【文章內(nèi)容簡介】 管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總流量一般采用直接求和的方法進(jìn)行計(jì)算，即直接將上述各項(xiàng)污水設(shè)計(jì)流量計(jì)算結(jié)果相加，作為污水管道設(shè)計(jì)的依據(jù)，城市污水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總流量可用下式計(jì)算： 4321 Q ???? （ L/s） 污水管段設(shè)計(jì)流量的計(jì)算 污水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總 流量計(jì)算完畢后，還不能進(jìn)行管道系統(tǒng)的水力計(jì)算。為此還需在管網(wǎng)平面布置圖上劃分設(shè)計(jì)管段， 確定設(shè)計(jì)管段的起止點(diǎn)， 進(jìn)而求出各設(shè)計(jì)管段的設(shè)計(jì)流量。只有求出設(shè)計(jì)管段的設(shè)計(jì)流量，才能進(jìn)行設(shè)計(jì)管段的水力計(jì)算。 （ 1）設(shè)計(jì)管段的劃分 在污水管道系統(tǒng)上，為了便于管道的連接，通常在管徑改變、敷設(shè)坡度改變、管道轉(zhuǎn)向、支管接入、管道交匯的地方設(shè)置檢查井。對(duì)于兩個(gè)檢查井之間的連續(xù)管段，如果采用的設(shè)計(jì)流量不變，且采用同樣的管徑和坡度，則這樣的連續(xù)管段就稱為設(shè)計(jì)管段。設(shè)計(jì)管段兩端的檢查井稱為設(shè)計(jì)管段的起止檢查井（簡稱起迄點(diǎn)）。 工廠 圖 24 設(shè)計(jì)管段的設(shè)計(jì)流量 （ 2）設(shè)計(jì)管段的流量確定 如圖 24 所示，每一設(shè)計(jì)管段的污水設(shè)計(jì)流量可能包括以下 3 種流量。 a） 本段流量 q1 所謂本段流量是指從本管段沿線街坊流來的污水量。對(duì)于某一設(shè)計(jì)管段而言，它沿管線長度是變化的，即從管段起點(diǎn)為零逐漸增加到終點(diǎn)達(dá)到最大。為了計(jì)算的方便，通常假定本段流量是在起點(diǎn)檢查井集中進(jìn)入設(shè)計(jì)管段的，它的大小等于本管段服務(wù)面積上的全部污水量。一般用下式計(jì)算： zs1 KqFq ??? 式中 q1—— 設(shè)計(jì)管段的本段流量， L／ s； F—— 設(shè)計(jì)管段服務(wù)的街坊面積， hm2； KZ—— 生活污水量總變化系數(shù)； qs—— 生活污水比流量， L／ (s hm2)。 生活污水比流量可采用下式計(jì)算： 360024 ρnq s ??? 式中 n—— 生活污水定額或綜合生活污水定額， L／ (cap d)； ρ—— 人口密度， cap/ hm2。 b） 轉(zhuǎn)輸流量 q2 轉(zhuǎn)輸流量是指從上游管段和旁側(cè)管段流來的污水量。它對(duì)某一設(shè)計(jì)管段而言，是不發(fā)生變化的，但不同的設(shè)計(jì) 管段，可能有不同的轉(zhuǎn)輸流量。 c）集中流量 q3 集中流量是指從工業(yè)企業(yè)或其它大型公共設(shè)施流來的污水量。對(duì)某一設(shè)計(jì)管段而言，它 也不發(fā)生變化。 設(shè)計(jì)管段的設(shè)計(jì)流量是上述本段流量、轉(zhuǎn)輸流量和集中流量三者之和。 污水管道的水力計(jì)算 （ 1）污水管道中污水流動(dòng)的特點(diǎn) 污水在管道內(nèi)依靠管道兩端的水面高差從高處流向低處，是不承受壓力的，即為重力流。 污水中含有一定數(shù)量的懸浮物，它們有的漂浮于水面，有的懸浮于水中，有的則沉積在管底內(nèi)壁上。這與清水的流動(dòng)有所差別。但污水中的水分一般在 99％以上，所含懸浮物很少，因此， 可認(rèn)為污水的流動(dòng)遵循一般流體流動(dòng)的規(guī)律，工程設(shè)計(jì)時(shí)仍按水力學(xué)公式計(jì)算。 污水在管道中的流速隨時(shí)都在變化，但在直線管段上，當(dāng)流量沒有很大變化又無沉淀物時(shí)，可認(rèn)為污水的流動(dòng)接近均勻流。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)每一設(shè)計(jì)管段都按均勻流公式進(jìn)行計(jì)算。 （ 2）污水管道水力計(jì)算的設(shè)計(jì)參數(shù) 為保證污水管道的正常運(yùn)行，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)這些因素綜合考慮，提出了如下的計(jì)算控制參數(shù)，在污水管道設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，一般應(yīng)予以遵守。 a)設(shè)計(jì)充滿度 在設(shè)計(jì)流量下，污水在管道中的水深 h 與管道直徑 D 的比值（ h/D）稱為設(shè) 計(jì)充滿度，它表示污水在管道中的充 滿程度，如圖 25 所示。 圖 25 充滿度示意圖 當(dāng) h/D＝ 1 時(shí)稱為滿流； h/Dl 時(shí)稱為不滿流?！妒彝馀潘O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，污水管道按不滿流進(jìn)行設(shè)計(jì)，其最大設(shè)計(jì)充滿度的規(guī)定如表 23 所示。 表 23最大設(shè)計(jì)充滿度 管徑（ D）或暗渠高 （ H） （ mm） 最大充滿度（ h/D） 最小充滿度（ h/D） （參考） 200~300 350~450 500~900 ≥1000 () () () () 注：在計(jì)算污水管道充滿度時(shí)，不包括淋浴或短時(shí)間內(nèi)突然增加的污水量，但當(dāng)管徑小于或等于 300mm 時(shí)，應(yīng)按滿流復(fù)核。 規(guī)定 最大設(shè)計(jì)充滿度 的原因是： 1） 污水流量時(shí)刻在變化，很難精確計(jì)算，而且雨水可能通過檢查井蓋上的孔口流入，地下水也可能通過管道接口滲入污水管道。因此，有必要預(yù)留一部分管道斷面，為未預(yù)見水量的介入留出空間， 避免污水溢出妨礙環(huán)境衛(wèi)生，同時(shí)使?jié)B入的地下水能夠順利流泄。 2） 污水管道內(nèi)沉積的污泥可能分解析出一些有害氣體（如 CH H2S 等）。此外，污水中如含有汽油、苯、石油等易燃液體時(shí)，可能產(chǎn)生爆炸性氣體。故需留出適當(dāng)?shù)目臻g，以利管道的通風(fēng)，及時(shí)排除有害氣體及易爆氣體。 3） 便于管道的清通和養(yǎng)護(hù)管理。 表 23 所列的最大設(shè)計(jì)充滿度是設(shè)計(jì)污水管道時(shí)所采用的充滿度的最大限值，在進(jìn)行污水管道的水力計(jì)算時(shí)，所選用的充滿度不應(yīng)大于表 23 中規(guī)定的數(shù)值。但為了節(jié)約投資，合理地利用管道斷面，選用的設(shè)計(jì)充滿度也不應(yīng)過小。為 此，在 設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮最小設(shè)計(jì)充滿度作為設(shè)計(jì)充滿度的下限值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)各種管徑的最小設(shè)計(jì)充滿度不宜小于 。一般情況下設(shè)計(jì)充滿度最好不小于，對(duì)于管徑較大的管道設(shè)計(jì)充滿度以接近最大限值為好。 對(duì)于明渠，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)超高（即渠中水面到渠頂?shù)母叨龋┎恍∮?。 b） 設(shè)計(jì)流速 與設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)充滿度相對(duì)應(yīng)的水流平均速度稱為設(shè)計(jì)流速。設(shè)計(jì)流速過小，污水流動(dòng)緩慢，其中的懸浮物則易于沉淀淤積；反之，污水流速過高，雖然懸浮物不宜沉淀淤積，但可能會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生沖刷，甚至損壞管道使其壽命降低。為了防止管道內(nèi)產(chǎn)生沉淀淤 積或管壁遭受沖刷，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了污水管道的最小設(shè)計(jì)流速和最大設(shè)計(jì)流速。污水管道的設(shè)計(jì)流速應(yīng)在最小設(shè)計(jì)流速和最大設(shè)計(jì)流速范圍內(nèi)。 最小設(shè)計(jì)流速是保證管道內(nèi)不致發(fā)生沉淀淤積的流速。污水管道在設(shè)計(jì)充滿度下的最小設(shè)計(jì)流速為 。含有金屬、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，明渠的最小設(shè)計(jì)流速為 。 最大設(shè)計(jì)流速是保證管道不被沖刷損壞的流速。該值與管道材料有關(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。 c） 最小設(shè)計(jì)坡度 我國《室 外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：管徑為 200mm 時(shí)，最小設(shè)計(jì)坡度為 ；管徑為 300mm 時(shí)，最小設(shè)計(jì)坡度為 。 d） 最小管徑 我國《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：污水管道在街坊和廠區(qū)內(nèi)的最小管徑為200mm，在街道下的最小管徑為 300mm。 e） 污水管道的埋設(shè)深度 污水管道的土方施工占總投資的 50～ 70％，因此在保證工程質(zhì)量的條件下，減少 埋設(shè)深度 非常重要。 埋深概念： 覆土厚度：是指管道外壁頂部到地面的距離（圖 26）； 埋設(shè)深度：是指管道內(nèi)壁底部到地面的距離。 確定污水管道最小覆土厚度時(shí)，必須 考慮下列因素： 1） 防止冰凍膨脹而損壞管道 ： 生活污水溫度較高，即使在冬天水溫也不會(huì)低于 4℃。很多工業(yè)廢水的溫度也比較高。此外，污水管道按一定的坡度敷設(shè)，管內(nèi)污水經(jīng)常保持一定的流量，以一定的流速不斷流動(dòng)。因此，污水在管道內(nèi)是不會(huì)冰凍的，管道周圍的土壤也不會(huì)冰凍。所以，不必把整個(gè)污水管道都埋設(shè)在土壤冰凍線以下。但如果將管道全部埋設(shè)在冰凍線以上，則因土壤冰凍膨脹可能損壞管道基礎(chǔ)，從而損壞管道。 《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，冰凍層內(nèi)污水管道的埋設(shè)深度，應(yīng)根據(jù)流量 、水溫、水流情況和敷設(shè)位置等因素確定，一般應(yīng)符合下列規(guī)定：無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。 圖 26 管道埋深示意圖 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。 2） 防止管壁因地面荷載而破壞 ； 3） 滿足街坊污水連接管銜接的要求 。 L Z1 Z2 h H 出戶管 接戶管 街道污水管 連接支管 街區(qū)內(nèi)污水管 街道污水管最小埋深示意 H=｛ Z1－ [（ Z2－ h）－ I L]｝ +Δ h 式中： H—— 街道污水管網(wǎng)起點(diǎn)的 最小埋深， m； h—— 街坊污水管起點(diǎn)的最小埋深， ~； Z1—— 街道污水管起點(diǎn)檢查井處地面標(biāo)高， m； Z2—— 街坊污水管起點(diǎn)檢查井處地面標(biāo)高， m； I—— 街坊污水管和連接支管的坡度； L—— 街坊污水管和連接支管的總長度， m； Δ h—— 連接支管與街道污水管的管內(nèi)底高差， m。 最大埋深：一般在土壤干燥的地區(qū)，管道的最大埋深不超過 7～ 8m；在土質(zhì)差、地下水位較高的地區(qū)，一般不超過 5m。 最小覆土厚度：《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定： 最小覆土厚度在車行道下為，人行道下為 ，在保證管道不受外部荷重?fù)p壞是可適當(dāng)減小。 （ 3） 污水管道的 水力計(jì)算 a 水力計(jì)算的基本公式 vQ ??? IRCv ??? 式中 Q—— 流量， m3/s； ω—— 過水?dāng)嗝婷娣e， m2； v—— 流速， m/s； R—— 水力半徑（過水?dāng)嗝娣e與濕周的比值）， m； I—— 水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）； C—— 流速系數(shù)，或謝才 系數(shù)。 C值一般按曼寧公式計(jì)算，即 611 RnC ?? n—— 管壁粗糙系數(shù) b 污水管道水力計(jì)算的方法 1)需要計(jì)算的參數(shù)：流量 Q、管徑 D、坡度 I、流速 v、充滿度 h/D 和埋深H。 2)計(jì)算方法 在具體計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)流量 Q 和管道粗糙系數(shù) n 已知，還有管徑 D 、充滿度 h/D、管道坡度 I 和流速 v 是未知的，因此需要先假定 2 個(gè)求其它兩個(gè)，這樣的數(shù)學(xué)計(jì)算非常復(fù)雜，而且經(jīng)常要試算。為了簡化計(jì)算，常采用水力計(jì)算圖進(jìn)行。 對(duì)每一張水力計(jì)算圖而言，管徑 D 和粗糙系數(shù) n 是已知的， 圖上的曲線表示的是 Q、 v、 I、 h/D 之間的關(guān)系，這四個(gè)因素中，只要確定兩個(gè)因素，就可以通過圖查出其它兩個(gè)因素。計(jì)算時(shí)， Q 為已知， D 不知，應(yīng)確定 D。只要再知道一個(gè)因素就可以查圖計(jì)算了，通常情況下先想辦法假定坡度 I。 由 Q 和 I，就可查圖得出 v、 h/D →復(fù)核 v、 h/D 的設(shè)計(jì)規(guī)定→若符合，則該管段的 D、 I（ v、 h/D） 即確定。若不符合，重新設(shè)定 I 或管徑 D 進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算中涉及到管徑的假定。坡度和管徑的假定是相互制約的。 在有較大坡度地區(qū)時(shí)，先假定管道的敷設(shè)坡度 I，然后求出管徑 ， 管道坡度可以 先假定為地面坡度，管徑的選擇越小越好；在平坦或反坡地區(qū)時(shí)，先假定管道的直徑，然后求出敷設(shè)坡度 I 。 按上述方法，可以暫時(shí)確定出每一個(gè)管段的管徑和坡度。確定出的管徑和坡度還要進(jìn)行復(fù)核。 復(fù)核時(shí)，可以根據(jù)水力計(jì)算圖進(jìn)行查圖計(jì)算，當(dāng)計(jì)算出的 v、h/D 符合設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)，則初步確定的管徑和坡度即為所求，此時(shí)管道的 v、 h/D 也就計(jì)算出來了。若 v、 h/D 中有一個(gè)不符合設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)，則要調(diào)整管徑或管道坡度重新計(jì)算。 另外，在計(jì)算時(shí)，還要注意一點(diǎn)，就是不計(jì)算管段的水力計(jì)算。不計(jì)算管段一般在管網(wǎng)的起端，當(dāng)街坊起端流量小于 ，街道起端流量小于 時(shí)，管道分別采用 200mm和 300mm的管徑。 （ 4）確定各管段始點(diǎn)和終點(diǎn)的埋設(shè)深度（水面標(biāo)高、管底標(biāo)高） 即銜接設(shè)計(jì)，銜接設(shè)計(jì)也是由上游管段向下游管段進(jìn)行的。 1）首先確定第一個(gè)管段的起點(diǎn)、終點(diǎn)的埋深（管底標(biāo)高、水面標(biāo)高） a 確定出第一個(gè)管段的起點(diǎn)埋深 H1： 第一個(gè)管段的起點(diǎn)通常是管網(wǎng)的控制點(diǎn)。根據(jù)埋深的三個(gè)要求，確定出第一個(gè)管段的起點(diǎn)埋深 H1 b 起點(diǎn)的管底標(biāo)高 =起點(diǎn)的