理。西枝江大桥设计时在桥头两端设置足够容积的收集池，收集桥面初期雨水的径流污染和危险品泄漏作应急处理。西枝江大桥在设计过程中将应急池和蓄水池二合为一，统称为缓冲池。
1、蓄水池设计：
初期雨水前20min的悬浮物和油类物质浓度较高，设计按20min雨水流量设计蓄水池容积。根据GB50014-2016《室外排水设计规范》规定及《惠州市排水规划》的有关规定。城市初期雨水设计重现期按P=1年设计；桥面雨水量集水时间5min的暴雨强度q=402.54 L/(s.ha)，径流系数0.95，桥面汇水面积0.59865 ha,设计流量Q=228.93 L/s，蓄水池容积按20min流入计算蓄水池容积V=274.71m3，设计容积将计算容积加大10%，即设计蓄水池容积V=302m3。
2、应急池设计：
在桥面排水系统设计中事故径流池的设计是重要内容，在设计中要根据事故径流收集池的容量和具体需求情况做好设计，使事故径流收集池的设计具科学性，事故径流收集池数据在设计方面符合桥面排水要求，为桥面的雨水排放提供有力支持。
依据《事故状态下水体污染的预防与控制技术要求》及《化工建设项目环保境护设计规范》的规定，西枝江大桥设计设置了应急池。应急池设计容积包括:一辆危险液体运输车辆贮罐车最大贮存量(V1)、装载有危险液体的车辆发生火灾爆炸及泄漏事故时最大消防用水量(V2)和发生事故时可能排入应急池的当地最大降雨量(V3)。
应急池容积设计参数：①根据我国槽罐车的标准尺寸，槽罐车罐体长9200mm，长轴2380mm，短轴1500mm；槽罐车容积V1=26.6m3；②参照《建筑设计防火规范(GB50016-2018)》第8.1.5条和《消防给水及消防栓系统技术规范（GB50974-2014）》表3.4.5-2的规定，消防用水量取20L/s[5]，用水时间为10min；消防用水量V2=12m3。
设计重现期10年，桥面集水时间5分钟的暴雨强度q=591.563 L/(s.ha)，径流系数0.95，桥面汇水面积F=19.5×307m=0.59865hm2，按10min流入量计算容积V3=100.9m3。应急池总容积：V=V1+V2+V3=140m3。设计容积将计算容积加大10%，即设计应急池容积V=154m3。
根据以上对蓄水池和应急池的设计结果：西子江大桥设计中将应急池和蓄水池二合为一为缓冲池，考虑初期雨水在池中应有足够的停留时间，应不少于20min，设计缓冲池容积为：377m3。
3、大桥缓冲池工作原理：
缓冲池：平时旁通泄水管阀门关闭，桥面初期雨水排入缓冲池，设计是20min以上的流量，所以在池中的停留的雨水时间不少于20min。杂质或重金属在重力作用下沉入池底，从而使初期雨水经池中沉淀得于处理。20min多以后，雨水达到最高水位从溢流口排出，完成桥面初期雨水的净化处理。下雨过后应及时清理池中沉淀物。
缓冲池应急启用：
雨天：关闭排水管阀门，桥面危险品排入池中；当桥面危险品排入池内后，排水阀门开启，进水阀门关闭；桥面雨水通过旁通泄水管外排；
晴天：桥面危险品排入池中并处理。
桥面危险品排入缓冲池过程中，可以采用应急的过滤网、化学物品等处理。过滤能使水中的油层隔离；酸碱反应,可以得到水质中和；
在净化处理后停留在蓄水池的雨水，杂质在重力作用下，沉入池底、水分蒸发或沉淀，从而得于处理；不能处理的危险品及沉淀物将其运送污水处理厂处理。
4结论
（1）在桥梁工程设计过程中应结合桥型结构形式进行桥面排水设计，既要满足桥面排水要求，又要保证雨水收集管道牢固可靠。
（2）城市道路跨河大桥设计时，桥面排水可结合市政管道排水设计要求和路基排水设计要求综合考虑，应做到科学、合理的实现桥面雨水快速排除。
（3）城市道路在跨越敏感水体时，应按规范与地区的有关规定设事故应急池，避免路面事故导致危险化学品泄漏和污染敏感水体。可结合工程实际，将蓄水池与应急池合并考虑，即解决初期雨水径流污染，减轻路面常规污染物对周围水体环境的污染破坏，又可应对突发事故造成重大污染。
参考文献
【1】 吴尧康.城市桥梁桥面排水系统若干问题探讨[J].福建交通科技,2020(04):81-84.
【2】 曾源新.公路桥面排水系统设计探讨[J].低碳世界,2019,9(05):257-258.
【3】 张金鸿.高速公路桥梁桥面排水系统优化设计分析[J].黑龙江交通科技,2018,41(07):164+166.
【4】 JTGTD33-2012，公路排水设计规范[S].
【5】 GB50974-2014，消防给水及消防栓系统技术规范[S].
【6】 GB50016-2018，建筑设计防火规范[S].