常見問(wèn)題
雨水篦子水力特性研究
更新時(shí)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(duì)其 排水能力的影響，目前還很少有人進(jìn)行研究。早在 20世紀(jì)四五十年代，前蘇聯(lián)、美國(guó)及我國(guó)都曾做過(guò) 雨水口泄水量試驗(yàn)，得到了一些試驗(yàn)結(jié)果，但都存在 一定的局限性，沒(méi)有提出比較系統(tǒng)的計(jì)算理論【172]。近 年來(lái)，廈門市市政工程設(shè)計(jì)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(jì)位置、 設(shè)置數(shù)量以及布置間距等對(duì)雨水口泄水能力的影 響，并沒(méi)有涉及到雨水口篦子體型對(duì)泄水的影響。 為此，以天津市海河隧道工程為依托對(duì)不同型式 的雨水篦子泄水能力做了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，并對(duì) 試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(lái)分析篦子體型對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(duì)收水效果的影響。 結(jié)合該工程的道路設(shè)計(jì)和排水設(shè)計(jì)，為了對(duì)今后工程道路條件變化時(shí)有借鑒意義，確定以下實(shí) 驗(yàn)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(zhǎng)×寬=1．0 nl× 0．5 m，開孔率為0．48。 根據(jù)以上試驗(yàn)參數(shù)，在雨水從駝峰點(diǎn)至橫截溝 篦子前具有相應(yīng)速度的情況下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出斷 面模型的收水能力。同時(shí)，測(cè)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(yàn)段長(zhǎng)6 m，寬1．0 m。路面水槽采用10 mm 有機(jī)玻璃制作?？紤]到實(shí)際路面的粗糙度，試驗(yàn)中 鋪了細(xì)粒沙模擬路面，粗糙度與實(shí)際路面基本相 似。試驗(yàn)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(shí)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(gè)試驗(yàn)通過(guò)變換3種不同縱坡(橫坡固 定)4種篦型，在5種來(lái)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(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。
在相同來(lái)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(lái)流量大 約為50 L／s時(shí)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(shí)水流全部通過(guò)篦子排出， 而45。和90。柵條的篦子部分水流開始躍過(guò)篦 子流向下游，從而減少了篦子的排水能力
水舌長(zhǎng)度是評(píng)價(jià)篦子收水能力的重要指標(biāo)， 在相同來(lái)流條件下，水舌長(zhǎng)度越小，表明篦子收水 能力越強(qiáng)。圖4表明，柵條角度為0。時(shí)，水舌長(zhǎng)度 遠(yuǎn)低于其它角度情況，因?yàn)?0柵條的篦子有水翅 現(xiàn)象產(chǎn)生，在較大流量時(shí)無(wú)法測(cè)量水舌長(zhǎng)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(guò)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(duì)較小，盡管模型實(shí)測(cè)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(duì)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(yàn)參數(shù)(縱 坡與柵條角度)范圍內(nèi)所有試驗(yàn)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(gè)經(jīng)驗(yàn)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(kuò)大，新建排水管道的敷設(shè)難度越來(lái)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(jì)效益和社會(huì)效益角度考慮，CIPP修 復(fù)技術(shù)以其施工時(shí)間短、對(duì)交通影響小、環(huán)保節(jié) 能、耐久強(qiáng)度高及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)逐步顯現(xiàn)出 優(yōu)越性，市場(chǎng)占比逐年提高，逐漸成為排水管道養(yǎng) 護(hù)維修的一個(gè)新手段。因此，對(duì)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(duì)保障城市排 水系統(tǒng)的安全運(yùn)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(fèi) 用高，主要原因是有些修復(fù)材料和設(shè)備主要依賴 進(jìn)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(guó)產(chǎn)化，修復(fù)費(fèi)用就 會(huì)大幅降低。屆時(shí)，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(lái)， 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(zhǎng)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(duì)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(duì)收水效果的影響。 結(jié)合該工程的道路設(shè)計(jì)和排水設(shè)計(jì)，為了對(duì)今后工程道路條件變化時(shí)有借鑒意義，確定以下實(shí) 驗(yàn)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(zhǎng)×寬=1．0 nl× 0．5 m，開孔率為0．48。 根據(jù)以上試驗(yàn)參數(shù)，在雨水從駝峰點(diǎn)至橫截溝 篦子前具有相應(yīng)速度的情況下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出斷 面模型的收水能力。同時(shí)，測(cè)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(yàn)段長(zhǎng)6 m，寬1．0 m。路面水槽采用10 mm 有機(jī)玻璃制作?？紤]到實(shí)際路面的粗糙度，試驗(yàn)中 鋪了細(xì)粒沙模擬路面，粗糙度與實(shí)際路面基本相 似。試驗(yàn)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(shí)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(gè)試驗(yàn)通過(guò)變換3種不同縱坡(橫坡固 定)4種篦型，在5種來(lái)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(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。
在相同來(lái)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(lái)流量大 約為50 L／s時(shí)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(shí)水流全部通過(guò)篦子排出， 而45。和90。柵條的篦子部分水流開始躍過(guò)篦 子流向下游，從而減少了篦子的排水能力
水舌長(zhǎng)度是評(píng)價(jià)篦子收水能力的重要指標(biāo)， 在相同來(lái)流條件下，水舌長(zhǎng)度越小，表明篦子收水 能力越強(qiáng)。圖4表明，柵條角度為0。時(shí)，水舌長(zhǎng)度 遠(yuǎn)低于其它角度情況，因?yàn)?0柵條的篦子有水翅 現(xiàn)象產(chǎn)生，在較大流量時(shí)無(wú)法測(cè)量水舌長(zhǎng)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(guò)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(duì)較小，盡管模型實(shí)測(cè)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(duì)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(yàn)參數(shù)(縱 坡與柵條角度)范圍內(nèi)所有試驗(yàn)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(gè)經(jīng)驗(yàn)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(kuò)大，新建排水管道的敷設(shè)難度越來(lái)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(jì)效益和社會(huì)效益角度考慮，CIPP修 復(fù)技術(shù)以其施工時(shí)間短、對(duì)交通影響小、環(huán)保節(jié) 能、耐久強(qiáng)度高及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)逐步顯現(xiàn)出 優(yōu)越性，市場(chǎng)占比逐年提高，逐漸成為排水管道養(yǎng) 護(hù)維修的一個(gè)新手段。因此，對(duì)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(duì)保障城市排 水系統(tǒng)的安全運(yùn)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(fèi) 用高，主要原因是有些修復(fù)材料和設(shè)備主要依賴 進(jìn)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(guó)產(chǎn)化，修復(fù)費(fèi)用就 會(huì)大幅降低。屆時(shí)，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(lái)， 必將廣泛應(yīng)用于城市管網(wǎng)的非開挖修復(fù)工作。
