山地城市排水管道的設(shè)計(jì)

山地城市排水管道的設(shè)計(jì)山地城市地形、地質(zhì)條件較為復(fù)雜，其排水管道系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有：①因?yàn)榈匦蔚钠鸱兓?/p>

管道敷設(shè)方式多種多樣。

此中管道架空敷設(shè)是一大特點(diǎn)，

埋地敷設(shè)排水管道中部分管道埋深很大。②地質(zhì)條件變化較大特別是在土地整頓平場工程中，

“大挖大填”現(xiàn)象十分廣泛，

所形成場所地質(zhì)條件的差別對排水管道的縱向穩(wěn)固相當(dāng)不利，易發(fā)生不平均沉降。③城市道路縱向坡度較大，排水管道系統(tǒng)上、下游有很大落差，此中水流的垂直跌落是一大特點(diǎn)。山地城市排水管道設(shè)計(jì)重點(diǎn)2．1管道的敷設(shè)方式2．1．1埋地敷設(shè)埋地敷設(shè)是城市排水管道最廣泛的敷設(shè)方式。針對不一樣的管材和地基條件，辦理技術(shù)及重點(diǎn)存在必定差別。①管槽鋼筋混凝土管等剛性管道的管槽同柔性管道的管槽要求基真同樣，但塑料類管材要注意消除管槽中的尖利石塊，以防止管壁遇到集中應(yīng)力作用而破壞；槽基底的土層密實(shí)度一般為原土夯實(shí)到90％以上的密實(shí)度，雜填土須換填，淤泥一定消除。②管道基礎(chǔ)一般鋼筋混凝土管一般為平口或企口，采納鋼絲網(wǎng)水泥沙漿抹帶接口，為剛性接口，管道基礎(chǔ)為混凝土帶形基礎(chǔ)。玻璃鋼夾砂管等新式化學(xué)建材屬柔性管道，一般采納柔性的承插連結(jié)方式，以橡膠圈進(jìn)行密封。管道基礎(chǔ)一般采納100～200mm的砂石墊層，墊層資料采納粗砂或砂碎石(控制最大粒徑<20mm)。③管槽回填剛性管材和柔性管材在埋地敷設(shè)時(shí)技術(shù)辦理的最大差別在于回填。因?yàn)槿嵝怨懿牡钠茐奶卣魇窍茸冃巍⒑笃茐?，所以管材剛度是控制指?biāo)；而關(guān)于剛性管材，其剛度很大，破壞特征是先破壞、后變形，故其強(qiáng)度是控制指標(biāo)。別的因?yàn)槿嵝怨艿摹肮芤煌料到y(tǒng)”共同分擔(dān)外面荷載體制，必定剛度的柔性管所能承受的最大埋深跟回填質(zhì)量親密有關(guān)。所以設(shè)計(jì)中應(yīng)付管槽各部位的密實(shí)度指標(biāo)均做明確要求，且現(xiàn)場控制一定特別嚴(yán)格。2．1．2半埋地敷設(shè)當(dāng)管道管頂無覆土、管身部分或所有(甚至連同基礎(chǔ)的一部分)露出地面時(shí)，采納半埋地敷設(shè)。這類方式介于埋地敷設(shè)和架空敷設(shè)之間，因?yàn)楣艿莱龅孛娌欢啵艿滓韵虏杉{帶狀砌體結(jié)構(gòu)作為支撐(基礎(chǔ))，并將管道穩(wěn)固地置于其上。合用條件：管道部分露出地面或管體超出地面不多；沿線地質(zhì)條件較好，基槽開挖較淺。當(dāng)柔性管道采納這類方式時(shí)可選擇較小的環(huán)剛度，但要注意防備外界可能的沖擊破壞，并做防老化辦理。別的，砌體結(jié)構(gòu)還一定依照要求設(shè)置變形縫。2．1．3架空敷設(shè)山地城市沿管線縱向原始地面線標(biāo)高變化極大，低凹地帶常常采納架空方式敷設(shè)。有的污水截流管架空段能夠占管線總長的30％以上。依據(jù)管體承受荷載的狀況，架空能夠采納直接架空和橋式架空兩種方式。①直接架空敷設(shè)直接架空敷設(shè)利用管道自己的強(qiáng)度和剛度，將管道作為結(jié)構(gòu)體，用柱、墩等做支撐。因?yàn)槔霉荏w作為結(jié)構(gòu)體對管道自己的強(qiáng)度及剛度(環(huán)剛度和縱向剛度)要求都較高，所以管道自己造價(jià)較高。該方式一般適于鋼管、鑄鐵管及鋼筋混凝土箱涵等剛性管材。若柔性管材采納直接架空方式則要求管體有很高的環(huán)剛度和縱向剛度，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)是跨度的選擇，同時(shí)應(yīng)按管道的強(qiáng)度和剛度計(jì)算其同意最大跨度，選其較小值作為設(shè)計(jì)跨度的最大同意值，其設(shè)計(jì)跨度比剛性管材小得多。②橋式架空敷設(shè)橋式架空敷設(shè)是將管道成品置于橋架之上，橋架可采納鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)形式。將管道及管中輸送的污(廢)水作為橋架上的荷載，充分利用橋體的結(jié)構(gòu)性能及管道的排水特征。這類形式更適合采納新式的復(fù)合管材，如HDPE雙壁漣漪管、玻璃鋼夾砂管。因?yàn)楣艿蕾|(zhì)量輕、斷面小，與架空箱涵等傳統(tǒng)形式對比，該方式降低了卻構(gòu)荷載，節(jié)儉了工程投資，并擁有更大的跨度。但該種架空方式需解決管道的固定、防老化辦理及檢查井等隸屬設(shè)備的設(shè)置等問題。2．2管道的坡度與流速依據(jù)曼寧公式，在重力流排水管道系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況中管徑、坡度、流速是3個(gè)互相限制的參數(shù)。別的，設(shè)計(jì)中還應(yīng)試慮最大設(shè)計(jì)流速和最小設(shè)計(jì)流速。在地形較為緩和的平原城市，因?yàn)楣艿揽v坡往常較小，管內(nèi)流速較低，易惹起管內(nèi)懸浮物沉降并造成管道擁塞；若加大坡度則管道埋深過大，不經(jīng)濟(jì)。往常設(shè)置提高泵站，但工程投資和運(yùn)轉(zhuǎn)成本都要增添。此時(shí)，以最小設(shè)計(jì)流速為控制性參數(shù)。而在山地城市，因?yàn)榈缆房v坡很大，可充分利用大縱坡帶來的坡降進(jìn)行重力流排水，所以排水管道的敷設(shè)坡度一般盡量跟道路坡度靠近。一般設(shè)計(jì)程序是第一依據(jù)道路坡度初步確立管道縱坡，而后依據(jù)流量選擇管徑，再復(fù)核其流速。但值得注意的是：①假如道路縱坡過大，參照道路坡度確立的管道縱坡偏大，以致流速大大超出最大設(shè)計(jì)流速。此時(shí)應(yīng)適合調(diào)小坡度，采納一些跌水消能舉措，這樣既能夠達(dá)到消能成效，同時(shí)也能夠利用跌水減小地形落差的影響。②因?yàn)楣艿榔露却蟆⒐軆?nèi)流速大，所以在同樣的通水能力(流量)下能夠減小管道斷面，進(jìn)而降低工程造價(jià)。但流速能夠大到什么程度，即在多大程度上能夠利用流速來降低工程造價(jià)是一個(gè)值得商討的問題。從規(guī)范角度講，計(jì)算流速不可以大于最大設(shè)計(jì)流速。③最大設(shè)計(jì)流速是一個(gè)很重要的控制參數(shù)，它直接影響管道斷面的大小和消能舉措的設(shè)置，進(jìn)而影響工程造價(jià)。最大設(shè)計(jì)流速與管道資料種類有關(guān)，管道資料耐沖洗能力強(qiáng)則最大設(shè)計(jì)流速高，反之則低。④不一樣的管道資料，其粗拙系數(shù)(n)值也是不一樣的。在管徑、坡度等條件同樣的狀況下，內(nèi)壁較圓滑的管道水流速度較大，因此擁有較大的通水能力；當(dāng)設(shè)計(jì)流量一準(zhǔn)時(shí)，采納阻力較小的圓滑管道，能夠利用流速適合減小管道斷面，節(jié)儉工程造價(jià)。因而可知，關(guān)于山地城市排水系統(tǒng)，最大設(shè)計(jì)流速是一個(gè)特別重要的控制性參數(shù)。試驗(yàn)表示，一些新式復(fù)合資料排水管材的耐沖洗能力甚至高于鋼管，利用新式管材是降低工程造價(jià)的一種有效方式。原《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB／J1487)中第3．2．4條抽象地將非金屬排水管道的最大設(shè)計(jì)流速限制為5m／s；最新的設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50014-2006)對此未作調(diào)整，不過將措辭改為了“宜”，條則解說里也未作進(jìn)一步說明J。為充散發(fā)揮新式化學(xué)管材的水力學(xué)性能，表現(xiàn)新式管材的經(jīng)濟(jì)性，適應(yīng)山地城市工程應(yīng)用的實(shí)踐需要，建議針對不一樣管道資料性能，細(xì)分“非金屬排水管道”的最大設(shè)計(jì)流速參數(shù)。2．3管道資料的選擇2．3．1管材選擇與不平均沉降辦理選擇適合的管材是有效防止不平均沉降帶來危害的一種方式。剛性排水管材以鋼筋混凝土管應(yīng)用最廣泛，一般采納鋼絲網(wǎng)水泥沙漿抹帶接口，預(yù)應(yīng)力的鋼筋混凝土管一般采納承插接口。整體上說，剛性管對不平均沉降的適應(yīng)性較弱，特別是水泥沙漿抹帶接口剛性較大，接口數(shù)目許多(單管長度一般為1．5～2．0m)，管道整體性差，一般須采納混凝土帶狀整體基礎(chǔ)，有時(shí)還需在基礎(chǔ)底部加適合的鋼筋以加強(qiáng)其整體性，屬于悲觀的抵擋沉降。柔性管材擁有優(yōu)秀適應(yīng)沉降的能力，其柔性有雙方面的含義：一方面是管體自己的柔性擁有適應(yīng)變形的能力；另一方面管道采納柔性接口，這是其適應(yīng)沉降的最主要原由。柔性管材一般采納橡膠圈密封承插連結(jié)，同意變形范圍較大。特別是像玻璃鋼夾砂排水管在采納雙橡膠圈承插連結(jié)時(shí)，在最不利條件下即便變形量大到拉出一個(gè)橡膠圈(變形量達(dá)100～200mm)，仍舊能夠保證其密封優(yōu)秀。在地質(zhì)條件變化屢次的地段，還可采納加設(shè)柔性接頭或短管的方式來提高其適應(yīng)不平均沉降的能力。2．3．2管材選擇與系統(tǒng)的抗沖洗能力不一樣資料的耐磨性能是不一樣的，因此管道對抵擋含雜質(zhì)水的沖洗能力也有所不一樣。選擇更耐沖洗的管道材料，能夠提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流速，其長處表此刻：①管道設(shè)置坡度能夠加大，以更好地適應(yīng)山地城市的地形及道路縱坡；②在同樣設(shè)計(jì)流量下，可選擇較小的管道斷面；③減少用于辦理落差的跌水井?dāng)?shù)目。管材的耐沖洗能力能夠經(jīng)過試驗(yàn)測定。一般來說，鋼管比傳統(tǒng)的非金屬管材(如混凝土管)更耐沖洗；一些新式復(fù)合資料的非金屬管(如玻璃鋼夾砂管)的耐沖洗能力甚至高于鋼管，但實(shí)質(zhì)應(yīng)用成效尚待更多工程實(shí)踐的查驗(yàn)。2．3．3管材選擇與工程造價(jià)選擇適合的管材可有效降低工程造價(jià)，可從以下幾個(gè)方面考慮：①利用管道的粗拙系數(shù)(n)。選擇內(nèi)表面較圓滑的管道，可使較小的管徑實(shí)現(xiàn)較大的通水能力。進(jìn)而可能降低工程造價(jià)。比如，采納玻璃鋼夾砂管取代鋼筋混凝土管，一般可減小1～2級管徑(實(shí)質(zhì)需以計(jì)算為準(zhǔn))。需要指出的是，因?yàn)楣艿赖墓こ淘靸r(jià)受管道單價(jià)、敷設(shè)方式、埋深、基礎(chǔ)辦理、土石方開挖與回填要求等諸多要素的影響，所以應(yīng)依據(jù)工程的實(shí)質(zhì)狀況作經(jīng)濟(jì)比較。一般的經(jīng)驗(yàn)是，較大管徑的管道采納新式管材更經(jīng)濟(jì)；而關(guān)于小管徑的管道，從一次投資來說經(jīng)濟(jì)性不顯然，但按使用年限分?jǐn)倓t投資較少。②利用管道的耐沖洗能力。選擇較耐沖洗的管道，提高設(shè)計(jì)流速及加大設(shè)計(jì)坡度，可減少落差修建物。此時(shí)要注意檢查井的防沖洗舉措。③適合利用大口徑管道取代箱涵、拱涵、蓋板涵，能夠節(jié)儉造價(jià)并縮散工期。④利用新式復(fù)合管材能夠簡化基礎(chǔ)辦理，節(jié)儉基礎(chǔ)花費(fèi)。⑤利用新式復(fù)合管材能夠大幅提高施工進(jìn)度，且管道安裝無混凝土保養(yǎng)期，能夠縮散工期。2．4落差辦理方法山地城市排水管道系統(tǒng)的落差辦理既是特點(diǎn)又是難點(diǎn)。因?yàn)樯降爻鞘械牡匦翁攸c(diǎn)是跌落多、落差大、跌落縱向距離短，甚至常常碰到豎直跌落(標(biāo)高突變)的狀況，因此落差辦理修建物是相當(dāng)多的l5]。落差辦理的基本目標(biāo)是：連接上、下游排水管道及水流；擁有必定的消能和穩(wěn)流功能，防止下游管道被過分沖洗。筆者在山地城市排水工程設(shè)計(jì)中，綜合了水力學(xué)理論、水工領(lǐng)域工程實(shí)踐以及重慶市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了一些卓有成效的落差辦理方法。2．4．1跌落型落差修建物①跌水井跌水井是排水系統(tǒng)中最常用的落差修建物。國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集

02S515中跌水井有豎管式、豎槽式、階梯式三種種類，此中豎管式跌水井適于跌落管徑

D~<200mm、跌差為

1～6m的污水管；豎槽式跌水井適于跌落管徑

D=200～600mm、跌差為

1～4m的雨、污水管；階梯式跌水井則適于跌落管徑

D=700～1650mm、跌差為1～2m的雨、污水管(此種形式可列為斜坡型)。在實(shí)質(zhì)工程中，除了按標(biāo)準(zhǔn)圖采納慣例的跌水井外，還可采納改良的豎槽式跌水井，其基本特點(diǎn)是：a．跌差能夠大于4m，最大可達(dá)二十多米，管徑一般達(dá)1m以上，井身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；b．跌水井井室分為兩孔(人孔和水孔)，基本工藝結(jié)構(gòu)見圖1；C．水孔為進(jìn)水端，必需時(shí)迎水面井墻采納防沖洗舉措，可在墻內(nèi)混凝土保護(hù)層中加鋼絲網(wǎng)或在表面裝可改換保護(hù)層(可采納玻璃鋼板等耐沖洗輕型資料

)；d．井底設(shè)緩沖消能池。水孔的底部低于出水管底

1．0m

左右，形成一個(gè)簡化的消能池，利用“水墊”進(jìn)行消能，其容積可按消能率進(jìn)行計(jì)算。一般因?yàn)榭臻g的限制實(shí)質(zhì)容積比計(jì)算所需容積小，并且也節(jié)儉了進(jìn)口、出口等整流結(jié)構(gòu)。季節(jié)性運(yùn)轉(zhuǎn)的跌水井(如分流制下的雨水跌水井)為防備雨水直接沖洗井底，可在井底擺上適合厚度的卵石緩沖層(粒徑一般大于100mm)。因?yàn)檫@類加高的跌水井工藝其實(shí)不完好切合理論計(jì)算結(jié)果，所以在工程中能夠采納一些結(jié)構(gòu)舉措進(jìn)行填補(bǔ)，設(shè)計(jì)中要注意保養(yǎng)及維修的便利。實(shí)質(zhì)工程中該工藝結(jié)構(gòu)形式也多種多樣，從重慶市幾十年的應(yīng)用看，成效仍是令人滿意的。②豎管式跌落管豎管式跌落管相當(dāng)于建筑物的落水管，在山地城市的排水系統(tǒng)中也很廣泛，適于小范圍的雨水排水和小流量的污水管道。該修建物可按落水管的計(jì)算方法計(jì)算，其上、下游都要設(shè)檢查井，頂部可采納順流三通與水平管連結(jié)，頂端用法蘭板關(guān)閉，必需時(shí)可翻開檢修。若采納塑料類管材，應(yīng)注意采納防老化、防沖擊舉措，并保證固定優(yōu)秀。③格柵式消能池格柵式消能池的消能機(jī)理包含分別水流、充分摻氣及多相作用，在水利工程中應(yīng)用較為廣泛。標(biāo)準(zhǔn)的格柵式消能池包含進(jìn)口段、格柵、消能池、出口段4部分，并有單級單層、單級多層、多級單層、多級多層等幾種種類。其特點(diǎn)是：a．消能充分，其消能率最高可達(dá)95％。b．對山城地形的適應(yīng)性好，因?yàn)樗鹘?jīng)過格柵后垂直著落，能解決短距離、大落差跌水的消能問題；同時(shí)，水流垂直著落伍，消能池尾端出水方向能夠改變以適應(yīng)較復(fù)雜的建地環(huán)境。C．修建物結(jié)構(gòu)簡單，可采納多層或多級模式，組合靈巧、工程量少。2．4．2斜坡型落差辦理①階梯式(跌坎)該種辦理方式適于高差較大且有必定縱向長度的雨、污水管道的落差辦理。為保證消能成效，標(biāo)準(zhǔn)的階梯跌落分為進(jìn)口段、階梯跌落段、下端消能池及出口段4部分。進(jìn)、出口段是為保證消能成效而起到調(diào)整水流狀態(tài)的作用，階梯段和消能池則起到上、下游連接及消能的作用。城區(qū)雨水管及所有污水管應(yīng)采納關(guān)閉式，并在上、下游設(shè)置人孔等檢修保護(hù)設(shè)備；郊區(qū)雨水系統(tǒng)可采納敞開式。在實(shí)質(zhì)工程中，因?yàn)閳鏊蓿?dāng)?shù)畈淮髸r(shí)可省去進(jìn)口、出口段甚至消能池。②斜槽(急流槽、滑槽)標(biāo)準(zhǔn)的急流槽也分為進(jìn)口段、斜槽、下端消能池及出口段4部分，斜槽斷面可為矩形、倒梯形及半圓形等，必需時(shí)可在槽內(nèi)加設(shè)消能齒等加強(qiáng)消能功能。關(guān)于污水管道，應(yīng)采納關(guān)閉式的斜槽。③斜管式該種辦理方式相當(dāng)于關(guān)閉的急流槽，適于管徑較小的排水管道，實(shí)質(zhì)工程中也實(shí)用于管徑為1m的管道。上述三種落差修建物除主體部格外，其他結(jié)構(gòu)基真同樣。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：a．設(shè)計(jì)的基本參數(shù)為流量、管徑、落差、縱向距離等，依據(jù)不一樣的狀況選擇不一樣的跌落方式；b．各樣修建物均有必定的最正確跌差范圍，一次跌落不可以太大(若有資料建議急流槽和斜管跌差一般不超出4．5m)E6]，當(dāng)落差較大時(shí)可分級進(jìn)行跌落，各級應(yīng)盡量按各自完好的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；c．因?yàn)槁洳钚藿ㄎ锒嘣O(shè)于地形、地質(zhì)變化較大的地方，故應(yīng)注意修建物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。④多級格柵式消能池多級格柵式消能池將落差分級辦理，同時(shí)在縱向上適應(yīng)斜坡線，所以也可視為斜坡型落差修建物。3結(jié)論①探究山地城市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題不只能夠填補(bǔ)規(guī)范及工程資料不足的現(xiàn)狀，并且也