常見問題
雨水篦子水力特性研究
更新時間??2021-12-03 08:17 閱讀
雨水篦子是常用的收水設(shè)施，起截流并泄除雨 水的作用。其泄水能力直接影響雨水的排除效果， 也間接影響道路交通安全。雨水篦子的體型對其 排水能力的影響，目前還很少有人進行研究。早在 20世紀(jì)四五十年代，前蘇聯(lián)、美國及我國都曾做過 雨水口泄水量試驗，得到了一些試驗結(jié)果，但都存在 一定的局限性，沒有提出比較系統(tǒng)的計算理論【172]。近 年來，廈門市市政工程設(shè)計院、空軍工程學(xué)院、重 慶建筑大學(xué)等單位的工程技術(shù)人員在這方面做了 不少研究【31，但都只是研究了雨水口的設(shè)計位置、 設(shè)置數(shù)量以及布置間距等對雨水口泄水能力的影 響，并沒有涉及到雨水口篦子體型對泄水的影響。 為此，以天津市海河隧道工程為依托對不同型式 的雨水篦子泄水能力做了系統(tǒng)的試驗研究，并對 試驗結(jié)果進行了系統(tǒng)地分析和總結(jié)。本文就4種 不同篦子的型式來分析篦子體型對隧道排水能力 的影響。
主要研究雨水篦子的水力特性，包括雨水篦子 上水流爬行長度與篦前水深、流量、隧道縱坡的關(guān) 系。具體內(nèi)容如下： (1)不同柵條角度的水篦子收水效果，研究柵 條角度對收水效果的影響； (2)不同縱坡水篦子的收水效果，研究隧道縱 坡對收水效果的影響。 結(jié)合該工程的道路設(shè)計和排水設(shè)計，為了對今后工程道路條件變化時有借鑒意義，確定以下實 驗參數(shù)： (1)雨水篦子的開孔與道路中心線迎水流方向 夾角為00，300，450，90。； (2)路面材料為瀝青混凝土路面，粗糙系數(shù)為 0．015； (3)雨水篦子材質(zhì)為球墨鑄鐵，長×寬=1．0 nl× 0．5 m，開孔率為0．48。 根據(jù)以上試驗參數(shù)，在雨水從駝峰點至橫截溝 篦子前具有相應(yīng)速度的情況下，通過實驗得出斷 面模型的收水能力。同時，測出斷面模型各道橫截 溝每延米的收水量、篦前水深和篦前流速，分析不 同篦型的收水效果，確定最佳排水篦型。
試驗段長6 m，寬1．0 m。路面水槽采用10 mm 有機玻璃制作。考慮到實際路面的粗糙度，試驗中 鋪了細(xì)粒沙模擬路面，粗糙度與實際路面基本相 似。試驗雨水篦子的形狀見圖2。篦子的平面形狀 均為矩形，選用1 000 mm×597 n'Hn。柵條厚度為 20 mm，肋梁厚度為30 mm，柵條凈間距為25 mm， 柵條高為40 mm[41。除0。柵條篦子用實際工程采用 的以外，其它3種均用木材按比例制作，再涂刷油 漆防水。整個試驗通過變換3種不同縱坡(橫坡固 定)4種篦型，在5種來流情況下：100 a一遇暴雨(Q=O．54 m3／s)、80 a一遇暴雨(Q=0．49 m3／s)、50 a一 遇暴雨(Q=0．38 m3／s)、5 a一遇(Q=0．32 m3／s)及1 a 一遇暴雨(Q=0．20 m3／s)進行了系統(tǒng)的試驗研究。
在相同來流流量下，由于篦子的形狀不同水 流在篦上的流態(tài)也均不相同，圖3為在來流量大 約為50 L／s時4種篦子上的流態(tài)情況。從圖3中 可以看出，相同情況下，0。柵條篦子的收水效果 較好，在流量為50 Us時水流全部通過篦子排出， 而45。和90。柵條的篦子部分水流開始躍過篦 子流向下游，從而減少了篦子的排水能力
水舌長度是評價篦子收水能力的重要指標(biāo)， 在相同來流條件下，水舌長度越小，表明篦子收水 能力越強。圖4表明，柵條角度為0。時，水舌長度 遠(yuǎn)低于其它角度情況，因為00柵條的篦子有水翅 現(xiàn)象產(chǎn)生，在較大流量時無法測量水舌長度，故0。 柵條的數(shù)據(jù)范圍較小。
篦前水深與單寬收水流量g(等于總流量g。減 去過篦流量口’)基本上呈線性關(guān)系，且隨著縱坡 的增大而減小。本研究縱坡從3．0％變到 4．0％，其變化幅度相對較小，盡管模型實測結(jié)果表 明不同的縱坡其水深有所不同，但在相同柵條角 度情況下，區(qū)分度不大。不同柵條角度對收水流量 的影響較為顯著，且在相同水深情況下，柵條角度 越大，收水流量越小，見圖5。由圖5可確定在某一 篦前水深的情況下其收水流量。在本試驗參數(shù)(縱 坡與柵條角度)范圍內(nèi)所有試驗數(shù)據(jù)的分散程度也 不是很大，若粗略估算水深與流量的關(guān)系，可將其 統(tǒng)一到一個經(jīng)驗關(guān)系中。
隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市地下管網(wǎng)的 規(guī)模不斷擴大，新建排水管道的敷設(shè)難度越來越 高，相應(yīng)出現(xiàn)管道的結(jié)構(gòu)性和功能性損壞現(xiàn)象顯 著增加。從經(jīng)濟效益和社會效益角度考慮，CIPP修 復(fù)技術(shù)以其施工時間短、對交通影響小、環(huán)保節(jié) 能、耐久強度高及適用范圍廣等優(yōu)點逐步顯現(xiàn)出 優(yōu)越性，市場占比逐年提高，逐漸成為排水管道養(yǎng) 護維修的一個新手段。因此，對排水管道的非開挖 修復(fù)技術(shù)的歸納總結(jié)和推廣應(yīng)用，對保障城市排 水系統(tǒng)的安全運行具有十分重要的意義。 非開挖技術(shù)修復(fù)管道的應(yīng)用難題在于修復(fù)費 用高，主要原因是有些修復(fù)材料和設(shè)備主要依賴 進口，以及修復(fù)規(guī)模小，使得修復(fù)成本大幅上升。 隨著修復(fù)材料和設(shè)備的逐步國產(chǎn)化，修復(fù)費用就 會大幅降低。屆時，管道非開挖修復(fù)方法將成為排 水和市政行業(yè)建設(shè)的重要組成部分，不久的將來， 必將廣泛應(yīng)用于城市管網(wǎng)的非開挖修復(fù)工作。
主要研究雨水篦子的水力特性，包括雨水篦子 上水流爬行長度與篦前水深、流量、隧道縱坡的關(guān) 系。具體內(nèi)容如下： (1)不同柵條角度的水篦子收水效果，研究柵 條角度對收水效果的影響； (2)不同縱坡水篦子的收水效果，研究隧道縱 坡對收水效果的影響。 結(jié)合該工程的道路設(shè)計和排水設(shè)計，為了對今后工程道路條件變化時有借鑒意義，確定以下實 驗參數(shù)： (1)雨水篦子的開孔與道路中心線迎水流方向 夾角為00，300，450，90。； (2)路面材料為瀝青混凝土路面，粗糙系數(shù)為 0．015； (3)雨水篦子材質(zhì)為球墨鑄鐵，長×寬=1．0 nl× 0．5 m，開孔率為0．48。 根據(jù)以上試驗參數(shù)，在雨水從駝峰點至橫截溝 篦子前具有相應(yīng)速度的情況下，通過實驗得出斷 面模型的收水能力。同時，測出斷面模型各道橫截 溝每延米的收水量、篦前水深和篦前流速，分析不 同篦型的收水效果，確定最佳排水篦型。
試驗段長6 m，寬1．0 m。路面水槽采用10 mm 有機玻璃制作。考慮到實際路面的粗糙度，試驗中 鋪了細(xì)粒沙模擬路面，粗糙度與實際路面基本相 似。試驗雨水篦子的形狀見圖2。篦子的平面形狀 均為矩形，選用1 000 mm×597 n'Hn。柵條厚度為 20 mm，肋梁厚度為30 mm，柵條凈間距為25 mm， 柵條高為40 mm[41。除0。柵條篦子用實際工程采用 的以外，其它3種均用木材按比例制作，再涂刷油 漆防水。整個試驗通過變換3種不同縱坡(橫坡固 定)4種篦型，在5種來流情況下：100 a一遇暴雨(Q=O．54 m3／s)、80 a一遇暴雨(Q=0．49 m3／s)、50 a一 遇暴雨(Q=0．38 m3／s)、5 a一遇(Q=0．32 m3／s)及1 a 一遇暴雨(Q=0．20 m3／s)進行了系統(tǒng)的試驗研究。
在相同來流流量下，由于篦子的形狀不同水 流在篦上的流態(tài)也均不相同，圖3為在來流量大 約為50 L／s時4種篦子上的流態(tài)情況。從圖3中 可以看出，相同情況下，0。柵條篦子的收水效果 較好，在流量為50 Us時水流全部通過篦子排出， 而45。和90。柵條的篦子部分水流開始躍過篦 子流向下游，從而減少了篦子的排水能力
水舌長度是評價篦子收水能力的重要指標(biāo)， 在相同來流條件下，水舌長度越小，表明篦子收水 能力越強。圖4表明，柵條角度為0。時，水舌長度 遠(yuǎn)低于其它角度情況，因為00柵條的篦子有水翅 現(xiàn)象產(chǎn)生，在較大流量時無法測量水舌長度，故0。 柵條的數(shù)據(jù)范圍較小。
篦前水深與單寬收水流量g(等于總流量g。減 去過篦流量口’)基本上呈線性關(guān)系，且隨著縱坡 的增大而減小。本研究縱坡從3．0％變到 4．0％，其變化幅度相對較小，盡管模型實測結(jié)果表 明不同的縱坡其水深有所不同，但在相同柵條角 度情況下，區(qū)分度不大。不同柵條角度對收水流量 的影響較為顯著，且在相同水深情況下，柵條角度 越大，收水流量越小，見圖5。由圖5可確定在某一 篦前水深的情況下其收水流量。在本試驗參數(shù)(縱 坡與柵條角度)范圍內(nèi)所有試驗數(shù)據(jù)的分散程度也 不是很大，若粗略估算水深與流量的關(guān)系，可將其 統(tǒng)一到一個經(jīng)驗關(guān)系中。
隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市地下管網(wǎng)的 規(guī)模不斷擴大，新建排水管道的敷設(shè)難度越來越 高，相應(yīng)出現(xiàn)管道的結(jié)構(gòu)性和功能性損壞現(xiàn)象顯 著增加。從經(jīng)濟效益和社會效益角度考慮，CIPP修 復(fù)技術(shù)以其施工時間短、對交通影響小、環(huán)保節(jié) 能、耐久強度高及適用范圍廣等優(yōu)點逐步顯現(xiàn)出 優(yōu)越性，市場占比逐年提高，逐漸成為排水管道養(yǎng) 護維修的一個新手段。因此，對排水管道的非開挖 修復(fù)技術(shù)的歸納總結(jié)和推廣應(yīng)用，對保障城市排 水系統(tǒng)的安全運行具有十分重要的意義。 非開挖技術(shù)修復(fù)管道的應(yīng)用難題在于修復(fù)費 用高，主要原因是有些修復(fù)材料和設(shè)備主要依賴 進口，以及修復(fù)規(guī)模小，使得修復(fù)成本大幅上升。 隨著修復(fù)材料和設(shè)備的逐步國產(chǎn)化，修復(fù)費用就 會大幅降低。屆時，管道非開挖修復(fù)方法將成為排 水和市政行業(yè)建設(shè)的重要組成部分，不久的將來， 必將廣泛應(yīng)用于城市管網(wǎng)的非開挖修復(fù)工作。
