排水管道设计

1、 n第一节 污水管渠水力设计原则 n第二节 水力学计算基本公式 n第三节 水力学算图 n第四节 主要设计参数 n第五节 管段的衔接 n第六节 管段水力学计算 沟道水流情况 n重力流:沟道中水流动时,水上方是大气, 具有自由表面,而其它三个方向受到沟道 固体界面限制,这种水流方式叫重力流又 叫明渠流. n管流:沟道有时在水压力流动这时水流方 式叫管流又叫压力流. 第一节 污水管渠水力设计原则 n不溢流 n不淤积 n不冲刷沟壁 n要注意通风 2 1 3 2 1 IR n v n第二节 水力学计算基本公式 Avqv 第 三 节 水 力 学 算 图 n算图分类 n不满流圆形管道 n满流圆形管道 n满流

2、矩形管道 n明渠流 n管道的埋设深度和覆土厚度管道的埋设深度和覆土厚度 n管道的埋设深度是指沟底的内壁到地面 的距离。 n管道的埋设度对整个沟道系统的造价和 施工影响很大，沟道愈深，则造价愈贵， 施工期愈长。 n所以，管道的埋设深度小些好，并有一并有一 个最大限值，这个限值称做最大埋深。个最大限值，这个限值称做最大埋深。 沟道的最大埋深需要根据技术经济指标 及施工方法决定。 在干燥土壤中，沟道最大 埋深一般不超过7-8m；在 多水、流沙、石灰岩地层 中，一般不超过5 m。 n管道的覆土厚度是指沟顶的外壁到地面的距离管道的覆土厚度是指沟顶的外壁到地面的距离 n管沟道埋深小些好，但是，沟道的覆土厚

3、度有 一个最小限值，称最小覆土厚度。最小覆土厚 度决定于下列三个因素： n必须防止沟道中的污水冰冻和因土壤冰冻膨 胀而损坏沟道； n必须防止沟壁被车辆造成的活荷重压坏； n必须满足支沟在衔接上的要求。 管段的衔接管段的衔接 n窨井上下游的管段在衔接时应遵循下述 原则： n尽可能提高下游管段的高程，以减少 埋深，从而降低造价，在平坦地区这点 尤其重要； n避免在上游管段中形成回水而造成淤 积； n不允许下游管段的沟底高于上游沟段 的沟底。 n管段的衔接方法通常采用： n沟顶平接 n水面平接 n沟底平接（在特殊情况下需要采 用） 乘插式乘插式企口式企口式平口式平口式 一、排水管道基础的组成一、排水

4、管道基础的组成 管道管道 管座管座 基础基础 垫层垫层 地基地基 排水管道的基础 三、污水管道水力计算的设计规定 设计充满度（h/D） 设计流速（v） 最小管径（D） 最小设计坡度（i） 2-3 2-3 污水管道的水力计算污水管道的水力计算 n管顶平接是指在水力学计算中，使上游 管段和下游管段的管顶内壁的高程相同。 n采用管顶平接时，上游管段产生回水的 可能性较小，但往往使下游管段的埋深 增加。 n水面平接是指在水力学计算中，使上游 管段和下游管段的水面高程相同。 n用水面平接时,常因管道中流量出现变化 时(主要是上游的小管道)而产生回水， 但下游管道的埋深可以浅些。为了减少 下游管道的埋深，

5、也有人建议在充满为 0.8处平接。 n沟底平接是指在水力学计算中，要使上 游沟段和下游沟段的沟底内壁的高程相 同 n在一般情况下，异管径沟段采用沟顶平在一般情况下，异管径沟段采用沟顶平 接。接。 n有时，当上下游沟段管径相同而下游沟 段的充盈深小于上游沟段的充盈深时， (由小坡度转入较陡的坡度时，可 n能出现这种情况)，也可采用沟顶平接。 n通常，同管径沟段往往是下游沟段的充通常，同管径沟段往往是下游沟段的充 盈深大于上游沟段的允盈深，避免上游盈深大于上游沟段的允盈深，避免上游 沟段中形成回水而采用水面平接沟段中形成回水而采用水面平接。 n在平坦地区，为了减少沟道埋深，异管 径的沟段有时也采用

6、水面平接或充满度 0.8处平接。 n当异管径沟段采用沟顶平接而发现下游 沟段的水面高于上游沟段的水面时(这种 情况并不常见)，应改用水面平接。 n在特殊情况下，下游管段的管径小于上 游管段的管径(坡度突然变陡时，可能出 现这种情况)，而不能采用管顶平接或水 面平接时，应采用管底平接以防下游沟 段的管底高于上游管段的沟底。 n为了减少管道系统的埋深，虽然下游管 管管径大于上游沟管管径，有时也可采 用管底平接。 n总之， n沟段的衔接是以尽量减少管道埋深 为前提，而且在窨井处不应发生: n 下游管底高于上游管底。 n下游水位高于上游水位。 （1）设计充满度（h/D） 指设计流量下，管道内的有效水深

7、与管径的比值。 h/D =1时，满流 h/D 1时，非满流 室外排水设计规范规定，最大充满度为：室外排水设计规范规定，最大充满度为： 管径（D）或暗渠高（H） （mm） 最大充满度（h/D） 200300 350450 500900 1000 0.55 (0.60) 0.65 (0.70) 0.70 (0.75) 0.75 (0.80) h D 为什么要做最大设计充满度的规定？ 1、预留一定的过水能力，防止水量变化的冲击， 为未预见水量的增长留有余地； 2、有利于管道内的通风； 3、便于管道的疏通和维护管理。 （2）设计流速 与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。 最小设计流速：是保证管道

8、内不发生淤积的流速， 与污水中所含杂质有关；国外很多专家认为最小流 速为0.6-0.75m/s，我国根据试验结果和运行经验确 定最小流速为0.6m/s。 最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速， 与管道材料有关；金属管道的最大流速为10m/s， 非金属管道的最大流速为5m/s。 *国内一些城市污水管道长期运行的情况说明， 超过上述最高限值，并未发生冲刷管道的现象。 （3）最小管径 1、为什么要规定最小管径？ 街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm。 2、什么叫不计算管段？ 在管道起端由于流量较小，通过水力计算查得的管径 小于最小管径，对于这样的管段可不用再进行其他的水力 计

9、算，而直接采用最小管径和相应的最小坡度，这样的管 段称为不计算管段。 （4）最小设计坡度 相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度，最 小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。 （1）（2）（3） 规定：管径200mm的最小设计坡度为0.004；管径 300mm的最小设计坡度为0.003；管径400mm 的最小设计坡度为0.0015。 四、污水管道的埋设深度 管道的埋设深度有两个意义： 覆 土 厚 度 埋 设 深 度 决定污水管道最小覆土厚度 的因素有哪些？ 冰冻线的要求 地面荷载 满足街坊管连接要求 地面 管道 2-3 2-3 污水管道的水力计算污水管道的水力计算 H=h+IL+Z1-Z2+h 式

10、中：H街道污水管网起点的最小埋深，m； h街坊污水管起点的最小埋深，0.60.7m； Z1街道污水管起点检查井检查井处地面标高，m； Z2街坊污水管起点检查井检查井处地面标高，m； I街坊污水管和连接支管的坡度； L街坊污水管和连接支管的总长度，m； h连接支管与街道污水管的管内底高差，m。 Z1 Z2 H h 连接支管 出户管 街坊污水管 街道污水管 L 温度与地层深度关系图 室外排水设计规范规定：无保温措施的生活室外排水设计规范规定：无保温措施的生活 污水管道，管底可埋设在冰冻线污水管道，管底可埋设在冰冻线以上以上0.150.15m m；有保温有保温 措施或水温较高的管道，距离可以加大。措

11、施或水温较高的管道，距离可以加大。 国外规范规定：污水管道最小埋深，应根据当国外规范规定：污水管道最小埋深，应根据当 地的养护经验确定。无养护资料时，采用如下数值：地的养护经验确定。无养护资料时，采用如下数值： 管径小于管径小于500500mmmm，管底在冰冻线上管底在冰冻线上0.30.3m m；管径大于管径大于 500500mmmm，为为0.50.5m m。 污水管道的埋设深度 管道的埋设深度有两个意义： 覆 土 厚 度 埋 设 深 度 决定污水管道最小覆土厚度 的因素有哪些？ 冰冻线的要求 地面荷载 满足街坊管连接要求 地面 管道 2-3 2-3 污水管道的水力计算污水管道的水力计算 H=

12、h+iL+h1-h2+h 式中：H街道污水管网起点的最小埋深，m； h街坊污水管起点的最小埋深，0.60.7m； h1街道污水管起点检查井检查井处地面标高，m； h2街坊污水管起点检查井检查井处地面标高，m； i街坊污水管和连接支管的坡度； L街坊污水管和连接支管的总长度，m； h连接支管与街道污水管的管内底高差，m。 Z1 Z2 H h 连接支管 出户管 街坊污水管 街道污水管 L 污水管道水力计算的方法 1、需要确定的参数 流量流量Q Q、管径管径D D、坡度坡度I I、流速流速v v、充满度充满度h/Dh/D和埋深和埋深H H。 2-3 2-3 污水管道的水力计算污水管道的水力计算 n2

13、、确定方法 n 首先根据已知资料，计算出流量首先根据已知资料，计算出流量Q，根根 据据Q值可初步确定管径值可初步确定管径D； n然后，根据然后，根据Q、D值，求值，求i、h/D、v值。值。 在这三个未知数中，还需知道一个参数，在这三个未知数中，还需知道一个参数， 才能求得另外两个，此时可以在三个参才能求得另外两个，此时可以在三个参 数中先假设一个值，比如流速为最小流数中先假设一个值，比如流速为最小流 速，或是坡度为最小坡度，或是充满度速，或是坡度为最小坡度，或是充满度 满足一定要求等，之后进行查表或查图，满足一定要求等，之后进行查表或查图， 就可得出其余两个未知数；就可得出其余两个未知数； n

14、最后要进行校核，若得出的两个参数满最后要进行校核，若得出的两个参数满 足其规定的要求，则计算完成，若不满足其规定的要求，则计算完成，若不满 足要求，则需调整假设值，甚至管径足要求，则需调整假设值，甚至管径D， 重新进行计算。重新进行计算。 例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。 例1 已知n=0.014,D=300mm, h/D =0.55,Q=32L/s,求v和I 。 Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗 Q渗指地下水渗入量，一般以单位管道延长米或 单位服务面积公顷计算，日本规定采用经验数据， 按每人每日最大污水量的10%-20%。 2-2 污水

15、设计流量的确定 城市及工业企业污水设计总流量： 第六节 管段水力计算 第七节倒虹管水力计算 n有关规定： n(1) 按满流计算 n(2) 倒虹管内流速一般采用1.2-1.5 m/s， 在条件困难时可适当降低，但不宜小于 0.9 m/s，且不得小于上游管渠中的流速。 当管内流速达不到0.9 m/s，应加定期冲 洗措施，冲洗流速不得小于1.2 m/s。 n(3) 倒虹管数量 n 越河道的倒虹管，一般敷设2条工作 管道； n 过小河、旱沟和洼地时，可敷设1条 工作管道； n 过特殊重要构筑物(如地下铁道)时， 应敷设3工作管道，2条工作1条备用。 n(4) 水平管的管顶距规划河底一般不小 于1m 常用排水泵 n1、离心泵、离心泵 n通常使用的排水泵是离心式的。城市排 水系统中常采用立式污水泵。 n2、混流泵、混流泵 n构造基本上与离心泵相同。 n3、轴流泵、轴流泵 n主流方向与泵轴平行。 n4、螺旋泵、螺旋泵 n最适于扬程较低，进水水位变化较小的场合。