第2章污水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)3匯編

1、第第3節(jié)節(jié) 污水管道的水力計(jì)算污水管道的水力計(jì)算一、污水管道中污水流動(dòng)的特點(diǎn)一、污水管道中污水流動(dòng)的特點(diǎn)l枝狀管網(wǎng)l重力流l含有有機(jī)物和無(wú)機(jī)物l比重小的漂??；較重的懸浮；最重的沿著管底移動(dòng)或淤積l污水中水分一般在99以上，可假定污水的流動(dòng)按照一般液體流動(dòng)的規(guī)律，l假定管道內(nèi)水流是均勻流。l但污水管道中實(shí)測(cè)流速是有變化的。同時(shí)流量也在變化，因此污水管道內(nèi)水流實(shí)際不是均勻流二、水力計(jì)算的基本公式二、水力計(jì)算的基本公式l水力計(jì)算的目的：l合理的經(jīng)濟(jì)的選擇管道斷面尺寸、坡度和埋深l在設(shè)計(jì)與施工中注意改善管道的水力條件，可使管內(nèi)污水的流動(dòng)狀態(tài)盡可能地接近均勻流(圖22)，以及變速流公式計(jì)算的復(fù)雜性和污水

2、流動(dòng)的變化未定，即使采用變速流公式計(jì)算也很難保證精確。l因此。為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，目前在排水管道的水力計(jì)算中仍采用均勻流公式l常用的均勻流基本公式有：式中 Q流量(m3/s)； A過(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m2) v流速(m/s)； R水力半徑(過(guò)水?dāng)嗝婷娣e與濕周的比值)(m) I水力坡度(等于水面坡度，也等于管底坡度) C流速系數(shù)或稱謝才系數(shù)。流量公式流速公式vAQIRCvC值一般按曼寧公式計(jì)算，即：換算后得：式中 n管壁粗糙系數(shù)。三、污水管道水力計(jì)算的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)三、污水管道水力計(jì)算的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)l 1設(shè)計(jì)充滿度概念：在設(shè)計(jì)流量下、污水在管道中的水深h和管道直徑D的比值稱為設(shè)計(jì)充滿度(或水深比)，說(shuō)明：h/D1

3、時(shí)稱為滿流,h/Dl時(shí)稱為不滿流l最大設(shè)計(jì)充滿度：污水管道按非滿流設(shè)計(jì)的原因：l (1)污水流量時(shí)刻在變化，很難精確計(jì)算，而且雨水或地下水可能通過(guò)檢查井蓋或管道接口滲人污水管道。因此，有必要保留一部分管道斷面，為未預(yù)見(jiàn)水量的增長(zhǎng)留有余地，避免污水溢出妨礙環(huán)境衛(wèi)生。l (2)污水管道內(nèi)沉積的污泥可能分解析出一些有害氣體。此外，污水中如含有汽油、苯、石油等易燃液體時(shí)，可能形成爆炸性氣體。故需留出適當(dāng)?shù)目臻g，以利管道的通風(fēng)，排除有害氣體，對(duì)防止瞥道爆炸有良好效果。l (3)便于管道的疏通和維護(hù)管理。2.設(shè)計(jì)流速設(shè)計(jì)流速l設(shè)計(jì)流速：和設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)充滿度相應(yīng)的水流平均速度叫做。l 最小設(shè)計(jì)流速：是保證

4、管道內(nèi)不致發(fā)生淤積的流速。l這一最低的限值與污水中所含懸浮物的成分和粒度有關(guān)；與管道的水力半徑，管壁的粗糙系數(shù)有關(guān)。l污水管道的最小設(shè)計(jì)流速定為0.6m/s。含有金屑、礦物固體或重油雜質(zhì)的生產(chǎn)污水管道，其最小設(shè)計(jì)流速宜適當(dāng)加大，其值要根據(jù)試驗(yàn)或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。l最大設(shè)計(jì)流速：是保證管道不被沖刷損壞的流速。l該值與管道材科有關(guān)，通常，金屬管道的最大設(shè)計(jì)流速為10m/s，非金屬管道的最大設(shè)計(jì)流速為5m/s。 3最小管徑最小管徑l一般在污水管道系統(tǒng)的上游部分，設(shè)計(jì)污水流量很小，若根據(jù)流量計(jì)算，則管徑會(huì)很小。l根據(jù)養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)證明，管徑過(guò)小極易堵塞，比如150mm支管的堵塞次數(shù)，有時(shí)達(dá)到200mm支管堵塞次

5、數(shù)的兩倍，使養(yǎng)護(hù)管道的費(fèi)用增加。而200mm與150mm管道在同樣埋探下，施工費(fèi)用相差不多。l此外，因采用較大的管徑，可選用較小的坡度，使管道埋深減小。因此，為了養(yǎng)護(hù)工作的方便，常規(guī)定一個(gè)允許的最小管徑。l在街區(qū)和廠區(qū)內(nèi)最小管徑為200mm，在街道下為300mm。l在進(jìn)行管道水力計(jì)算時(shí)，上游管段由于服務(wù)的排水面積小，因而設(shè)計(jì)流量小，按此流量計(jì)算得出的管徑小于最小管徑，此時(shí)就采用最小管徑值。l因此，一般可根據(jù)最小管徑在最小設(shè)計(jì)流速和最大充滿度情況下能通過(guò)的最大流量值，從而進(jìn)一步估算出設(shè)計(jì)管段服務(wù)的排水面積。若設(shè)計(jì)管段服務(wù)的排水面積小于此值，即直接采用最小管徑和相應(yīng)的最小坡度而不再進(jìn)行水力計(jì)算。這

6、種管段稱為不計(jì)算管段。l在這些管段中，當(dāng)有適當(dāng)?shù)臎_洗水源時(shí)，可考慮設(shè)置沖洗井。4最小設(shè)計(jì)坡度最小設(shè)計(jì)坡度l最小設(shè)計(jì)坡度：指相應(yīng)于管內(nèi)流速為最小設(shè)計(jì)流速時(shí)的管道坡度。l不同管徑的污水管道應(yīng)有不同的最小坡度。l管徑相同的管道，因充滿度不同，其最小坡度也不同。當(dāng)在給定設(shè)計(jì)充滿度條件下，管徑越大，相應(yīng)的最小設(shè)計(jì)坡度值也就越小。所以只需規(guī)定最小管徑的最小設(shè)計(jì)坡度值即可。l具體規(guī)定是：管徑200mm的最小設(shè)計(jì)坡度0.004；管徑300mm的最小設(shè)計(jì)坡度0.003。 l在給定管徑和坡度的圓形管道中，滿流與半滿流運(yùn)行時(shí)的流速是相等的，處于滿流與半滿流之間的理論流速則略大一些，而隨著水深降至半滿流以下，則其流速

7、逐漸下降，詳見(jiàn)表29。故在確定最小管徑的最小坡度時(shí)采用的設(shè)計(jì)充滿度為0.50四、污水管道的埋設(shè)深度四、污水管道的埋設(shè)深度l 污水管網(wǎng)占污水工程總投資的50一75，而構(gòu)成污水管道造價(jià)的挖填溝槽，溝槽支撐，濕土排水，管道基礎(chǔ)，管道鋪設(shè)各部分的比重，與管道的埋沒(méi)深度及開(kāi)槽支撐方式有很大關(guān)系。l在實(shí)際工程中，同一直徑的管道，采用的管材、接口和基礎(chǔ)型式均相同，因其埋設(shè)深度不同，管道單位長(zhǎng)度的工程費(fèi)用相差較大。因此，合理地確定管道埋深對(duì)于降低了程造價(jià)是十分重要的。在土質(zhì)較差、地下水位較高的地區(qū)，若能設(shè)法減小管道理深，對(duì)于降低工程造價(jià)尤為明顯l1覆土厚度指管道外壁頂部到地面的距離l2埋設(shè)深度指管道內(nèi)壁底到地

8、面的距離。最小覆土厚度的確定：l1必須防止管道內(nèi)污水冰凍和因土壤凍脹而損壞管道l設(shè)計(jì)時(shí)采用的土壤冰凍深度指多年平均值而非最大值l室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：無(wú)保溫措施的生活污水管道或水溫與生活污水接近的工業(yè)廢水管道，管底可埋設(shè)在冰凍線以上0.15m。有保溫措施或水溫較高的管道，管底在冰凍線以上的距離可以加大，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)該地區(qū)或條件相似地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)確定l2必須防止管壁因地面荷載而受到破壞l靜荷載和動(dòng)荷載。l車(chē)行道下污水管最小覆土厚度不宜小于0.7m。非車(chē)行道下的污水管道若能滿足管道銜接的要求以及無(wú)動(dòng)荷載的影響，其最小覆土厚度值也可適當(dāng)減小。l3必須滿足街區(qū)污水連接管銜接的要求Z2 H=h+ IL+Z1

9、-Z2+hlH街道污水管網(wǎng)起點(diǎn)的最小埋深(m)；lh街區(qū)污水管起點(diǎn)的最小埋深(m)；lZl街道污水管起點(diǎn)檢查井處地面標(biāo)高(m)；lZ2街區(qū)污水管起點(diǎn)檢查井處地面標(biāo)高(m)；lI街區(qū)污水管和連接支管的坡度；lL街區(qū)污水管和連接支管的總長(zhǎng)度(m)；lh連接支管與街道污水管的管內(nèi)底高差(m) 最小覆土厚度的確定：l取以上三項(xiàng)結(jié)果的最大值最大埋深l管道埋深允許的最大值稱為最大允許埋深。l該值的確定應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及施工方法而定，一般在干燥土壤中，最大埋深不超過(guò)78m；在多水、流砂、石灰?guī)r地層中，一股不超過(guò)5m。管網(wǎng)優(yōu)化管網(wǎng)優(yōu)化l對(duì)于污水管道系統(tǒng)，采用較大管徑則坡降較小，采用較小管徑則坡降增大。l管徑

10、大小只影響本管段的造價(jià)，坡降則影響其下游的各個(gè)管段，上游段增加的埋深可以導(dǎo)致下游各段均相應(yīng)增加埋深。l因此管徑的不同選擇存在降低本段管道造價(jià)與增加本段和下游各段敷設(shè)費(fèi)用的矛盾，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或依據(jù)優(yōu)化理論應(yīng)用計(jì)算機(jī)合理地選用管徑。 五、五、 污水管道水力計(jì)算的方法污水管道水力計(jì)算的方法常用計(jì)算方法：l水力計(jì)算圖l水力計(jì)算表第一段管道：lQ不設(shè)計(jì)流量，若D=200mm,取I=0.004,h/D=0.5，v=0.6m/slQ不設(shè)計(jì)流量，若D=300mm,取I=0.003,h/D=0.5, v=0.6m/s之后管段設(shè)計(jì)見(jiàn)例題水力計(jì)算圖法水力計(jì)算圖法l例題1：已知n=0.014、D300mm、I

11、0.004、Q30Ls，l求v和hD。l見(jiàn)p163V=0.82H/D=0.52l例題2：已知n=0.014、D400mm、 v0.9m/s、Q41L/s，l求I和h/D。l見(jiàn)p165I=0.0043h/D=0.39l例題3：已知n=0.014、 Q85L/s，且知上游v0.8m/s、上游D=400mm、l求本段D、v、I和h/D。最大充滿度v=0.98過(guò)大充滿度過(guò)大坡度可減小I=0.0017H/D=0.63過(guò)大V=0.8不合適I=0.0023H/D=0.59過(guò)大V=0.85過(guò)大不合適I=0.002H/D=0.52V=0.8合適l求得結(jié)果為：I=0.002H/D=0.52V=0.8D=500l例題4：已知n=0.014、 Q60L/s，v0.8m/s、l求D、I和h/D。l請(qǐng)同學(xué)們自己做！l答案：lD=400mmlI=0.0024lH/D=0.57lD=450lI=0.0024lH/D=0.48二者都可以