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排水系统的基本概念、类型和布置要求

2019-11-18 浏览:0

基本概念

排水系统(sewerage system)是指排水的收集、输送、水质的处理和排放等设施以一定方式组合成的总体。 用以除涝、防渍、防盐的各级排水沟(管)道及建筑物的总称。它主要由田间排水调节网、各级排水沟、蓄涝湖泊、排水闸、抽排泵站和排水容泄区等组成(见图)。排水区的多余水量首先汇入田间排水调节网,然后经各级排水沟或经湖泊滞蓄后再由排水闸或抽排站排至容泄区。


分类


调节网

田间排水调节网的作用是汇集地面的降雨积水、降低地下水位和防止涝、渍及土壤次生盐碱化。田间排水调节网分明沟、暗沟(管)、竖井等几种。明沟主要用以排除地表径流,当明沟有足够的深度和间距时,也可以发挥控制地下水位的作用。明沟排水具有施工简单、投资少、见效快的优点,但开挖工程量大、占地多,而且存在坍坡、淤积、生长杂草等问题。暗管排水主要用以控制土壤水分和降低地下水位。由于它不占耕地,有利于机耕,近代世界各国已广泛采用。它的主要缺点是容易塌坡淤塞,施工时要注意质量和做好滤层。在地表透水性差而地层浅部有良好砂层时,可采用竖井排水或结合井灌起到排水作用。竖井排水可以形成较大的降深,能有效地控制地下水位,还可减少田间排水系统和土地平整工作量。但它需消耗能源,在地表土层透水系数过小或下部承压水的压力过高时,难以达到预期的排水效果。


排水沟道

排水沟道一般分为干沟、支沟、斗沟等数级,当排水面积较大或地形较复杂时,排水沟道级数可适当增加。它主要用以排水,有时也起到蓄水和滞水作用。通常采用明沟将涝(渍)水自流排入容泄区。但在一些地区,汛期外江水位高于排水区内的沟道水位,涝水不能自流排出,须设置泵站抽排。为了节省排水费用和能源,还要尽量利用排水区内的湖泊、洼地滞蓄一部分涝水。


布置要求

排水系统的布置应全面规划,尽量做到:

①排水沟道要处于控制面积的最低处,以求尽量自流排水。

②根据地形应将排水地区划分为高、中、低等片,做到高水高排,低水低排,自排为主,抽排为辅。

③排水干沟的出口应选择在容泄区水位较低和河床比较稳定的地方。

④下级排水沟道的布置要为上级沟道排水创造良好的条件,干沟要尽可能布置成直线。此外,排水沟布置要避开土质差的地带,以节省工程费用并使排水安全及时。

⑤在有外水入侵的排水区,应布置截流沟或撇洪沟,使外来的地面水和地下水直接引入排水干沟或容泄区。


类型

国内外关于城市高架桥桥面排水的方式有很多种,通过对不同高架桥桥面排水系统的归纳和总结,依据排水系统进水口截流方式的不同,可将高架桥桥面排水系统分为以下三类:进水口接泄水管直接下排方式、进水口接排水管和落水管沿桥墩下排方式、防撞栏杆外加排水槽的排水方式。


进水口接泄水管直接下排方式

该种排水方式是较为简单的高架桥桥面排水方式,适用于桥下无车辆通行的情况。桥面雨水通过桥面横纵坡汇集到雨水口,雨水口接横向排水管道(空心板时)或竖向排水管道(连续梁时)将雨水直接冲淋到桥下。目前,在国内外的高架桥排水设计规范中没有对桥面直接泄水的垂直高度给出明确规定,桥面径流中可能会带有腐蚀性的致污物,直接冲淋到桥梁构件会使其腐蚀或形成污垢,对高架桥结构造成不良影响。


进水口接排水管和落水管沿桥墩下排方式

该种排水方式是在进水口接泄水管直接下排方式的基础上增加了一定的排水管和落水管,桥面雨水通过排水管道排至桥下排水沟或排水口内,适用于桥下有车辆通行的情况。一些发达国家对桥面径流的排放有明确规定,要求采用排水管道和泄水管道将桥面水流引至桥下排水口。

在这种排水系统中,进水口的尺寸及间距选择会影响排水系统的泄水能力。如果进水口尺寸较小,就须减小雨水口间距(我国的桥面排水设计最小间距为5m)以能满足桥面排水的要求;当雨水口间距较小时,跨中雨水口截流的雨水需经过相当长度的纵向排水管才能到达桥墩处的落水管,在纵向排水管过长且铺设坡度较小的情况下,管内水流无法达到自净流速,水流中的杂质易在排水管道内沉淀,导致管道堵塞排水不畅。若只在桥墩处设置雨水口,桥面雨水口间距变大,纵向排水管道长度较短且铺设坡度较大,管内水流速度较大,满足水流自净的要求,不易形成管道阻塞,但进水口的尺寸也必须同时增大,宽度一般取为40cm左右。


防撞栏杆外加排水槽的排水方式

对于桥下有车辆通行的情况,为保证排水系统的维护和清通工作的便利,常在高架桥防撞墙外现浇一条排水槽,断面尺寸一般取30cmx SOcm。桥面雨水口接横向排水管道将桥面水流排至排水槽,水流经过排水槽通过横向排水管道和落水管道,沿桥墩排至高架桥桥下排水沟或排水口。该种方法的优点在于即使发生阻塞现象,也能及时发现并维护,但防撞栏杆外加排水槽对桥梁外观有一定影响。


改进方向

在高架桥桥面雨水排水系统设计中,桥面横纵坡的取值是影响桥面泄水流速和流量的重要因素,我国公路排水设计规范‘”规定高架桥桥面应具有不大于2%、不小于0.5%的排水坡度。在实际高架桥排水系统设计中,桥面坡度过小会导致桥面水流速度小、单位时间内汇水流量小,严重影响桥面排水系统的泄水效率,引起桥面积水;桥面坡度设计过大,单位时间内桥面的汇水流量较大,桥面汇水流量超过雨水口的泄水流量同样会造成桥面积水,且桥面坡度过大不利于行车安全。因此,高架桥桥面坡度的取值应综合考虑泄水流量与桥面积水的问题,在满足行车安全和规范要求的前提下,最大限度地为排水系统的泄水流量服务。

除了桥面坡度的取值,雨水口参数设计也是影响桥面泄水流量的因素,雨水口设计参数主要包括雨水口的尺寸、位置和间距。根据公路排水设计规范规定:桥面排水一般采用宽度为200-300mm、长度为300~400mm的矩形雨水口,顶部采用格栅盖板;雨水口的位置宜设在桥面行车道边缘处,最大泄水间距不宜超过20m。在雨水口设计中应满足桥面泄水流量的要求,避免造成雨水口浪费或不足。传统高架桥排水系统在雨水口顶部设置雨水蓖子,虽能拦截较大体积的杂物,但仍有部分杂物会通过雨水蓖子进入排水系统,沉积在排水横管内,堵塞排水管道,降低排水效率。因此,在高架桥排水系统设计中,应充分考虑排水系统的防堵问题,除采用雨水蓖子外还应在雨水口内增加防杂物的其他设施。

高架桥桥面排水不畅除了桥面坡度及雨水口的设置问题外,还有雨水口内漩流形成的掺气、雨水口的堵塞、排水管道泥沙沉积等问题,桥面坡度和雨水口设计只是改善传统高架桥排水的外部因素,若要从根本上解决强降雨条件下高架桥桥面上的积水问题,必须从原理上改变传统排水系统重力流的泄水方式。屋面虹吸排水系统的研究现状表明,在具有一定高差的条件下,排水系统中引进雨水斗装置能有效减少管内水流中的掺气量,使管内水流达到满流从而产生虹吸作用。城市高架桥在自身高度上具有一定的优势,满足产生虹吸作用的所需的高差,若要使其排水系统产生虹吸作用,关键在于去除水流中的空气达到满流。因此,高架桥排水系统设计时应在雨水口处设置一定的雨水斗装置,使水流中的水气分离,达到防旋流的目的,这是高架桥排水系统形成虹吸作用的关键。