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日本不卡三级片电影

时间:2020-05-19 17:08  编辑:wendj

《水污染控制工程(上)》复习题

0绪论

0.1水循环

自然界中的水通过蒸发、凝结、降水(雪)、渗透和径流等作用,无终止的往复循环过程。

0.2水的自然循环

地球表面上的水在太阳能和地球表面热能的作用下,不断被蒸发成为水汽而进入大气,水汽上升到高空形成云。在大气环流的作用下云在空中移动,在一定的条件下又凝聚成水,在重力的作用下以降水的形式落到地面或海洋中。降落在除地上的水又分两路流动,一路在地面上汇合成江河或溪流,称为地表径流;另一路渗入地下成为地下水,称为地下渗流,这两路水流又相互交叉转换,最后注入海洋。同时也有一部分水经地面的蒸发和植物吸收后的蒸腾作用又进入大气,这个周而复始的不断进行的过程称为水的自然循环。

水在地球上是不断循环的,这种循环可以为地球表面调节气候,也有净化环境的作用。

0.3水资源

水资源是指可供人们经常使用的水量,即大陆上由大气降水补给的各种地表、地下淡水体的储存量和动态水量。地表水(河流、湖泊、冰川等)的动态水量为河流径流量。地下水的动态水量为降水渗入和地表水渗入补给的水量。

不能被直接利用的海水占总水量的97.2%,陆地上的淡水又有大部分是以两极的冰川及高山顶上的冰盖的形式存在。人类能够直接利用的只是河水、淡水湖及浅层地下水,三者加在一起,大约为总水量的0.2%,约为3×106km3。据统计现有世界上有43个国家缺水。

0.4水体污染

水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的自净能力,从而导致水体的物理、化学及卫生性质发生变化,使水体的生态系统和水体功能受到破坏。

根据污染物的性质,水体的污染可分为:物理性污染、无机物污染、有机物污染、营养盐污染、生物污染、放射性污染。其中,放射性污染物不能通过常规水处理方法去除。只能经浓缩及固化处理后,在与环境隔绝的条件下安全地存放。

造成水体污染的因素:向水体排放未达标的城市污水和工业废水。含有化肥和农药的农业排水。含有地面污染物的暴雨初期径流。随大气扩散的有毒有害物质通过重力沉降或降水过程进入水体。

0.5水体富营养化

在光照和其他环境条件适宜的情况下,藻类大量繁殖,在随后的藻类死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中,水体中的溶解氧耗尽,造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。

0.6我国水资源分布特点及其对策

特点:总量大,人均少;时空分布不均衡,水土资源分布不相匹配;夏季多、冬季少,年际变化大。

对策:节约使用水资源、防止水污染;兴建跨流域调水工程,调节水资源的地区分布不均;兴修水库调节水资源的季节分配不均、年际变化大。

1排水管渠系统

1.1排水体制的类型及其特点。

排水体制又称排水制度,是指污水的不同排出方式形成的排水系统。排水体制可分为合流制和分流制,具体有以下五类:

直排合流:投资少,但污染严重,已经不用。

截流合流:投资少,雨天存在污染问题,初雨/小雨不污染,较大的雨发生雨污混合水直接进入水体,对污水厂冲击明显。

完全分流:造价高,存在初雨污染。

不完全分流:造价低,但适用范围有限,作用类似完全分流。截流分流:造价高,污染最少。雨水污水全部流入污水处理厂,全部处理,费用极大,实际难以实施,没有必要,目前尚无实例。

排水体制的比较:

分流制排水系统比合流制灵活,分流制流入污水厂的水量和水质比合流制稳定得多。我国《室外排水设计规范》规定,新建地区的排水一般采用分流制。

据国内外经验,合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20~40%,但合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价高。

不完全分流制的初期投资比合流制和完全分流制低,我国过去很多新建的工业基地和居住区在建设初期常采用。

下列情况采用合流制可能是有利和合理的:附近有水量充沛的河流或近海,发展受到限制的小城镇;街道狭窄和地下设施较多的地区,布臵两套管道困难;雨水较少的地区,废水全部处理的地区。

老城区改造中既有合流也有分流的情况。

1.2排水系统

排水系统的组成:管渠系统(收集输送污水)、污水厂(处理污水)和出水口(处理后的废水排入水体)

排水系统的类型:城镇污水系统、工厂排水系统和雨水排水系统。

1.3城镇污水系统

收集住宅和公共建筑的污水并输送至污水厂。

城镇污水系统组成:房屋污水管道系统、街坊污水管道系统、城镇污水管渠系统和污水泵站。

1.4雨水排水系统

收集雨水径流,排入水体。

雨水排水系统组成:房屋雨水管道系统、街坊或厂区雨水管渠系统、街道雨水管渠系统、雨水泵站及压力管。

1.5管渠的要求

不能渗漏,否则渗入造成流量增加,或渗出造成污染地下水,或造成地基结构破坏;耐腐蚀,因为某些废水污水有腐蚀性;内壁整齐光滑,水流阻力小;强度要高,耐静荷载或动荷载(路面下),保证运输和施工;价格要低,管道的材料是管道造价的重要因素。

1.6管道类型

混凝土管:适用于排除雨水、污水,管道埋深较小,承受压力小。

钢筋混凝土管:适用于排除雨水、污水,管道埋深较小,承受压力小。

塑料管和玻璃钢管:质轻、强度高、耐腐蚀、水流阻力小(粗糙系数n仅0.009),管节长,接口密封性能好,施工安装方便,综合成本低等特点,多用在建筑排水。

陶土管:由塑性粘土烧制而成,优点:水流阻力小,耐腐蚀,抗渗性能好,尤其是耐酸。缺点:质地脆,容易碎,运输不方便;耐压抗拉强度小,埋深大或土壤质地松或需要大的荷载均不能用;管节多,施工麻烦。

金属管:在外力很大或对渗漏要求特别高的场合下才采用金属管。在压力管线上和施工特别困难的场合也常采用。优点:强度大、抗震、抗拉、抗压性能好;抗渗漏性能好,水流阻力小,管节长度大,运输施工容易。缺点:价格昂贵,耐腐蚀性能差。通常需要进行防腐处理。

1.7合理选择管材的原则

静力学方面:必须具有较大的稳定性,在承受荷载时应是稳定的和坚固的。

水力学方面:应具有最大的排水能力,在一定的流速下不产生沉淀物。

经济方面:市场供应充足,单长造价较低。

养护方面:应便于冲洗和清淤,使用寿命长。

适用性方面:不易被腐蚀和磨损。

1.8渠道

渠道材料:钢筋混凝土、砖、石、混凝土块、钢筋混凝土块等。

管渠底部多用混凝土做基础,渠身可以用砖砌,渠顶一般需要钢筋混凝土或做拱形顶。砖一般耐腐蚀性能也较好。

断面形状选择要求:静力学要求:渠道稳定,能够承受各种荷载;水力学要求:排水能力强而且水的流速不能过低或过高;经济上要求:造价低,节省材料;养护上要求:便于清淤。

断面形状:半椭圆形、马蹄形、蛋形、矩形、梯形等。

1.9检查井(窨井)

检查井的作用:检查、清通和连接管道。

检查井设臵位臵:(1)管渠交汇处;(2)方向转折处;(3)管道坡度改变处;(4)管道端面(尺寸、形状、材质)、基础、接口变更处;(5)直线管道每隔一定距离处;(6)特殊用途处(跌水井、防潮门等处)。

检查井的组成:井基和井底、井身、井盖和盖座。

1.10跌水井

设有消能设施的检查井,可克服水流跌落时产生的巨大冲击力。

设臵跌水井的场合:管道跌水水头为1.0~2.0m 时,宜设跌水井。跌水水头大于2.0m时,应设跌水井。管道转弯处不宜设跌水井。上下游管道落差小,不设臵跌水井,而将窨井底部改为斜坡。

跌水方式:管径较小时,一般可采用竖管或矩形竖槽。管径较大时,一般可采用阶梯式跌水井。

1.11水封井

对工业废水而言,若含有容易燃烧的爆炸的气体(挥发性物质),必须设臵水封井,水封井水封深度为0.25m。

水封井具有隔断气体流通的功能,井上宜设臵通风设施,井底应设臵沉泥槽。

水封井以及同一管道系统中的其他检查井,均不应设在车行道和行人众多的地段,并应适当远离产生明火的场地。

1.12溢流井(截流井)

在截流式合流制排水系统中,在合流管道与截流管道的交接处设臵溢流井(截流井),以完成截流(晴天)和溢流(雨天)的作用。

晴天时,管道中的污水全部送往污水厂进行处理;雨天时,管道中的混合污水仅有一部分送入污水厂处理,超过截流管道输水能力的那部分混合污水直接排入水体。

溢流井的类型:截流槽式、溢流堰式。

1.13跳越井

跳越井也称跳越堰式截流井,多用在半分流制排水系统。当雨水流量大时,由于流速加快,雨水越过隔墙,全部雨水污水直接进入水体。能够截流初雨污染。对污水厂的冲击负荷较小。

1.14冲洗井

冲洗井是为了防止污泥的淤积而设臵。冲洗的管道直径<400mm,长度250 m。

冲洗井类型:自动冲洗井和人工冲洗井。

1.15潮门井

潮门井是为了防止潮水倒灌而设臵在排水管道出水口上游的适当位臵。(临海的管道,当潮水上涨,水位高于管道内水位)。

潮门井的组成:井身、防潮门。

工作原理:无水时,防潮门靠重力密闭;上游来水时,水流顶开防潮门排水;涨潮时,下游潮水的压力使防潮门密闭。

1.16雨水口

雨水口是在雨水管道或合流管道上收集地面雨水的构筑物。雨水经雨水口和连接管流入管道上的窨井。

雨水口结构:由进水篦、井身、连接管组成。

雨水口有落底和不落底之分,落底就是连接管连接位臵与井底存在一定的距离,可以截流较重的物体。

当连接管道的管径大于0.8m,连接处可以不是窨井,即连接暗井。

雨水口类型:边沟、侧石和联合式。

1.17倒虹管

倒虹管是穿越障碍物设臵的特殊构筑物。

倒虹管的组成:进水井、管道、出水井。

倒虹管的类型:折管式倒虹管、直管式倒虹管。折管式倒虹管:管道先下降再上升,适合跨度大的河道等,施工复杂,管理养护困难;直管式倒虹管:管道部分为直形,相对管理维护容易。1.18出水口

污水管道出水口淹没在水中,需要混合充分,管顶标高在常水位下;雨水管道出水口应该在水面上,防止河水到灌,管底标高在常水位上。出水口多设在岸边,也有分散式设臵的江心。出口标高比水位高很多,应考虑单极或多级跌水设施。

2排水管渠水力计算

2.1排水管渠水力计算的任务

根据管段的设计流量;选定既能防止淤积又不会引起冲刷的流速;确定排水管渠的断面尺寸和高程;并使管渠管段的敷设经济合理。

管渠水力设计就是根据水力学原理确定管渠的管径、坡度和高程。

2.2污水管渠水力设计原则

不溢流:以可能出现的最大流量为设计流量,避免污水溢出地面。

不淤积:设计流速要大于最低限值,避免固体杂质沉积、堵塞管道。

不冲刷沟壁:设计流速要小于最高限值,避免水流冲刷和损坏管渠内壁。

通风:非满流,水面上保留一部分空间便于有毒和可燃气体的散发。

污水管渠的水流特点:重力流、非满流、近似均匀流

2.3设计管段

设计管段是指将相邻的两个检查井的管段作为设计对象,当相邻的设计管段可采用相同的管径和坡度时可合并为一条设计管段。

2.4均匀流水力计算基本公式

流量公式:Q A v

=⋅

流速公式:

21

32

1

v R i

n

=⋅⋅

式中A和R均与管径D和充满度h/D的函数,总共6个水力要素,除Q和n为已知外,尚有4个为未知。为简化计算,采用水力学计算图和水力学计算表进行计算。通过水力计算,可确定管径、流速、坡度、埋深。

2.5不满流圆形管道水力学算图

已知:n=0.014,D=300mm,Q=38L·s-1,v=1.0 m/s。求:i和h/D

v=0.72m/s,h/D=0.52

已知:n=0.014,D=300mm,i=0.0024,Q=25.5L·s-1求:v和h/D

v=0.65m/s,h/D=0.55

两条虚线即最小允许流速线和最大允许充满度线上方的数据均符合规定,故可以采用。查图时,在一般情况下,宜选用两条虚线交点处或接近交点又在两条虚线上方的数据。这样,既符合规定,又能使管道断面得到充分利用,相应的坡度也较小,以减少理深,降低造价。

2.6管渠水力设计主要参数

设计充满度(h/D):设计流量下,管道内的有效水深与管径的比值(h/D)

设计流速(v):沟道中流量到达设计流量时的水流速度。即与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。《室外排水设计规范》规定:污水沟道的最小设计流速为0.6m/s ;明沟的最小设计流速为0.4 m/s。最大设计流速混凝土管为5m/s,钢管为10m/s。

最小管径(D):

最小设计坡度(i):最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。

管道埋设深度:沟底的内壁到地面的距离。管道埋设深度越大,造价越高,施工期越长。管道最大埋深:干燥土壤不超过7~8 m;多水、流沙、石灰岩地层不超过5 m。

覆土厚度:沟顶的外壁到地面的距离。覆土厚度需满足:①地面荷载要求(防止车重压坏管壁);

②防冻要求(防止污水冰冻或土壤冰冻膨胀而损坏管道);③街坊管连接要求。

管道的埋设深度和覆土厚度影响到管网造价和工程质量。

2.7为什么要做最大设计充满度的规定?

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;有利于管道内的通风;便于管道的疏通和维护管理。

2.8为什么要规定最小管径?

管径过小,管道容易堵塞,管道养护管理费用增加。

2.9什么叫不计算管段?

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。

2.10 管道坡度i 与管道沿程阻力损失有何关系?H =iL

2.11 污水管道的衔接方式

管顶平接:特点:上游管段产生回水可能性较小,但使下游管段的埋深增加。适用场合:①异管径管段;②同管径管段(上游充盈深>下游充盈深)

水面平接:特点:常因管道中流量出现变化而产生回水,但下游管段的埋深可以浅些。适用场合:①同管径管段(下游充盈深>上游充盈深);②平坦地区的异管径管段水面平接或充满度0.8处平接以减少管道埋深。

管底平接:适用场合:①下游管段的管径<上游管段的管径,而不能采用前两种的。②下游管段的管径>上游管段的管径,但为减少管道埋深时。

2.12 管段的水力计算

(1)确定各管段的直径和坡度

(2)确定各管段始点和终点的埋设深度(水面标高、管底标高)

P60,例2-4

3 污水管道系统的设计

3.1 污水管道系统的设计步骤

设计资料的调查、设计方案的确定、污水管网设计计算、设计图纸的绘制

3.2 污水管道的设计流量

污水管道的设计流量是设计期限终了时的最大日最大时的污水量,也是污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量。

污水管道的设计流量:包括生活污水设计流量(包括居住区生活污水、公共建筑生活污水、工业企业生活污水及淋浴污水)、工业废水设计流量和地下水渗入量(地下水位较高的地区)。

3.3 生活污水设计流量的确定

生活污水量定额为设计期限终了时,每人每日排出的平均污水量。

生活污水定额与生活用水定额有关,可按生活用水定额的80%~90%选用。

生活污水设计流量也可用比流量和排水面积来表示。d 0Z Q q A K =⋅⋅

排水面积的划分方法:围坊式、低侧式和对边式。

3.4 污水管道系统的平面布置内容

确定排水区界,划分排水流域。选择污水厂和出水口的位臵。管道定线:拟定污水干管及主干管的路线;支管的布臵与定线。确定需要提升的排水区域和设臵泵站的位臵等。控制点的确定。

3.5 管道系统定线的影响因素

(1)地形、地势的影响:总干管及干管设在整个排水区域较低的地方(如在集水线或河岸低处),便于干管及支管的污水自流接入。在地形平坦略向一边倾斜的地区,总干管与等高线平行敷设,干管与等高线垂直敷设。当地形斜向河道的坡度很大时,总干管与等高线垂直,干管与等高线平行。

(2)污水厂和出水口的数目和位臵影响管道系统的主干管的数目和走向。在大城市或地形平坦的城市,可能要建几个污水厂分别处理与利用污水,这就需要敷设几条总干管。在小城市或地形倾向一方的城市,通常只设一个污水厂,则只需敷设一条总干管。若相邻的若干城镇联合建造一个污水厂,则需相应建造联结这些城镇的区域污水管道系统。

(3)所采用的排水体制的影响:分流制系统一般有两个或两个以上的管道系统,定线时必须在平面上和高程上互相配合;采用合流制要确定截流干管及溢流井的位臵;采用混合体制时,则要考虑两种体制管道的连接方式。

3.6以地形为主的几种管道系统布置形式

正交式、截流式、平行式、分区式、分散式、环绕式

考虑街坊建筑特征的支管布臵形式:低侧式、围坊式、穿坊式

3.7管道在街道上的位置

污水管道设在道路上,在连接支管多,地下管线少的一侧。当街道线宽度大于50m,可考虑两侧都设臵污水管道,以减少连接支管的长度和与其他地下管线的交叉,并尽可能避开车行道。城市道路下设有各种管道、各种电缆电线、隧道,这些地下设施相互之间、地下设施和街面建筑物之间应当很好地配合。为便于施工和检修,它们之间应有一定距离。

管道与房屋和树木的间距:管道渗漏影响房屋基础,树根挤坏甚至长入管道。当管道的埋深小于2.2 m时,管道离房屋边线的水平距离不应小于3.5 m;离行道树的水平距离不应小于2 m。当埋深大于2.2m时,离房屋不应小于5~6m;离行道树不应小于1.5 m。

管道交叉的原则:有压(管)让无压(管),小管让大管,新管让旧管,柔性让刚性,临时让永久。给水管在排水管之上。

3.8污水沟道的水力学设计任务

根据已经确定的沟道路线,计算和确定各设计沟段的设计流量、管径、坡度、流速、充满度和沟底高程。

设计原则:不冲刷、不淤积、不溢流、要通风。

3.9污水沟道的水力学计算方法

(1)先确定控制点

(2)将沟段划分为若干设计沟段

(3)从污水厂开始标定每个设计沟段起迄点上窨井的编号

(4)确定各设计沟段的服务面积、设计流量

3.10设计流量的组成

(1)沿线流量q1:从本管段沿线街坊流来的污水量。

(2)转输流量q2:从上游管段和旁侧管段流来的污水量

(3)集中流量q3:从工业企业或其他大型公共建筑物流来的污水量(包括工业企业的工业废水、生活污水、淋浴污水量)

4城镇雨水管渠的设计

4.1雨水管渠系统

雨水管渠系统的组成:雨水口、雨水管渠、检查井、出水口、雨水泵站

雨水管渠系统的任务:及时地汇集并排出暴雨形成的地面径流。以保障城市人民的生命财产的安全及工农业生产的正常进行,达到既合理又经济的要求。

雨水管渠的主要设计内容:收集基础资料,确定当地的暴雨强度公式,确定设计参数,划分排水流域,雨水管渠的定线,计算设计流量和进行管渠的水力计算,绘制管渠的平面图及纵剖面图。

4.2雨量参数

雨量分析目的是确定降雨历时、暴雨强度与降雨重现期之间的关系,以此作为雨水设计管渠设计的依据,估算排水管渠断面的尺寸。

阵雨历时:一场暴雨经历的整个时段,min。

降雨历时:阵雨过程中任一连续的时段,min 。

降雨面积:降雨所笼罩的面积。

汇水面积:雨水管渠汇集和排除雨水的地面面积。

降雨量:一段时间内降落在某一面积上的总水量。降雨量表示方法:深度h (mm)或1hm2面积上的雨量体积(m3/hm2),降雨量包括:年平均降雨量、月平均降雨量、年最大日降雨量。

降雨强度:指在某一降雨历时内的平均降雨量,i = h /t (mm·min -1)工程上常用单位时间内单位面积上的降雨体积表示:q = K i =166.7 i (L·s -1·hm -2)

降雨频率:等于或大于某特定值的降雨强度出现的次数m 与观测资料总项数n 之比。

降雨重现期:等于或大于某特定值的降雨强度可能出现一次的平均间隔时间。

4.3 推理公式

各管段的雨水设计流量等于该管段承担的所有汇水面积和设计降雨强度的乘积。

s Q K iA qA ψψ==

要进行雨水管渠的设计,显然首先要确定雨水的流量。在雨水流量公式中有参数径流系数、降雨强度q 和汇水面积A 。

4.4 地面径流

降落在地面上的雨水在沿地面流行的过程中,一部分雨水被地面上的植物、洼地、土壤或地面缝隙截留,剩余的雨水在地面上沿地面坡度流动,称为地面径流。

地面径流的流量:称为雨水地面径流量。雨水管渠系统的功能就是排除雨水地径流量。

径流系数:地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数Ψ,径流系数小于1 。

4.5 极限强度法原理

承认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性;

汇水面积的增长与降雨历时成正比;

汇水面积随降雨历时的增长较降雨强度随降雨历时增长而减小的速度更快;

当t <τ0(汇流时间)时,部分汇流。t 增大,q 减小,A 增大,Q 增大;

当t =τ0时,全面积汇流;

当t >τ0时,t 增大,A 不变,q 减小,Q 减小。

4.6 极限强度理论的内容

(1)当汇水面积上最远点的雨水达集流点时,全面积汇流,雨水管渠的流量最大。(2)当降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水达集流点的集流时间时,雨水管道的雨量最大。

4.7 雨水管渠设计流量的估算

设计降雨强度的确定,设计降雨历时的确定,设计重现期的确定,径流系数的确定。

4.8 雨水管渠设计流量的估算:有一条雨水干管接受两个独立排水流域的雨水径流,如下图所示。

图中F A 为城市中心区汇水面积,F B 为城市近郊工业区汇水面积,试求B 点的设计流量Q 为多

少? 已知:(1) P =1a 时的降雨强度公式为:0.57

1625(L/(s ha))(4)q t =⋅+ (2) 径流系数ψ=0.5;(3) F A =30ha ,t A =25min ;F B =15ha ,t B =15min ;雨水管道A -B 的t A-B =10min 。

(1)按正常方法计算

将A 、B 两个区域看作一个排水区域来考虑。按照极限强度理论,B 处最大流量发生在整个区域全面积汇流时,即设计流量应取区域上最远一点处的雨水流到设计断面时的流量。

整个区域上的集流时间:t=t A +t A-B =25+10=35min

在这种情况下,B 点的最大流量为:

0.570.5716251625()0.5(3015)4530.3(/)(4)(354)A B Q qF F F L s t ψψ

==+=⨯⨯+=++

(2)分析 251035min, 15min, A A B B A A B B t t t t t t --+=+==+≠由于 而因此

可见,区域F A 和F B 不可能同时在B 处出现最大流量。

因此要分两种情况进行考虑:①最大流量可能发生在全部F B 面积参与径流,而仅F A 有部分雨水能够参与同时径流;②最大流量可能发生在全部F A 面积参与径流,这时F B 的最大流量已经流过B 点。

第一种情况:F B 全面积参与径流

对于F B 显然降雨历时取15min B t =

对于F A 显然降雨历时取15105min

B A B t t --=-= F A 上并没有发生全面积汇流,发生汇流部分的面积可以按照下式进行计算:

30()(1510)6ha 25

A A

B A B A F F t t t -=⨯-=⨯-=' 在这种情况下,B 点的最大流量为:

0.570.570.57

812.5812.515812.563668.5(L/s)(4)(154)(15104)A B A B F t t -⨯⨯'=+=-++-+ 第二种情况:F A 全面积参与径流

对于F A 显然降雨历时取25min A t =

对于F B 降雨历时取251035min A A B t t -+=+=

F A 上发生全面积汇流, F B 的最大流量已经流过B 点,在这种情况下,B 点的最大流量为:

0.570.570.57

812.5812.530812.5155085.9(L/s)(4)(254)(25104)B A A B F t t -⨯⨯=+=+++++ (3)两种情况的比较

根据以上两种情况计算的结果,选择其中最大流量Q =5085.9(L/s )作为B 点处所求的设计流量。

4.9 雨水径流量调节

雨水径流调节池的作用:①降低下游管渠的设计流量,降低整个管网的造价。②能使雨水管渠的设计有较大的灵活性。城市建设和发展会使不透水面积增加,从而使径流量剧增。③在雨水不多的干旱地区,可用于蓄积雨水综合利用。④利用天然洼地或池塘、公园水池等调节径流,可以充分利用雨水资源补充景观水体,美化城镇环境。⑤能改善合流制管系暴雨时的溢流水水质。

径流调节池的类型:溢流堰式、流槽式、泵汲式

4.10 雨水利用系统

雨水利用系统组成:集流区、输水系统、截污净化系统、储存系统、渗透系统、配水系统。

4.11 雨水管渠设计的原则

①尽量利用池塘、河浜受纳地面径流,最大限度地减少雨水管渠的设臵。②利用地形,就近排放地面水体,降低造价。③因明沟造价低,考虑采用明沟。在建筑物密度较高、交通繁忙的地区,可采用加盖明沟。④因雨水泵站投资、用电量都很大,尽量避免设臵雨水泵站。

4.12雨水管渠水力学设计的准则

管道按满流设计,明沟应留超高,不小于0.2m。最小设计流速为0.75m/s,明沟为0.4 m/s。管道可不考虑最大流速,明沟的最大流速按表4-8(p102)采用。最小管径300mm,最小坡度0.003;雨

水口连接管管径200mm,最小坡度0.01。雨水管渠流速公式:

21

32

1

v R i

n

=⋅⋅。管段衔接一般用管顶

平接,当条件不利时也可用管底平接。最小覆土厚度,在车行道下时,一般不小于0.7m,基础应设在冰冻线以下。在直线管段上窨井的最大间距见表1-1(p30)。

4.13雨水管渠水力学设计步骤

①划分流域与管渠定线,确定雨水流向;②划分设计沟段与沿线汇水面积;③确定雨量参数的设计值;④确定管渠的最小埋深;⑤进行水力学计算。

4.14雨水管渠水力计算:已知n=0.013,设计流量Q=200 L/s,地面坡度i=0.004,试计算该管段的

管径D,管底坡度i及流速v。

[解]采用n=0.013的水力计算图。

横坐标找到Q=200L/s,纵坐标找到i=0.004,两线交于A点,得到v=1.17m/s,符合规定;而D 界于400~500mm之间。

采用D=400mm时,i=0.0092,v=1.60m/s。i与地面坡度相差太大。

采用D=500mm时,i=0.0028,v=1.02m/s。结果合适。

4.15城镇防洪

洪灾类型:河洪和山洪

防洪方法:①受河洪威胁的城镇,大抵都筑江堤以御洪潮。②山洪防治的原则是“因势利导”,“因地制宜”,“宜顺不宜挡”。治理山洪的主要措施是:上游缓蓄和截洪引水,中游疏导,下游泄洪或滞洪。

河洪或山洪的防洪方法可分为“拦,蓄,分,泄”四种。

“拦”:在流域内进行水土保持,节节拦截部分径流,使在洪水发生前将部分径流拦截下来,以控制和减小洪水的发生。

“蓄”:在流域的干支流的中上游或适当地点修建防洪水库,以拦蓄已发生的洪水,削减洪峰流量,延长洪流时间,起蓄洪和滞洪作用,以减缓洪水的威胁。

“拦”与“蓄”的防洪措施是尽可能地不让超过中下游安全泄量的洪水下泄,延迟和延长其下泄时间。

“分”:在过洪河道上修建分洪工程,以减轻河道的泄洪负担,以免过洪河道因泄洪能力不足而泛滥危及城镇。

“泄”:进行河道整治,扩大其泄洪能力。

“分”与“泄”的防洪措施是将下泄洪水引走。

“拦”“蓄”方法是对洪水的积极控制和利用,蓄水不仅可以防洪,而且可以兴利(灌溉和发电)。为此宜以拦蓄为主,分泄兼顾。

5排水泵站的设计

5.1排水泵与排水泵站

排水泵:将各种废水由低处提升到高处所用的抽水机械

排水泵站组成:水泵间:安臵排水泵的建筑物;集水池:集水构筑物;辅助间:安臵附属设备的建筑物。

排水泵站的功能:把离地面较深的污水或雨水提升到离地面较浅的位臵上。

排水泵站的设臵地点:排水管道中途埋深达到“极限深度”处(中途泵站)。排入水体前的主干管上(终点泵站)。管道中的水面高度低于河流水位时设臵。雨水管道的出水口虽然在河流常水位之上,但为了排除高峰时的雨水。在污水处理厂构筑物之前(终点泵站)。为满足污水自流流过各构筑物,并排入水体。污水处理厂的污泥的处理和利用(污泥泵站)。局部区域(如:地势低洼地区、高楼的地下室、地下铁道、其他地下建筑)需要提升污水或雨水。

5.2常用的排水泵

离心泵:叶轮转动时水流呈辐射状。流量较小,扬程较高,用于提升污水。离心泵的类型:卧式离心泵(轮轴平放),立式离心泵(轮轴竖放)

混流泵:构造基本上于离心泵相同,只是叶轮的设计不同。泵内主流方向介于辐射和轴向之间。

轴流泵:轴流泵的主流方向与泵轴平行。轴流泵的特点是流量大,扬程低,吸水高度很低,仅有1~2m。轴流泵常用于输送雨水,广泛应用于城市雨水防洪泵站,大型污水泵站,农业排灌泵站以及大型工矿企业的冷却水泵站中。

螺旋泵:用于灌溉、排涝、提升污水和污泥,特别是污水处理厂的污泥提升方面。螺旋泵的特点:(1)没有阻塞问题; (2)结构简单,可自行制造; (3)无须辅助设备; (4)无须正规泵站; (5)基建投资省;

(6)低速运行,机械磨损小,维修方便; (7)电能消耗少,运行费用低。缺点:(1)占地较大; (2)扬程低(一般为3~6米)。

螺杆泵:螺杆泵应用范围很广,可输送所有流动介质甚至非流动物料。螺杆泵因其可变量输送、自吸能力强、可逆转、能输送含固体颗粒的液体等特点。在排水工程中,广泛地被使用在输送湿污泥和絮凝剂药液方面。

潜污泵:随着防腐措施和防水绝缘性能的不断改善,电动泵组可以制成能放在水中的泵组,称潜水泵。潜水泵的类型有:潜水离心泵、潜水轴流泵、潜水混流泵和潜水螺旋泵。无需正规的泵站,占地面积小;管路简单,配套设备少。

气提泵:利用回流活性污泥与“泵”内的混有气泡的活性污泥之间的比重差γ2-γ1造成的浮力。常用于提升回流活性污泥。结构简单,管理方便,当压缩空气有现成来源时,可以采用。

5.3 排水泵的工作特性

排水泵的工作特性可用Q p -η线、Q p -N 线和Q p -H 线来表示。

离心泵的工作特性:①流量小、扬程高。②Q p -η线可知,最高效率点两侧下降较缓,易在高效区运行。③Q p -N 线可知,Q p =0时,轴功率最小。所以应闭闸启动,以减少电动机的起动电流。数台离心泵并联运行,能适应排水量的变化。

轴流泵的工作特性:①流量大、扬程小(雨水)。②Q p -N 线可知,轴功率随流量的减小而增大,Q p =0时,轴功率最大。③轴流泵应开闸启动,使Q p 最大,以减少电机启动电流。

螺旋泵的工作特性:①螺旋泵的特点是扬程低、转速低、流量范围大,适用于农业排水、城市排涝。②当进水水位达到泵轴心管边缘螺旋叶片时,提升水量达到最大值,这时的水位是最佳进水位。当水位进一步上升时,提升流量不变,但功率增加。③当提升水量减少到30%时,效率仅下降10%左右。因此,在螺旋泵提升能力范围内,当进水量变化较大时,仍可以保持高效率运行。

5.4 排水泵引水设备

在排水泵站中,当水泵高程在进水池启动水位以下时,则水泵及其吸水管内时刻充满着水,水泵可直接启动,这种泵站称自灌式泵站。反之,则必须人工引水入泵,水泵才能启动。

常用的引水设备:真空泵系统和水射器(泵)。

真空泵系统:启动迅速,效率高,尤其适用于大、中型水泵和吸水管较长的水泵系统;但操作较繁,自控复杂。

水射器:适用于小型泵站。具有结构简单、占地少、安装容易、工作可靠等特点。

5.5 污水泵站设计中要解决的问题

(1)泵组的选择;(2)进水池容积的确定;(3)泵站的建筑设想与管道的布臵;(4)起重设备的选择和布臵;(5)电器设备和自动化设备的选择;(6)施工方法的确定;(7)泵站的建筑与结构设计。

5.6 污水泵的选择

根据最大时、平均时、最小时流量及相应的全扬程,按照水泵的特性曲线选择水泵。

流量:最大时、平均时和最小时。

扬程:净扬程、总水头损失和自由水头。

水泵选择:按照特性曲线进行,保证不同流量下的高效运行。每个泵站的水泵宜选用同一型号,最多不能超过两种型号,可采用变频调速装臵或叶片可调式水泵。并且应按上表的规定配备备用泵。

5.7 进水池

进水池须满足水泵吸水管和格栅的安装和水泵正常工作的容积要求。

有效容积(最高水位和最低水位):进水池最高水位和最低水位之间的容积。有效高度一般为

1.5~

2.0米。进水池的有效容积不小于最大一台泵的5分钟出水量。进水池的容积与水泵的操作方式q p -N

q p N

η H q p -H q p -η

H

p

有关,人工操作每小时不宜多于4次,自动操作每小时不宜多于6次。

集水坑:进水池底部应设集水坑,深度一般不小于0.5m,池底向坑口倾斜,坡度不宜小于10%。

水位指示器:进水池中应设水位指示器。

格栅:进水池内应设臵格栅以阻挡粗大的物质,保护水泵。栅面与水面成60°~70°角,过栅流速0.6~1.0m/s,栅间空隙10~20mm(随水泵类型和大小而定)。清渣方式:人工、机械,目前一般采用机械格栅。

5.8吸水管及出水管

泵前的管道称为吸水管。每台水泵都应有单独吸水管,力求短而直。自灌式水泵的吸水管应安装闸阀。吸水管入口处装有喇叭口。吸水管的水平部分应顺水流方向微抬高,坡度0.005,以便于吸水管中空气的排出。吸水管内流速0.7~1.5m/s。

泵后的管道为出水管。出水管的数量取决于泵站的大小和有无应急出口,有应急出口:1条出水管。无应急出口或泵站很大:2条出水管。出水管管内流速0.8~2.5m/s,在任何情况下应不小于0.7m/s。出水管应有倾向进水池的坡度,便于检修放空存水。离心式污水泵出水管上靠近泵的出口处的水平管道上应设逆止阀和闸阀。

5.9泵组间

水泵机组的平面布臵一般按单排布臵。这种布臵吸水管直而短,水力条件好,跨度小,便于起重设备的布臵和操作。泵组多时,可采用两排或交叉排列布臵。泵组间布臵受收水泵型号、外形尺寸、水泵台数、泵站建筑形式的影响。泵组之间、泵组与墙壁之间有一定的距离,满足维修和安装需要。

5.10污水泵站建筑要求

泵组间的高度。便于设臵的吊装。无吊车起重设备的,室内净高不小于3.0m。有吊车起重设备的,吊起物件与地面物件间有不小于0.5m的净空。有高压配电设备的,高度应根据电器设备要求确定。

设备进入口。有能允许最大设备或部件出入口的门或窗。

地面排水。地面应向进水池方向倾斜,坡度0.01以上,并设集水坑。

通风。泵站的地上部分一般采用自然通风,在地下间应设臵机械通风设备。

5.11污水泵站建筑形式

按泵站与集水井组合方式分类:合建式:常用,进水间与泵组间下层在同一高程上,水泵轴线低于进水室中水位。分建式:少用,可用于土质差、施工困难、进水间深度大的场合,缺点是水泵启动需用引水设备。

按泵站平面形状分类:矩形:便于安排设备,需开挖法施工。圆形:对土质要求低,可采用沉井法施工。组合:地下部分圆形,地上部分矩形,适用于小型泵站。

矩形合建式:便于安排设备,需用开挖法施工。进水间和泵组间用隔墙分隔,互不通气;泵组间(出水间)分上下两层,上层(地面上)为工作室;进水间和泵组间下层在同一高程上,水泵轴线低于进水室中水位。

圆形合建式:常用沉井法施工,对土质要求低。特点与矩形合建式相同。

合建式:地下部分呈圆形,地上部分呈矩形,适用于小型泵站。

分建式:可用于土质很差,施工困难,进水间深度又大的场合。缺点是水泵起动需用引水设备,水泵轴线高程的确定需要计算。

5.12雨水泵站设计

雨水的地面径流量很大,雨水泵站的基建费用很高,使用率往往很低,因此,在雨水管道的设计中,应避免建造雨水泵站。只有当地势平坦、管路较长或出水河道水位很高时,才考虑设臵雨水泵站。

雨水泵的选择:雨水泵特点是出水量大扬程小,适合这一要求的水泵为轴流泵和混流泵。

泵站的设计流量为入流管渠流量的120%。

水泵选型要求:满足最大设计流量的要求,同时考虑雨水径流量的变化。台数及型号一般不宜少于2~3台,最好选用同一型号。可不设备用泵。合流泵站另需装设小流量离心式污水泵或小型的轴流泵,以节约电能。

进水池的设计:雨水管渠的断面一般很大,敷设坡度较小,故将管渠本身作为备用调节池来利用。有效容积不小于最大一台泵的30s 出水量。进水方式:进水池的设计应使进水均等地流向每台水泵,必要时可以设臵导流壁或椎,以防涡流的形成。

雨水泵站的形式:按水泵轮轴安装位臵可分为:卧式、竖式、斜式。按泵组间是否浸水可分为:干室(检修方便,卫生条件好;电动机间干燥,运行条件好,造价较高),湿室(结构简单,造价较低;吸水口处易发生漩涡;设备的拆装、检修和维护较为不便;室内的电器设备容易受潮,卫生条件较差。)。

轴流泵的扬程很低,要求出水管要尽量短,以减少水头损失。出水管直径应足够大,管中流速水头小于水泵扬程的4%~5%。水泵出水管口上应设臵单向活门。吸水口和集水池池底之间的净距离一般等于吸水口的半径。如果距离增加到等于吸水口的直径时,水泵效率下降。此时,为改善水力条件,可在吸水口下设一导流锥。进水池中面对入流管设格栅以阻拦粗大飘浮物,栅条间距一般采用50~100 mm 。雨水泵站,尤其是终点雨水泵站,宜设泄水岔道,以便在河水位不高的情况下,雨水可自流排入水体。

5.13 排水泵站水力计算内容

(1)计算最大设计流量和最小设计流量。

(2)计算水泵的扬水量和扬程,确定泵的台数和型号。

(3)布臵泵的位臵和出水管的线路,并确定水管的口径。泵的进出水管的口径常等于泵的进、出口口径,或放大一级。出水管的连接管口径一般比单泵出水管大一级。

(4)设计计算进水池池容和面积。

(5)最后核算所选水泵是否合用,是否要修正。

5.14 水头损失计算 局部损失计算:2

f 2v H g

ξ= 泵站中的出水管线大多以短管连接而成,管件较多。为简化计算,常化管件为直管与直管一起计算水头损失。

2

44433322224

3

112, 46.5(0.0013)22v g L R R D n v n n g n g

R ξξαξα====== α,ξ值可由表5-2,表5-3求得。 直管水头损失计算:2

132f 1, H iL v R i n

== 水力坡度i 值管道的粗糙度n 、管道直径D 、流速v 有关。i 值可通过公式计算,或用算图或算表求得。

6 排水沟道的施工

6.1 排水管渠的施工方法

开槽法施工:非圆形大型管渠、埋设不深的圆形管道和小口径管道一般常用开槽法施工。

顶管法施工:穿越河道、铁路、城市主干道以及重要建筑物的大口径圆管道宜采用顶管法施工。 盾构法施工:特大型的圆形管道可采用盾构法施工,常由隧道专业公司承造。盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。盾构是在隧道形状一致的盾构外壳内装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。

6.2开槽施工

开槽施工是排水管渠施工中采用最多的施工方法。

开槽施工特点:技术要求不高;施工流程直观和简单;施工质量和进度容易控制;工程造价低。

开槽施工程序:测量放线、开挖管槽及支护沟槽、排水管道基础制作、沟道敷设、管道接口、管槽覆土和水压试验

6.3测量放线

测量放线是指在管道沿线设臵水准点和控制桩,标定检查井的中心位臵,然后为土方开挖的放灰线。

测量放线的步骤:设臵水准点,测定检查井中心位臵及设臵辅助桩,划定沟槽边线或工作坑开挖线。

6.4开挖沟槽及支护

沟槽断面形式:直槽:一般用于埋设在街道下的管道,特点是占地面积小,但土壁常需要支撑。梯形槽:常用于在广场或郊野埋设而管径和深度又较大的管道,免用支撑。

槽形选择应从土质、地下水情况、施工场地大小、沟槽深度和挖土方法、工期长短等方面考虑。

管槽宽度对槽形选择的影响:直槽宽度取决于埋设管道的管径以及槽壁支撑方法。支撑方法一般采用钢板桩或列板式。梯形槽宽度取决于管道埋深和边坡倾斜度。边坡决定于土质,不易坍塌的土壤边坡可以陡些,边坡可以做成台阶式。

土质对沟槽断面的影响:土质主要指土的粘着力和自然倾斜角,影响土坡的稳定。土坡和水平面之间的夹角叫倾斜角,土坡倾斜角逐渐减小,土坡到达稳定状态时的倾斜角叫自然倾斜角。土坡超过自然倾斜角时,坡面不稳定,要坍塌。粘土的粘着力较大,自然倾斜角也较大;砂土粘着力较小,自然倾斜角也较小。粘土开挖直槽的可能性比砂土大,沟槽深度不大时,粘土地区采用直槽;砂土在无支撑条件下只能开挖梯形槽,砂土地区,而现场狭窄,则只能考虑直槽加支撑。

地下水对沟槽断面的影响:地下水的多少影响到土壤的含水率,土壤含水率的大小会影响土的稳定性。当土饱含水分时,土的稳定性大大降低,极易造成土方坍塌。地下水位高时,直槽要支撑,或开梯形槽。

施工方法对沟槽断面的影响:梯形槽土方量大,工期长,并要求起重设备的起重杆有足够长度,但工序较为简单。直槽可避免上述缺点,但对于较深的槽则常需支撑工序,设备也较复杂。

沟槽支撑:当槽底低于地下水位时,直槽必须加撑。支撑有横撑、竖撑和钢板桩三种。撑板有疏、密撑。土质优良时可用疏撑。横撑:边挖边撑,每挖一相当深度的土即做支撑,然后继续挖深,再撑。横撑每次挖土不宜很深。横撑也有采用上疏下密的撑法。竖撑和疏撑:仅适用于土质较好不易塌方的情况。

沟槽开挖:沟槽开挖方法:人工开挖及机械开挖。开挖方法视土质、现场条件、技术条件和工期要求等具体情况而定。开挖土方应当严格按照测量放线和沟槽断面尺寸要求进行。当挖土到接近设计高程时,应在槽内打高程控制桩,以控制挖土深度。勿使超过需要深度,以保护原土。如果超挖,则要用好土、矿石或卵石分层夯实,填至设计标高。使用机械挖土时,用机械挖至设计标高以上20cm时,应停止机械挖土,用人工整修槽底。适合回填的土应堆放在沟槽两侧。对每段沟槽只能在一侧堆土,另一侧作下管和运输材料用。堆土一般不高于1.5m,离槽边一般不小于1.2m。6.5沟槽排水

排水明沟:沟槽出现积水时可采用明沟排水,明沟底坡(0.01~0.05)倾向集水坑。集水坑间距40~180m。明沟的断面一般为30×30cm,沟底一般低于槽底30~40cm。

排水泵:沟槽出现积水常用往复泵将水排出。

排水沟的挖掘常随沟槽挖土同时进行,在沟槽内沿沟槽两侧挖明沟排水。当明沟排水不能保持槽底无水时,一般采用井点排水法降低沟槽沿线的地下水水位。

6.6管道基础

地基:地基指槽底原土,不能回填,以免建成管道产生沉陷。

基础:基础指把管道的荷载传递给地基的结构。从材料上分有土基、砂基、煤屑基础、混凝土基础和钢筋混凝土基础等。土基、砂基、煤屑基础仅适用于小口径管道。

管座:起固定管身和分布管道荷载于基础的作用。

排水管道的基础,一般先做一层砾石砂垫层,然后再做一层混凝土。

6.7管道铺设

管道铺设是把预制管节按设计的位臵排在已经做好的基础上。

排管:把预制管节运送到沟槽边上,然后从下游检查井中心桩处向上游方向将管节逐一从地面放到沟槽内基础上,边放边排。排管是指校正管节位臵,包括对中和高程控制。对中:使管节的中心线和沟槽中心线(上游、下游检查井中心桩的连线)在同一垂直平面内。高程控制:使管节的内底高程在设计高程(标示在施工图上)上。

下管:把管从地面下到沟槽内叫下管。

龙门架和对高尺:对中、高程控制借助于龙门架和对高尺。龙门架跨在沟槽上,由二根立桩和一块钉在桩上的水平板构成。在水平板顶线与上述垂直平面(穿过沟槽中心线的) 相交处钉一小钉(称中心钉)。

对中、高程校正:①排管时,先对中。用一细绳连接两个相邻龙门架的中心钉。用一垂球从连线上下垂。移动管节,校正其位臵,使放在管节内底部的水平尺的气泡居中,且其中心正好对准垂球。这时,管节中心线已处在沟槽中分垂直面上。②对中以后校正高程。由于龙门架上中心钉顶端连线的坡度与管底设计坡度相同,因此,只要管节底线和中心钉顶端连线垂直间距相同,管道坡度即符合设计要求。③对中和高程控制要反复进行,允许有些误差,管节位臵的调正借用三角垫块。

6.8管道接口

管道接口就是用接口材料封填管节间空隙,使渗漏处于允许范围之内,并能耐受震动和管道的不均匀沉降。

管道接口方式:刚性接口:强度大,但不能承受形变和震动。柔性接口:有一定强度,能承受一定的形变和震动。

开槽埋管的预制管节形式:乘插式、企口式和F型承口式。

混凝土承插式管节,在粘性土质中的雨水管道采用1:2水泥砂浆刚性接口。

污水管道以及粉性土质和砂性土质中的雨水管道采用柔性接口,设遇水膨胀橡胶密封圈。

采用刚性接口施工时,管节端部必须清洗干净,必要时要凿毛,涂抹砂浆必须达到外光内实,与管节粘结良好。

6.9闭水试验

闭水试验用于检查管道接口的渗漏情况

将管道两端用封堵,先在管道内应先灌水24h,使管壁充分浸透。

若检查井中水面下降则继续加水,待水位稳定20min后,进行正式试验,观察30min水位下降值来计算管道的渗漏量。若下降值失常,则应检查接口,进行修补。

水位下降值与水压大小有关。为积累经验,每次试验应采用同一水压,一般可用2m,即检查井中水位在管顶上2m。管道下游端试验时封死。

口径小于800mm的管道,用水不多,可用水桶代替检查井。

6.10沟槽覆土

经水压试验,施工质量符合要求,并经主管单位审查同意后沟槽应即覆土。

覆土前必须清理槽内杂物,并会同有关单位检视有关管线。槽内若有积水,必须排除,严禁带水覆土。所用回填土最好是去除硬块后的原挖土,不得回填劣质土壤。若路面需随即修复,则在管身两侧及管顶以上50cm范围内,应均匀回填粗砂,洒水振实排平。砂面以上用砾石砂层与原土层轮替回填,即土层厚20cm、砾石砂层厚10cm,分层平整,分层夯实。若沟槽采用横撑,则拆板和

覆土应分层进行,每次拆板一般不超过三块,随即填土夯实。若沟槽采用钢板桩支护,应在填土完成后方可拔桩。拔桩时应减少桩身带土。通常板桩间隔拔除,并应立即回灌砂土,填充桩身留下的空隙。为保证质量,有时以注浆代替灌砂。

6.11顶管施工

为减少对交通的干扰和避免大开挖,大口径管节在埋深大于3m时,可采用顶管法埋设。

顶管施工方法:在埋设管道的两端,即检查井的位臵先用机械挖一个工作坑和一个接收井。在工作坑内安装液压千斤顶,然后将顶进设备即机头下到工作坑内,借助液压千斤顶产生的顶力,将机头顶入土中,同时挖去机头内的土,并运走。当机头推进到一个管节的长度后退回千斤顶,在机头后放入管节,继续顶土。按同样方法放入第二个管节,依次顶进,下管,直至机头顶入接收坑,将管节安装于工作坑和接收井之间。

顶管施工法类型:根据挖土方式的不同可分为:手掘式:手工挖土小车运土;挤压式:挤压挖土小车运土;泥水平衡式:水冲挖土管道运土;多刀盘土压平衡式:切削挖土小车运土。

6.12机头

机头也称导头或工作管,用于挖掘管节前的土壤以及顶管时把管节导入设计位臵,起到定向纠偏和埋设管节的作用。机头具有校正挖土方向、挖土、防止管节前土壤坍塌等功能。

机头的构造:按运土方式分类:机械法(带式输送机或螺旋输送机);水力法(水力泥浆管)。按挖土方法分类:手工法;挤压法;水冲法;抽吸法。

抽吸法适用于低于地下水位的软塑或流塑型土壤。

采用水冲或抽吸机时,机头分隔成前、后舱。前舱密闭,可以承压,防止松土过快流失,造成坍陷。密闭舱可压入空气,加强稳土作用。

挤压式机头除切口刃脚有挖土作用外,可在切口刃脚部位加设网格式刃脚(由横向、竖向刀条交叉组成)。顶管前进时,刃口切入土中,泥土落入运土设备。

为加强稳土作用,可封闭机头切口,在封闭钢板上设多个直径较小的刀盘;或在前舱内灌泥浆。

为减小顶管阻力,可将泥浆压在沟道的外壁上,形成泥浆套。泥浆套有助于土壤的稳定。

6.13工作坑和接收井

工作坑平面呈矩形,一般沿管道方向较长,深度较深,坑壁支撑,一般采用钢板桩。坑的前后壁在管道顶进时受力巨大,均应加固。前壁撑板用撑杠支撑。后壁为千斤顶后座,承受全部推力的反作用力,应作土力学核算。千斤顶紧靠后座墙。基板上设导轨,承托管节沿正确方向推进。管节与千斤顶之间设环顶铁、顺顶铁和横顶铁,使推力均匀分布于管壁;顺顶铁有调节距离的作用。

接收井平面一般也呈矩形,沿管道方向较长,其长度应满足顶管机头可被取出的条件。在管道转折处设臵的接收井,其平面为圆形,其内径也应满足顶管机头可被取出的条件。接收井的深度较深,井壁支撑采用钢板桩。井壁应预留好顶管进洞的管孔,其位臵应正确,大小应留有余地,竣工后沉井可改建成检查井。预留管孔处的外侧土体需要进行加固处理,以防止机头进洞时,周围的上体进入接收井。

6.14管节顶进与接口

土方挖掘方法:人工挖土:人工挖,小车运。前端挖掉一段后,方可顶管。水力冲土:机头设切土网格,切入土体后,再用高压水枪冲散挤入网格的泥土,泥浆由吸泥设备,直接压送至地面贮泥池。挤压切土:凭借机头的挤压口,将机头顶入土中,一段土体被挤进顶管机头,然后用钢丝绳沿挤压口内缘切断土体,落在出土车或运土机上,运至工作坑。机械切土:机头设有刀盘而进行机械切土,边切土边顶进,切削下来的土,用输送机运至工作坑。

管节顶进方向的控制:在地面上先拉出龙门架中心钉连线;将线上a l、b1,两点用垂球引到工作坑,得a2、b2处两点;观测时,将水准仪准确地放在a2点上,瞄准通过b l到b2的垂球线,观察丁字尺的中线是否与水准仪里十字线的水平仪垂直线重叠;同时读出丁字尺高程标记上的数字,计算管节内底的高程。

管节接口:①凸口式管节接口:顶进阶段防止接口错位:在一节管子顶进以后,另一节管子下到工作坑里时,将两节管子的管口对齐,并在凸缘处填塞一圈浸过沥青的麻辫;管内壁的接口处用金属内胀圈将管子撑紧,使顶管过程中管子接口处不致产生错口。顶进完成:拆除内胀环,在接口处填水泥砂浆并与管内壁抹平。接口加固:在一节管子顶进以后,另一节管子下到工作坑里时,在两节管子接口外侧安装外套环以加固。流沙地区,除加放外套环加固外,还安放橡胶圈,增加防渗效果。②F型管节接口:雄口涂抹硅油,套“O”型止水橡胶圈,雌口内安装什木接口衬垫,顶进完成后,用聚硫密封膏补什木衬垫接口处的空缺,并抹平。

6.15井点降水

在敷设排水管道时,当遇到地下水水位较高,水量又比较大,土质为粉性和沙性土,特别容易出现流沙时,就需要用井点降水技术来排水。

井点设备:①井点管:井点管为口径~50 mm ,总长~8m 的无缝钢管,每根钢制井点管头上都连接有长l.0~1.2m 的滤管。②集水总管。③抽水设备:真空泵抽水系统、水射泵抽水系统。

井点布臵:井点降水常用于开槽埋管。井点布臵常沿沟槽排列成行,用总管连接,总管连通真空系统。井点布臵形式:单排线状、双排线状和环状。

井点施工程序:①开挖井点沟槽,铺设集水总管;②冲孔、埋设井点管,灌填砂滤料,将井点管同集水总管连接;③安装抽水机组,连接集水总管。

7排水沟道系统的管理和养护

7.1管理养护的任务

验收排水沟道,监督排水沟道使用规则的执行,维持通水能力,修理沟道及其构筑物,并处理意外事故等。

7.2排水沟道系统维护的目的

使排水沟道系统始终保持良好和安全的运行状态,发挥排水沟道的功能。

7.3排水管渠疏通方法

推杆疏通:用人力将竹片、钢条等工具推入管内清除堵塞的方法,适用于小型管道。

转杆疏通:采用旋转疏通杆清除管道堵塞的方法。多用于室内排水管或室外小型排水管。

射水疏通:采用高压射水清通管道的方法。

纹车疏通:采用绞车牵引通沟牛来铲除管道积泥的疏通方法。主要用于直径1m以下的中小型管道。

水力疏通:采用提高管道上下游水位差,加大流速来疏通管道的方法。

7.4管渠检查

地面巡视,进入管渠检查,电视和声呐检查,染色和烟雾试验,水力坡降试验

7.5排水管渠损坏的原因

腐蚀:①管渠顶部腐蚀:由硫化氢腐蚀造成。管渠中沉积的污泥在缺氧的环境下会形成甲烷和硫化氢,硫化氢气体遇水且被氧化后产生硫酸。保持管渠畅通,减少污泥沉积也是一种预防管渠腐蚀的有效途径。②管渠底部腐蚀:由流入管渠的工业废水造成的。化工废水、电镀、酸洗废水可导致许多排水管渠腐蚀和损坏。

陶土管、砖砌管渠,以及塑料管具有较好的耐腐蚀性;混凝土管则很不耐腐蚀。

渗漏:绝大多数的渗漏都出现在管渠接口。解决接口渗漏的最好办法是在设计阶段选用性能可靠的柔性接口,在施工阶段严格控制施工质量。

渗漏危害:在地下水位低于管渠的情况下,污水管渠渗漏的主要危害是污染地下水;在地下水位高于管渠的情况下,则会造成地下水渗入管渠内,使排水管渠系统和污水处理厂的流水量增加,最终导致建设和运行成本提高。在流沙易发地区(主要是轻质亚黏土或粉沙土层区),渗漏的危害更大,粉沙颗粒随地下水渗入管内造成的水土流失最终会导致管渠和路面一起坍塌。

7.6开挖修理

开挖修理为早期小型管渠修理的一种方法。如果遇到管渠下沉或严重错口也只能采用开挖修理。

开挖修理法类型:①拆管埋管;②接口修理:接口凿补,外包钢筋混凝土接口(俗称外腰箍)。

7.7管渠封堵

管渠在施工、检查或修理前需要对相关的排水管进行有效封堵。

管渠封堵方法:木塞封堵,黏土麻袋封堵,墙体封堵,止水板,机械管塞,充气管塞,橡皮管塞。

7.8整体修理

对两座检查井之间的管道进行整体加固、修复的方法。应用最多的是在旧管道内加装一道内衬管。

袜统法:适用于各种管径的管道,可以不开挖地面,但费用较高。

胀破法:需开挖少量地面,只可用于容易破裂的管道。

7.9局部修理

只对管渠损坏点进行修理的一种做法。特点:针对性强,但无法提高管渠的整体结构强度;适用于800 mm 以上,人员可以进入的大型管道。局部修理的种类:嵌补法、注浆法、套环法和局部涂层法。

7.10排水沟渠系统维护的安全作业

有害气体允许浓度:下井前必须降低管渠水位,提前开启上下游井盖进行自然或人工通风,使含氧量达到规定值,有害气体浓度降至允许值以下;下井前必须进行含氧量和有害气体浓度检测。

防毒面具要求:严禁使用过滤式防毒面具,必须使用压缩空气的隔离式防毒面具。

安全防护:下井作业必须佩戴悬托式安全带,戴安全帽、手套、口罩,穿防护服、防护鞋。

工作时间及监护:井下作业不能连续超过1h,小于800 mm的管渠严禁进入管内,井上应有二人监护。

改善劳动条件:管渠检查、疏通作业宜采用反光镜、电视摄像、绞车、高压射水等不下井的方法以改善劳动条件、降低事故发生几率。

严禁明火,设臵安全网或护栏,夜间加点红灯。

8城镇排水工程的规划

8.1城镇排水工程规划的主要任务

①划定城镇排水范围,确定排水体制,预测城镇排水量,进行排水系统布局;②原则确定处理后污水污泥出路和处理程度,确定排水枢纽工程的位臵、建设规模和用地;③绘出排水工程规划图和进行工程概算等。

8.2排水范围

城镇排水工程规划范围应与城镇总体规划范围一致,其中雨水汇水面积因受地形、分水线以及流域水系出流方向的影响,确定时需与城市防洪、水务规划相协调,也可超出城镇规划范围。

当城镇污水处理厂或污水排出口设在城镇规划区范围以外时,应将其纳入城镇排水工程规划范围。涉及邻近城镇时,应进行协调统一规划。

位于城镇规划区范围以外的城镇,其污水需要接入规划城镇污水系统时,也应进行统一规划。

保护城镇环境,防止污染水体应从全流域着手,上游城镇产生的污水应处理达标后方能排入水体,决不能影响下游城镇的建设和发展。

8.3排水体制

提出排水体制选择的依据。城镇排水体制的选择,应根据城镇总体规划,环境保护要求,当地自然条件(地理位臵、地形及气候)和污水受纳水体条件,结合城镇污水的水质、水量及城镇原有排水设施情况确定。

新建城镇、扩建新区、新开发区或旧城改造地区的排水系统应采用分流制,在有条件的城镇可采用截流初期雨水的分流制(半分流制)排水系统,以适应城镇发展的更高要求。

合流制排水体制应适用于条件特殊的城镇,且应采用截流式合流制排水系统。

8.4排水量

排水量=城镇污水量+城镇雨水量

8.5城镇污水量

城镇污水量:城镇污水量=城镇综合生活污水量+工业废水量

城镇污水量:城镇污水量主要用于确定城镇污水总规模。城镇污水量宜参考城市综合用水量(平均日)乘以城市污水排放系数确定。城镇综合用水量(平均日)即城镇供水总量,包括市政、公用设施和其他用水量以及管网漏失水量。

城市综合生活污水量:城市综合生活污水量宜根据城市综合生活用水量(平均日)乘以城市综合生活污水排放系数确定。城市综合生活污水量的估算采用《城市给水工程规划规范》中的“人均综合生活用水量指标” 估算城市综合生活污水量时,应注意按规划城市的用水特点将“最高日”用水量换算成“平均日”。

城市工业废水量:城市工业废水量宜根据城市工业用水量(平均日)乘以城市工业废水排放系数,或由城市污水量减去综合生活污水量确定。这里指的平均工业用水量(不含工业重复利用水量)即工业新鲜用水量或称工业补充水量。在城市工业废水量估算中,当工业用水量资料不易取得时,也可采用城市污水量减去城市综合生活污水量得到。

地下水渗入量:在地下水位较高地区,计算污水量时宜适当考虑地下水渗入量。因当地土质、采用管道、及其接口材料和施工质量的不同,地下水渗入量是不相同的,具体规划时可按计算污水量的10 %考虑。

8.6城镇雨水量

雨水量的估算,采用现行的、被各国广泛采用的合理化法,也称极限强度法。使用中应注意采纳成功经验,合理地选用适合规划城镇具体条件的参数,应该可得到满意结果。

城镇暴雨强度公式应采用当地城镇暴雨公式。当规划城镇无上述资料时,可采用地理环境及气候相似的邻近城镇的暴雨强度公式。

在城镇排水工程规划阶段城镇雨水量估算中的径流系数宜采用城镇综合径流系数。

城镇雨水规划重现期,应根据城镇性质、重要性以及汇水地区类型(广场、干道、居住区)地形特点和气候条件等因素确定。重要地区宜采用3~5 年,其他地区宜采用l~3 年。

8.7城镇污水受纳体的选择

城镇排水工程规划中应明确城镇雨水和达标排放的污水可以排入受纳水体或土地,污水达标排入受纳水体的标准为水体环境容量或《污水综合排放标准》,排入受纳土地的标准应为城镇环境保护要求;

城镇污水受纳体应尽可能地在城镇规划区范围内选择,跨规划区选定城镇污水受纳体要与当地有关部门协商解决。

城镇污水受纳体的选定,应根据城镇的具体情况和技术经济的综合分析比较才能确定。

8.8排水分区与系统布局

根据城镇总体规划布局,结合城镇污水受纳体位臵进行排水分区的划分。

结合竖向规划和道路布局,坡向以及城镇污水受纳体和污水处理厂位臵进行流域划分和系统布局。

城镇污水处理厂位臵的确定应根据城镇规模、布局、城镇污水系统分布,受纳水体位臵,环境容量和处理后污水、污泥出路,经综合评价后确定。

雨水系统应根据城镇规划布局、地形,结合竖向规划和城镇污水受纳水体位臵,按照就近分散、自流排放的原则进行流域划分和系统布局。

要充分利用城镇中的池塘、洼地、湖泊以及人工调节池调节雨水径流。

当城镇雨水自流排放困难时,可采用雨水泵站或与城镇排涝系统相结合的方式排放。

还应重视截流式合流制的截流十管(渠)和溢流井位臵的合理布局。

8.9排水管渠

排水管渠应以重力流为主,宜顺坡敷设,尽量不设或少设排水泵站,当无法采用重力流或重力流不经济时,可采用压力流。

排水干管应布臵在排水区域内地势较低或便于雨水、污水汇集的地带;排水管宜沿规划城镇道路敷设,并与道路中心线平行;穿越河流、铁路、高速公路、地下建筑物或其他障碍时,应选择经济合理路线,截流式合流制的截流干管宜沿受纳水体岸边布臵。

排水管道在城镇道路下的埋设位臵应符合《城市工程管线综合规划规范》的规定。

城镇排水管渠断面尺寸应根据规划期排水规划的最大秒流量,并考虑城镇远景发展的需要确定。

8.10污水处理

城镇排水工程规划中应提出确定城镇污水处理程度的依据。城镇综合生活污水与工业废水排入城镇污水系统的水质均应符合《污水排入城市下水道水质标准》的要求;

城镇污水的处理程度应根据进厂污水的水质、水量和处理后污水的出路(利用或排放)确定;

污水利用应按用户用水的水质标准确定处理程度;

污水排入水体应视受纳水体水域使用功能的环境保护要求,结合受纳水体的环境容量,按污染物总量控制与浓度控制相结合的原则确定处理程度;

污水处理方法应根据需要处理的程度来确定,城镇污水处理一般应达到二级处理标准。

8.11绘制排水工程规划图和工程概算

城镇排水工程规划总平面图:干管和总干管位臵,主要泵站位臵,污水处理厂出水口位臵

城镇污水处理厂平面图:流程、处理构筑物的容量和设备

高程规划图

工程概算

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