一种游人步道与跌水一体化出水口结构及设计方法与流程

本发明涉及山区道路改建工程领域，具体涉及一种游人步道与跌水一体化出水口结构及设计方法。

背景技术：

1、近年来，各地加快了对滨江水生态岸线治理的进度，一大批滨江、临湖、亲水的滨江工程破土而出。这类工程往往扮演了城市道路、园林绿化、库岸整治、排水防涝、堤防工程的多重角色，因此比起常规的独立专业项目，对工程的细节和专业间的配合提出了更高的要求。兼具游憩观景功能的滨江工程需要设置多处游人阶梯步道，以便游人从工程顶部的道路下行至临江的观景平台。是否能将工程功能性结构与行人步道相结合，达到一物多用、经济美观的效果，是十分值得研究的问题。

2、在滨江工程中，穿堤、穿路、结合护岸和堤防的超长排水涵洞是典型的复杂工程节点。由于所依托的工程边坡级数多，高差达数十米，长度往往在百米以上，因此不能按常规涵洞进行设计。在涵洞设计规范中，规定了涵洞主体部分纵坡不宜大于3％，而工程边坡的坡率多为40-67％，远大于规范允许的纵坡，因此需要采取结构措施克服进出水口间的高差。现有的解决方案包括两种，其一是带多个跌水井的深埋涵洞，其二是配有超长的出水口浅埋涵洞。

3、第一种解决方案通过在涵洞主体结构间设置多个跌水井，每个跌水井降水3-6米，直至衔接目标高程出水口。由于深埋涵洞及跌水井配筋量较大且无法预制，因此造价高昂、施工周期长；涵洞主体结构深埋地下且长度大，需通过检查井下井维护，维护相对不便。

4、第二种解决方案依靠出水口克服高差，由于规范没有对出水口纵坡进行限制，因此可采用与边坡坡比相同纵坡的长坡道导水，并在边坡平台处设置消力池。该方案相对方案一造价较为低廉，但需占用大量护坡和观景平台空间，将完整工程景观分割为多个区域，且由于是敞口设计，存在游人误入跌落的安全风险，因此还需额外增设护栏。

5、综上所述，亟需提出一种新的涵洞出水口设计方案，来解决现有方案的不足，并进一步地，将排水结构与行人步道相结合，提升结构的功能价值与经济效益。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术方案存在的缺点，提出一种游人步道与跌水一体化出水口结构及设计方法，将供行人上下通行的步道、台阶与出水口结构相结合，同时阶梯式的底板起到了跌水消能的作用，技术简单易行，在不占空间、减少安全隐患的同时，缩短工期、降低工程造价。

2、为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种游人步道与跌水一体化出水口结构，该结构整体置于滨江工程边坡内，其底部置于压实的人工地基或天然稳定地层上；该结构包括一字墙，所述一字墙紧贴涵洞出口设置；所述一字墙下方沿边坡坡度方向自上而下间隔设置多个平台段，最上端所述平台段与所述一字墙紧贴设置并与之形成密闭空间，最下端所述平台段设置为出水口；相邻两个所述平台段之间衔接有跌水段，所述平台段和所述跌水段均包括盖板、侧墙、底板和垫层，所述底板浇筑于垫层之上，所述侧墙浇筑分立于所述底板两侧并与所述底板共同构成过水空间，所述盖板放置于两侧的所述侧墙之上；所述平台段和所述跌水段的盖板均为预制盖板，所述平台段的盖板可形成供行人休憩的游憩平台；所述跌水段的盖板呈阶梯状布置，形成供行人攀登的阶梯步道。

4、优选地，所述平台段和所述跌水段的底板分别为平板型底板和阶梯型底板。

5、进一步地，所述平台段以4-6m、所述跌水段以3至5级底板阶梯为一节断进行分段，分段之间作为变形缝，需进行防水构造处理。

6、进一步地，所述跌水段中各级底板阶梯宽度与高度之比应与边坡坡比相适应。

7、进一步地，所述跌水段中每一级底板阶梯对应的侧墙均分为两至三段不同高度，每一高度侧墙上放置一块盖板，从而形成供行人攀登的阶梯步道。

8、优选地，所述盖板顶部两侧预埋吊筋。

9、优选地，所述盖板宽度为30-50cm，所述跌水段中每级盖板台阶高度为10-20cm。

10、优选地，所述填土地基或天然稳定地层的承载力应不小于100mpa。

11、优选地，所述平台段和所述跌水段的顶面高程均与所述边坡表面齐平。

12、第二方面，本发明提供一种游人步道与跌水一体化出水口结构的设计方法，所述设计方法包括：

13、1)据涵洞出水口位置，确定一字墙定位；

14、2)根据涵洞孔径，计算出水口结构断面面积，应满足出水口结构最小过水面积qc/涵洞有效过水面积qj≥1.2；

15、3)出水口过水净高h0取值范围宜为1m至3m，净宽b0不应小于涵洞净宽或直径，且qc＝h0*b0；考虑到出水口结构兼做行人步道，b0≥3m，由此初步确定出水口结构净截面尺寸；

16、4)根据下述限制条件确定跌水段的底板阶梯及盖板的宽高取值：

17、4.1)为使行人攀登舒适，应有10cm≤盖板台阶高hg≤20cm；

18、4.2)为使出水口结构适应边坡坡比，融入整体工程而不突兀，应有阶梯高hd:阶梯宽bd＝台阶高hg:台阶宽hg＝所在边坡坡比1:n；

19、4.3)每2至3级台阶对应一级阶梯，因此hd＝2或3*hg，bd＝2或3*bg；

20、4.4)hd、hg、bd、bg均宜取整，便于施工；

21、5)当出水口结构经过多个不同坡比的边坡时，依据其坡比1:n1、1:n2、1:n3……重复步骤4)，求得1至2种尽可能普适的盖板尺寸，通过统一盖板尺寸，调整现浇的侧墙及底板阶梯尺寸，从而便于盖板的批量预制；

22、6)需要对盖板进行受力计算及配筋验算，具体步骤如下：

23、6.1)参考道桥设计中的人群荷载计算标准，计取每延米板块活载q＝人群荷载；

24、6.2)用步骤5)中确定的盖板截面设计参数计算每延米恒载g＝盖板容重*盖板厚度；

25、6.3)进行盖板内力计算

26、承载能力极限状态的弯矩极值md＝(0.15*g+0.175*q)*b02

27、剪力极值vd＝(0.6*g+0.7*q)*b0

28、正常使用极限状态的弯矩极值ms＝0.125*(g+q)*b02；

29、6.4)试配盖板垂直水流方向受力筋，并按钢筋混凝土受弯构件验算混凝土受压区高度、配筋率、正截面抗弯承载力及正常使用极限状态的裂缝宽度。

30、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

31、1、相较现有的长出水口方案，本发明将涵洞出水口结构与游人步道合二为一，节省护坡空间和观景平台空间，保护了工程景观的完整性；以兼做游人步道的盖板覆盖出水口明渠，美观实用的同时排除了游人不慎跌入的安全隐患。

32、2、相较传统深埋涵洞方案(全部结构需现浇施工)，本发明盖板采用预制结构，缩短约三分之一工期；配筋少、采用钢筋等级低；无需采用填石基础，故在工程材料、工期、施工费用三方面大幅降低了工程造价。

33、3、本发明的梯道及盖板均为组合式的，自由度高，稍加修改即可匹配不同的边坡坡比、平台长度，使用范围广。

34、4、本发明阶梯式的造型和路堤/护岸结构契合紧密，不易滑移，同时连续台阶的设计跌水消能效果好，尤其适合高陡边坡及山岭地区工程。

35、5、独立盖板拆卸更换便捷，易于后期维护。