寒區大跨徑橋梁橋面防污排水系統水力計算

王麗榮，張舉兵，馬振生，吳 巖

（1.黑龍江工程學院；2.北京科技大學；3.前嫩公路工程建設指揮部；4.黑龍江省公路勘察設計院）

1 設計流量的確定

根據雨水管道設計原理，排除橋面雨水的截流管采用極限強度理論設計，即設計暴雨強度、降雨歷時、匯水面積均取相應的極限值，設計流量Q的計算式為

式中：Q為設計流量；F為匯水面積，等于路面寬度W和排水路段長度L的乘積（hm2）；Ir為暴雨強度，對應集流時間的降雨強度（L/（s·hm2））。

查閱相關氣象資料，黑河市地區的暴雨強度公式為

式中：p為設計降雨頻率標準，即重現期（年）。根據《公路排水設計手冊》高速、一級公路取5年；t為設計降雨歷時，即集流時間，設計降雨歷時是指所設計管道對應的匯水面積中最遠的一點到達集水點的雨水流行時間。

2 排水管道水力計算

（1）初始管段的計算

橋面有縱、橫坡，橋面雨水實際流向是從橋面最高處沿縱、橫坡的組合斜坡流行。設計計算時，可將該過程簡化為經橋面內橫向漫流過程和防撞護欄與橋面形成過水斷面的縱向集流過程最后排至到一定間距的泄水管。在應急排水系統中，設置縱向截流管將各泄水管排水收集引至水域外。截流管的設計流量沿排水方向在不同管段不斷增加，橋梁排水設計中匯水面積的劃分是由橋梁半幅的寬度和匯水口之間的距離決定的，根據公路排水設計手冊的規定集水口之間的距離取8 m。

第一段管段到第二段管的時間就是指雨水從這一點流到收集口的時間，包括橫向漫流時間和縱向集流時間，參考文獻推薦采用（3）式計算

式中：th為橫向漫流時間，即雨水從最不利點處沿橫向流經橋梁最大寬度的距離所用的時間，與橋面寬度和橫坡有關，min；tv為縱向匯水點最遠處水流至第一個泄水口的時間即縱向匯流時間，與排水斷面形式和縱坡有關。

th的計算見（4）式

式中：m1為地表粗糙系數，本依托工程設計水泥混凝土路面取0.014；W為橋梁橫向的寬度，本依托工程設計中半幅橋寬為10.75m；ih為橋面橫坡，本依托工程設計橋面橫坡為0.02。

tv的計算見（5）式

式中：li為最不利點到匯水口的縱向距離，本依托工程設計為8 m；vv為縱向匯水平均流速，（m/s）；vv也可按Rziha經驗公式計算。

根據Rziha經驗公式

式中：iv為橋面縱坡，本依托工程設計取0.015。

由以上各式可以計算出第一段管段的設計流量Q，由于設計管段是滿流，所以根據謝才曼寧公式就可以算出管徑。

謝才曼寧公式計算流量見（7）、（8）式

利用公式（1）到（6）計算出Q，再把Q代入（1.7～1.8）中可以求出管徑D。

（2）其它管段的設計

可以根據公式（1）、（5）計算出在第一段管道里的流行時間t（k），疊加在第二段計算時的流行時間，就是第二段的集雨時間t（k+1），代入公式（2）計算出降雨強度Ir（k），再計算在第二個收集口的匯水面積F1+F2，即可代入公式（1）計算出第二段管道的流量Q（k）。再利用公式（8）計算出第二段的管道直徑D（k），再將直徑代入公式（7）計算出管道內的平均流速v（k），再代入公式（8），如此循環計算就可以逐一計算到最后一段管道的管徑的D（k+1），流量Q（k+1）。

在實際計算中，要是通過人工來完成這些計算式非常繁瑣的，在計算機技術如此發達的今天，使用計算機工具來完成計算，無疑可以大大提高計算效率和準確率。

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