08-第九章-2污水管网设计与计算.ppt

9.3 污水管道设计参数,9.3.4 最小设计坡度（i）,9.3.5 污水管道埋设深度,9.3.6 污水管道的衔接,9.3 污水管道设计参数,污水管道水力计算的设计数据,设计充满度（h/d）,设计流速（v）,最小管径（d）,最小设计坡度（i）,五个参数还少一个? 流量(一般为已知条件),假设两个,求另两个,但最终所有参数要满足相关条件.,9.3.1 设计充满度（h/d）,指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。,h/d =1时，满流,h/d 1时，非满流,管径越大，最大充满度越大.,管径（d）或暗渠高（h） （mm）,最大充满度（h/d）,200300 350450 500900 1000,0.55 0.65 0.70 0.75,h,d,室外排水设计规范规定，最大充满度为：,为什么要做最大设计充满度的规定？(污水管道为什么应按非满流设计?),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：不淤流速 是保证管道内不发生淤积的流速，与污水中所含杂质有关； 污水管渠v为0.6m/s； 明渠v0.4m/s,最大设计流速：不冲流速 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v10m/s； 非金属管道v5m/s。,为了防止管道中产生淤积和冲刷，设计流带应限制在最大和最小设计流速范围内。 对于排水管网，一般钢筋混凝土管流速0.6m/s v5m/s 工业废水的最小设计流速要根据试验或调查研究决定。,（3）最小管径,1。 街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm。 2。 规定最小管径的原因：管径过小，易堵塞，养护不便；较大管径，坡度较小，可使埋深减小 3。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。,设计充满度一定时，管径越大，最小设计坡度越小。为什么?(见下页),r过水断面水力半径，即断面面积除以湿周,m， 圆管满流r=0.25d； v(最小设计流速)一定时,管径增大,则最小设计坡度减小,（5）污水管道的埋设深度,1。管道的埋设深度 2。覆土厚度 以上1、2两值都能说明管道的埋设深度，为了降低造价，缩短工期，管道埋深越小越好； 但是有一个限值，否则不能满足技术上的要求。（经济合理，技术可行则为最优方案）此即为最小覆土厚度,覆土厚度,埋设深度,地面,管道,3。最小覆土厚度,覆土厚度,埋设深度,决定污水管道最小覆土厚度的因素：,冰冻线的要求,地面荷载,满足街坊管连接要求,地面,管道,室外排水设计规范规定：管顶最小覆土厚度应根据管材强度、外部荷载、土壤冰冻深度和土壤性质等条件，结合当地埋管经验确定。,防止地面荷载破坏管道 室外排水设计规范规定：满足地面荷载要求：车行道 下最小覆土厚度0.7m，人行道下0.6米。 满足防冰冻要求： 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以上0.15m；有保温措施或水温较高的管道，距离可以加大。 满足街坊污水连接管衔接要求：,从以上三个因素出发，可以得到三个不同的覆土厚度， 最大值就是这一管段的允许最小覆土厚度。,3。最大埋深,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78m；在多水、流沙、石灰岩地层中，一般不超过5m。,污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接处的地方都需要设置检查井，在设计时，必须考虑在检查井内上下游管道衔接的高程关系问题。 1。衔接原则： （1）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； （2）避免在上游管段中形成回水而造成淤积； （3）不允许下游管段的管底和水面高于上游沟段的管底和水面。,（6）污水管道的衔接,2。衔接方法：,水面平接：上游管段末端和下游管段起端在指定的设计充满度下的水面标高相平。 优：下游埋深增加较小， 缺：易形成回水（上游流量较小，流量变化较大，短期内实际水面低于设计水面） 适用于：上下游管径相同时，平坦地区。,管顶平接：上游管段末端和下游管段起端在指定的设计充满度下的管顶标高相同。 优：不易形成回水 缺：下游埋深增加较大， （管内水面有一定落差） 适用于：上下游管径不同时，地面坡度较大或下游管径大于上游。,一般情况下， 管径不同，采用管顶平接。 管径相同，采用水面平接。,特殊情况：（详见后） 1。同管径，坡度变陡，管顶平接。 2。下游管径小于上游管径（坡度变陡），管底平接。,在一般情况下，管径不同采用管顶平接。有时，当上下游管段管径相同而下游管段的充满度小于上游管段的充满度时，(由小坡度转入较陡的坡度时，可能出现这种情况)则可采用管顶平接。,特殊情况1： 同管径，坡度变陡，管顶平接。,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，采用管底平接以防下游管段的管底高于上游管段的管底。,特殊情况2： 下游管径小于上游管径（坡度变陡），管底平接。,总之，管段的衔接是以尽量减少管道埋深为前提，无论采用哪种衔接方式 ，在检查井处不应发生 下游管底高于上游管底； 下游水位高于上游水位,污水管道水力学设计,9.4 污水管网水力计算,污水管网水力计算的首要问题:,分析设计地区的地形等实际情况 考虑规范规定的设计参数,管道坡度的确定,尽可能与地面坡度平行，减小管道埋深； 保证合理的设计流速，不淤积和冲刷。 在保证流速和充满度的前提下： 管径大，坡度小； 管径小，坡度大。 矛盾，考虑经济性问题。,不计算管段定义（前面已讲） 当设计流量小于一定值时，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。 街区和厂区内设计流量小于9.19l/s时，直接采用200mm管径，4坡度； 街道下设计流量小于14.36l/s时，直接采用300mm管径，3坡度。,（1）不计算管段的确定,（2）较大坡度地区管段设计,沿地面坡度敷设，满足最小流速。 (坡度较大,则流速较大,最小设计流速肯定满足; 主要是要选用满足最大充满度要求的最小管径) 流量 期望坡度 管径，流速（比例换算法，附图1） 最大充满度 流量 期望坡度 充满度和流速（比例换算法，水力图） 管径,（1）,非满管流计算图,坡度,期望坡度：公式:p225, 9.10 地面坡度：,（3）平坦或反坡地区管段设计,给定流量， 选小管，则本段管材造价低，但i较大，下游埋深增加较大，造价提高。 选大管，则本段管材造价高，但i较小，下游埋深增加较小，造价降低。 但管径过大，流速过小，则为了达到最小设计流速，需增大坡度，则也不经济。 造价影响最大的是埋深。故一般采用下表中的最大管径。 管网末端或流量较大时可采用小1-3级的标准管径。,（2）,（3）,平坦或反坡地区管段设计,流量 最大管径 充满度，坡度（比例换算法； 最小流速 水力图） 流量 管径（附图1） 充满度，流速（比例换算法； 坡度 水力图）,（3）管段衔接设计,由上游向下游进行。 先确定管段起点埋深。控制点（详见后） 流量 管径，坡度，充满度，管长 衔接方式，计算埋深,基本概念,确定管网系统的控制点。 p217例中离污水厂较远的干管起点有8、11、15及工厂出水口1点，这些点都可能成为管道系统的控制点。1点的埋深受冰冻深度和工厂废水排出口埋深的影响，由于冰冻深度为1.40 m，工厂排出口埋深为2.0 m，1点的埋深主要受工厂排出口埋深的控制。8、11、15三点的埋深可由冰冻深度及最小覆土厚度的限值决定，但因干管与等高线垂直布置，干管坡度可与地面坡度相近，因此埋深增加不多，整个管线上又无个别低洼点，故8、11、15三点的埋深不能控制整个主干管的埋设深度。 对主干管埋深起决定作用的控制点则是1点。,水力计算自上游管段依次向下游管段进行，随着设计流量逐段增加，设计流速也应相应增加。如流量保持不变，流速不应减小。只有当坡度大的管道接到坡度小的管道时，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、钢筋混凝土管道）的情况下，设计流速才允许减小。 在旁侧管与干管的连接点上，为避免旁侧管和干管产生逆水和回水，旁侧管中的设计流速不应大于干管中的设计流速。 设计流量逐段增加，设计管径也应逐段增大，但当坡度小的管道接到坡度大的管道时，管径才可减小，但缩小的范围不得超过50100 mm，并不得小于最小管径。,污水管道水力计算举例,解： 1、确定管径和坡度 由于上游管段的覆土厚度较大，设计管段坡度应尽量小于地面坡度以减少埋深。 （1）比例换算法 为减小坡度，流量 最大管径350 坡度0.0015 （附图1） （管径300，坡度0.0058 ，大于地面坡度，不适合） 流量40l/s 管径350mm 流速0.61m/s，充满度0.65 （例3.1） 坡度0.0015,（2）查水力计算图法 a:令d300mm，查图. 当d300mm，q40l/s，h/d=0.55时， i0.0058i0.0024， 不符合本题应尽量减少埋深的原则； 令v0.6m/s时，h/d0.900.55，也不符合要求。,i=0.00580.0024,h/d=0.90.55,（2）水力计算图,b:令d350mm，查图. 当d350mm，q40l/s， v0.6m/s时, h/d=0.660.65，不合格。 令h/d=0.65 时，v0.610.6m/s，符合要求。 i =0.00150.0024，比较合适。,h/d=0.660.65，不合格,i =0.00150.0024，比较合适,c、采用d400 mm？查图。 当d400mm，q40l/s，v0.6m/s时，h/d0.53， i0.00145。 与d350mm相比较，管道设计坡度基本相同，管道容积未充分利用， 另外，管道口径一般不跳级增加。 所以d350mm，i0.0015的设计为好。,根据流量选管径的步骤：,（1）根据q确定d、v、h/d、i （p221） 确定起始管径；用d、q、i查v、h/d；再校核各个约束条件。 确定其它管段的管径。随设计流量增加加大一级或两级管径（50mm）,v 保持不变或渐大，根据d、q、 v查h/d、 i （2）在查水力计算表或图时，存在一个试算的过程，最终满足五个水力参数之间相互制约的关系。 （3）约束条件：v、h/d、 i,选定管径之后,则要进行衔接计算.,确定衔接方式和高程,例 1 已知上游管段管径d300mm，充满度h/d为0.55，地面高程为46.060m，覆土厚度为1.54m。 设计管段（即下游管段）长度l为240m；d350mm，i0.0015，h/d=0.65；（忽略管壁厚度 ） 求：设计管段高程。,44.220+0.300,44.220+0.300-0.350,2、确定衔接方式和高程,采用管顶平接？,例9。3 水力计算步骤： 1。已知数据 1。从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表中第2项； 2。将计算所得的各设计管段的设计流量列入表中第3项； 3。将设计管段起迄点检查井入地面标高列入表中第1、10、11项； 2。计算每一设计管段的地面坡度，作为管道参考坡度； 3。确定起始管段的管径及设计流速v、i、h/d 4。确定其它管段的d、v、i、h/d 5。确定控制点位置，并拟定管段起点埋深； 6。进行衔接计算，得出各管段上、下端的水面、管内底标高和埋深。,6、水力计算注意问题,控制点选择（控制起点埋深） 管道坡度与地面坡度 设计流速与设计管径 注意水头损失（沿程损失，管道的降落量） 旁侧支管连接（当有两个上游端的标高时）,95 绘制管道平面图和纵剖面图 平面图和纵剖面图是排水管道设计的主要组成部分。污水管道设计和雨水管道设计均应绘制相应的管道平面图和