08-第九章-2污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)與計(jì)算.ppt

9.3 污水管道設(shè)計(jì)參數(shù),9.3.4 最小設(shè)計(jì)坡度（i）,9.3.5 污水管道埋設(shè)深度,9.3.6 污水管道的銜接,9.3 污水管道設(shè)計(jì)參數(shù),污水管道水力計(jì)算的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)充滿度（h/d）,設(shè)計(jì)流速（v）,最小管徑（d）,最小設(shè)計(jì)坡度（i）,五個(gè)參數(shù)還少一個(gè)? 流量(一般為已知條件),假設(shè)兩個(gè),求另兩個(gè),但最終所有參數(shù)要滿足相關(guān)條件.,9.3.1 設(shè)計(jì)充滿度（h/d）,指設(shè)計(jì)流量下，管道內(nèi)的有效水深與管徑的比值。,h/d =1時(shí)，滿流,h/d 1時(shí)，非滿流,管徑越大，最大充滿度越大.,管徑（d）或暗渠高（h） （mm）,最大充滿度（h/d）,200300 350450 500900 1000,0.55 0.65 0.70 0.75,h,d,室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，最大充滿度為：,為什么要做最大設(shè)計(jì)充滿度的規(guī)定？(污水管道為什么應(yīng)按非滿流設(shè)計(jì)?),1、預(yù)留一定的過水能力，防止水量變化的沖擊， 為未預(yù)見水量的增長留有余地； 2、有利于管道內(nèi)的通風(fēng)； 3、便于管道的疏通和維護(hù)管理。,（2）設(shè)計(jì)流速,與設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)充滿度相應(yīng)的污水平均流速。,最小設(shè)計(jì)流速：不淤流速 是保證管道內(nèi)不發(fā)生淤積的流速，與污水中所含雜質(zhì)有關(guān)； 污水管渠v為0.6m/s； 明渠v0.4m/s,最大設(shè)計(jì)流速：不沖流速 是保證管道不被沖刷破壞的流速，與管道材料有關(guān)； 金屬管道的v10m/s； 非金屬管道v5m/s。,為了防止管道中產(chǎn)生淤積和沖刷，設(shè)計(jì)流帶應(yīng)限制在最大和最小設(shè)計(jì)流速范圍內(nèi)。 對(duì)于排水管網(wǎng)，一般鋼筋混凝土管流速0.6m/s v5m/s 工業(yè)廢水的最小設(shè)計(jì)流速要根據(jù)試驗(yàn)或調(diào)查研究決定。,（3）最小管徑,1。 街坊管最小管徑為200mm，街道管最小管徑為300mm。 2。 規(guī)定最小管徑的原因：管徑過小，易堵塞，養(yǎng)護(hù)不便；較大管徑，坡度較小，可使埋深減小 3。不計(jì)算管段 在管道起端由于流量較小，通過水力計(jì)算查得的管徑小于最小管徑，對(duì)于這樣的管段可不用再進(jìn)行其他的水力計(jì)算，而直接采用最小管徑和相應(yīng)的最小坡度，這樣的管段稱為不計(jì)算管段。,（4）最小設(shè)計(jì)坡度,相應(yīng)于最小設(shè)計(jì)流速的坡度為最小設(shè)計(jì)坡度，最小設(shè)計(jì)坡度是保證不發(fā)生淤積時(shí)的坡度。,（1）,（2）,（3）,規(guī)定：管徑200mm的最小設(shè)計(jì)坡度為0.004； 管徑300mm的最小設(shè)計(jì)坡度為0.003。,設(shè)計(jì)充滿度一定時(shí)，管徑越大，最小設(shè)計(jì)坡度越小。為什么?(見下頁),r過水?dāng)嗝嫠Π霃剑磾嗝婷娣e除以濕周,m， 圓管滿流r=0.25d； v(最小設(shè)計(jì)流速)一定時(shí),管徑增大,則最小設(shè)計(jì)坡度減小,（5）污水管道的埋設(shè)深度,1。管道的埋設(shè)深度 2。覆土厚度 以上1、2兩值都能說明管道的埋設(shè)深度，為了降低造價(jià)，縮短工期，管道埋深越小越好； 但是有一個(gè)限值，否則不能滿足技術(shù)上的要求。（經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可行則為最優(yōu)方案）此即為最小覆土厚度,覆土厚度,埋設(shè)深度,地面,管道,3。最小覆土厚度,覆土厚度,埋設(shè)深度,決定污水管道最小覆土厚度的因素：,冰凍線的要求,地面荷載,滿足街坊管連接要求,地面,管道,室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：管頂最小覆土厚度應(yīng)根據(jù)管材強(qiáng)度、外部荷載、土壤冰凍深度和土壤性質(zhì)等條件，結(jié)合當(dāng)?shù)芈窆芙?jīng)驗(yàn)確定。,防止地面荷載破壞管道 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：滿足地面荷載要求：車行道 下最小覆土厚度0.7m，人行道下0.6米。 滿足防冰凍要求： 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：無保溫措施的生活污水管道，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，距離可以加大。 滿足街坊污水連接管銜接要求：,從以上三個(gè)因素出發(fā)，可以得到三個(gè)不同的覆土厚度， 最大值就是這一管段的允許最小覆土厚度。,3。最大埋深,根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及施工方法決定。 在干燥土壤中，溝道最大埋深一般不超過78m；在多水、流沙、石灰?guī)r地層中，一般不超過5m。,污水管道在管徑、坡度、高程、方向發(fā)生變化及支管接處的地方都需要設(shè)置檢查井，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮在檢查井內(nèi)上下游管道銜接的高程關(guān)系問題。 1。銜接原則： （1）盡可能提高下游管段的高程，以減少埋深，從而降低造價(jià)，在平坦地區(qū)這點(diǎn)尤其重要； （2）避免在上游管段中形成回水而造成淤積； （3）不允許下游管段的管底和水面高于上游溝段的管底和水面。,（6）污水管道的銜接,2。銜接方法：,水面平接：上游管段末端和下游管段起端在指定的設(shè)計(jì)充滿度下的水面標(biāo)高相平。 優(yōu)：下游埋深增加較小， 缺：易形成回水（上游流量較小，流量變化較大，短期內(nèi)實(shí)際水面低于設(shè)計(jì)水面） 適用于：上下游管徑相同時(shí)，平坦地區(qū)。,管頂平接：上游管段末端和下游管段起端在指定的設(shè)計(jì)充滿度下的管頂標(biāo)高相同。 優(yōu)：不易形成回水 缺：下游埋深增加較大， （管內(nèi)水面有一定落差） 適用于：上下游管徑不同時(shí)，地面坡度較大或下游管徑大于上游。,一般情況下， 管徑不同，采用管頂平接。 管徑相同，采用水面平接。,特殊情況：（詳見后） 1。同管徑，坡度變陡，管頂平接。 2。下游管徑小于上游管徑（坡度變陡），管底平接。,在一般情況下，管徑不同采用管頂平接。有時(shí)，當(dāng)上下游管段管徑相同而下游管段的充滿度小于上游管段的充滿度時(shí)，(由小坡度轉(zhuǎn)入較陡的坡度時(shí)，可能出現(xiàn)這種情況)則可采用管頂平接。,特殊情況1： 同管徑，坡度變陡，管頂平接。,在特殊情況下，下游管段的管徑小于上游管段的管徑(坡度突然變陡時(shí)可能出現(xiàn)這種情況)，而不能采用管頂平接或水面平接時(shí)，采用管底平接以防下游管段的管底高于上游管段的管底。,特殊情況2： 下游管徑小于上游管徑（坡度變陡），管底平接。,總之，管段的銜接是以盡量減少管道埋深為前提，無論采用哪種銜接方式 ，在檢查井處不應(yīng)發(fā)生 下游管底高于上游管底； 下游水位高于上游水位,污水管道水力學(xué)設(shè)計(jì),9.4 污水管網(wǎng)水力計(jì)算,污水管網(wǎng)水力計(jì)算的首要問題:,分析設(shè)計(jì)地區(qū)的地形等實(shí)際情況 考慮規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)參數(shù),管道坡度的確定,盡可能與地面坡度平行，減小管道埋深； 保證合理的設(shè)計(jì)流速，不淤積和沖刷。 在保證流速和充滿度的前提下： 管徑大，坡度?。?管徑小，坡度大。 矛盾，考慮經(jīng)濟(jì)性問題。,不計(jì)算管段定義（前面已講） 當(dāng)設(shè)計(jì)流量小于一定值時(shí)，通過水力計(jì)算查得的管徑小于最小管徑，對(duì)于這樣的管段可不用再進(jìn)行其他的水力計(jì)算，而直接采用最小管徑和相應(yīng)的最小坡度，這樣的管段稱為不計(jì)算管段。 街區(qū)和廠區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)流量小于9.19l/s時(shí)，直接采用200mm管徑，4坡度； 街道下設(shè)計(jì)流量小于14.36l/s時(shí)，直接采用300mm管徑，3坡度。,（1）不計(jì)算管段的確定,（2）較大坡度地區(qū)管段設(shè)計(jì),沿地面坡度敷設(shè)，滿足最小流速。 (坡度較大,則流速較大,最小設(shè)計(jì)流速肯定滿足; 主要是要選用滿足最大充滿度要求的最小管徑) 流量 期望坡度 管徑，流速（比例換算法，附圖1） 最大充滿度 流量 期望坡度 充滿度和流速（比例換算法，水力圖） 管徑,（1）,非滿管流計(jì)算圖,坡度,期望坡度：公式:p225, 9.10 地面坡度：,（3）平坦或反坡地區(qū)管段設(shè)計(jì),給定流量， 選小管，則本段管材造價(jià)低，但i較大，下游埋深增加較大，造價(jià)提高。 選大管，則本段管材造價(jià)高，但i較小，下游埋深增加較小，造價(jià)降低。 但管徑過大，流速過小，則為了達(dá)到最小設(shè)計(jì)流速，需增大坡度，則也不經(jīng)濟(jì)。 造價(jià)影響最大的是埋深。故一般采用下表中的最大管徑。 管網(wǎng)末端或流量較大時(shí)可采用小1-3級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)管徑。,（2）,（3）,平坦或反坡地區(qū)管段設(shè)計(jì),流量 最大管徑 充滿度，坡度（比例換算法； 最小流速 水力圖） 流量 管徑（附圖1） 充滿度，流速（比例換算法； 坡度 水力圖）,（3）管段銜接設(shè)計(jì),由上游向下游進(jìn)行。 先確定管段起點(diǎn)埋深?？刂泣c(diǎn)（詳見后） 流量 管徑，坡度，充滿度，管長 銜接方式，計(jì)算埋深,基本概念,確定管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點(diǎn)。 p217例中離污水廠較遠(yuǎn)的干管起點(diǎn)有8、11、15及工廠出水口1點(diǎn)，這些點(diǎn)都可能成為管道系統(tǒng)的控制點(diǎn)。1點(diǎn)的埋深受冰凍深度和工廠廢水排出口埋深的影響，由于冰凍深度為1.40 m，工廠排出口埋深為2.0 m，1點(diǎn)的埋深主要受工廠排出口埋深的控制。8、11、15三點(diǎn)的埋深可由冰凍深度及最小覆土厚度的限值決定，但因干管與等高線垂直布置，干管坡度可與地面坡度相近，因此埋深增加不多，整個(gè)管線上又無個(gè)別低洼點(diǎn)，故8、11、15三點(diǎn)的埋深不能控制整個(gè)主干管的埋設(shè)深度。 對(duì)主干管埋深起決定作用的控制點(diǎn)則是1點(diǎn)。,水力計(jì)算自上游管段依次向下游管段進(jìn)行，隨著設(shè)計(jì)流量逐段增加，設(shè)計(jì)流速也應(yīng)相應(yīng)增加。如流量保持不變，流速不應(yīng)減小。只有當(dāng)坡度大的管道接到坡度小的管道時(shí)，下游管段的流速已大于1.0 m/s（陶土管）或1.2 m/s（混凝土、鋼筋混凝土管道）的情況下，設(shè)計(jì)流速才允許減小。 在旁側(cè)管與干管的連接點(diǎn)上，為避免旁側(cè)管和干管產(chǎn)生逆水和回水，旁側(cè)管中的設(shè)計(jì)流速不應(yīng)大于干管中的設(shè)計(jì)流速。 設(shè)計(jì)流量逐段增加，設(shè)計(jì)管徑也應(yīng)逐段增大，但當(dāng)坡度小的管道接到坡度大的管道時(shí)，管徑才可減小，但縮小的范圍不得超過50100 mm，并不得小于最小管徑。,污水管道水力計(jì)算舉例,解： 1、確定管徑和坡度 由于上游管段的覆土厚度較大，設(shè)計(jì)管段坡度應(yīng)盡量小于地面坡度以減少埋深。 （1）比例換算法 為減小坡度，流量 最大管徑350 坡度0.0015 （附圖1） （管徑300，坡度0.0058 ，大于地面坡度，不適合） 流量40l/s 管徑350mm 流速0.61m/s，充滿度0.65 （例3.1） 坡度0.0015,（2）查水力計(jì)算圖法 a:令d300mm，查圖. 當(dāng)d300mm，q40l/s，h/d=0.55時(shí)， i0.0058i0.0024， 不符合本題應(yīng)盡量減少埋深的原則； 令v0.6m/s時(shí)，h/d0.900.55，也不符合要求。,i=0.00580.0024,h/d=0.90.55,（2）水力計(jì)算圖,b:令d350mm，查圖. 當(dāng)d350mm，q40l/s， v0.6m/s時(shí), h/d=0.660.65，不合格。 令h/d=0.65 時(shí)，v0.610.6m/s，符合要求。 i =0.00150.0024，比較合適。,h/d=0.660.65，不合格,i =0.00150.0024，比較合適,c、采用d400 mm？查圖。 當(dāng)d400mm，q40l/s，v0.6m/s時(shí)，h/d0.53， i0.00145。 與d350mm相比較，管道設(shè)計(jì)坡度基本相同，管道容積未充分利用， 另外，管道口徑一般不跳級(jí)增加。 所以d350mm，i0.0015的設(shè)計(jì)為好。,根據(jù)流量選管徑的步驟：,（1）根據(jù)q確定d、v、h/d、i （p221） 確定起始管徑；用d、q、i查v、h/d；再校核各個(gè)約束條件。 確定其它管段的管徑。隨設(shè)計(jì)流量增加加大一級(jí)或兩級(jí)管徑（50mm）,v 保持不變或漸大，根據(jù)d、q、 v查h/d、 i （2）在查水力計(jì)算表或圖時(shí)，存在一個(gè)試算的過程，最終滿足五個(gè)水力參數(shù)之間相互制約的關(guān)系。 （3）約束條件：v、h/d、 i,選定管徑之后,則要進(jìn)行銜接計(jì)算.,確定銜接方式和高程,例 1 已知上游管段管徑d300mm，充滿度h/d為0.55，地面高程為46.060m，覆土厚度為1.54m。 設(shè)計(jì)管段（即下游管段）長度l為240m；d350mm，i0.0015，h/d=0.65；（忽略管壁厚度 ） 求：設(shè)計(jì)管段高程。,44.220+0.300,44.220+0.300-0.350,2、確定銜接方式和高程,采用管頂平接？,例9。3 水力計(jì)算步驟： 1。已知數(shù)據(jù) 1。從管道平面布置圖上量出每一設(shè)計(jì)管段的長度，列入表中第2項(xiàng)； 2。將計(jì)算所得的各設(shè)計(jì)管段的設(shè)計(jì)流量列入表中第3項(xiàng)； 3。將設(shè)計(jì)管段起迄點(diǎn)檢查井入地面標(biāo)高列入表中第1、10、11項(xiàng)； 2。計(jì)算每一設(shè)計(jì)管段的地面坡度，作為管道參考坡度； 3。確定起始管段的管徑及設(shè)計(jì)流速v、i、h/d 4。確定其它管段的d、v、i、h/d 5。確定控制點(diǎn)位置，并擬定管段起點(diǎn)埋深； 6。進(jìn)行銜接計(jì)算，得出各管段上、下端的水面、管內(nèi)底標(biāo)高和埋深。,6、水力計(jì)算注意問題,控制點(diǎn)選擇（控制起點(diǎn)埋深） 管道坡度與地面坡度 設(shè)計(jì)流速與設(shè)計(jì)管徑 注意水頭損失（沿程損失，管道的降落量） 旁側(cè)支管連接（當(dāng)有兩個(gè)上游端的標(biāo)高時(shí)）,95 繪制管道平面圖和縱剖面圖 平面圖和縱剖面圖是排水管道設(shè)計(jì)的主要組成部分。污水管道設(shè)計(jì)和雨水管道設(shè)計(jì)均應(yīng)繪制相應(yīng)的管道平面圖和