平原地區排水管道高程控制設計優化

趙宇

南寧市勘察測繪地理信息院 廣西南寧 530000

平原地區地勢比較狹長平坦，若按照《室外排水設計規范》（以下簡稱《排規》）第4．2．10 條最小管徑排水管道的最小設計坡度（塑料管0．002，其他管0．003）[1]的規定進行設計時，有可能使排水管終點內底埋深達到10m 左右的地步，給施工和管網運行帶來許多麻煩，工程造價相應增加。以3km 長污水管段和2km 長雨水管段為例：起點至終點按管內頂持平進行高程設計，則塑料污水管（DN=300-1000mm）內底落差等于6．70m；而鋼筋混凝土雨水管（D=300-3000mm）內底落差可高達8．70m；遇到兩種管道在終點交叉，按《排規》附錄B 最小凈距規定，假設D=3000mm雨水管在上，DN=1000mm 污水管在下，參照《排規》表B 注1，令污水管外徑OD=1072mm，壁厚=36mm，雨水管選用150°砂石基礎，管壁厚t=275mm，管基尺寸C1=300mm[2]，則雨、污水管內底高差△=1000+36+150（表B 為0．15m）+300+275=1761（mm）取1．76m；假定起點雨、污水管內頂覆土高度均取1．00m，那么污水U 形倒虹管的內底標高比起點地面高程低11．46m（1．00+8．70+1．76=11．46），即使終點地面低于起點1．46m，欲施工埋深10m 的倒虹管也是個難題。

以《排規》為基礎，宜選用優質管材減少坡度，水力計算標準化，并設置特殊雨水井解決管道交叉難題，適當改進小區污水井型式，小區地下室頂板的雨水系統宜采用矩形雨水溝，這些措施將有助于管道高程控制的規劃優化。

1 選用優質管材

1.1 塑料排水管

推薦國標圖集19-56 頁介紹的各種優質塑料管[3]，參照27、37、53 和55 頁，設計圖管材統計標稱DN/ID，但在管道平面圖或縱斷面圖上則用D 表示。

塑料管內壁光滑，粗糙系數n 取0．009 的依據如下：

（1）《排規》第4．2．3 的條文說明指出，UPVC 管、PE 管和玻璃鋼管n 均為0．009-0．01。

（2）《建筑給水排水設計標準》第4．5．4 條推薦n=0．009。

（3）《建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技術規程》第3．2．4 條建議n 宜采用0．009。

（4）《建筑給水排水設計手冊第二版（上冊）》173 頁n=0．009。

1.2 鋼筋混凝土排水管

芯模振動鋼筋混凝土排水（CRCD）管適宜抵抗高流速沖刷[4-5]。雖然沿海平原管道沖刷問題不明顯，但它能徹底解決普通鋼筋混凝土排水（RCD）管平口企口剛性連接和剛性混凝土基礎存在的滲漏并導致鋼筋腐蝕的問題。CRCD 管材采用承插橡膠圈柔性連接和柔性砂石基礎能長期保持內壁比較光滑，n 取0．013 留有余地。對于雨水管，考慮高程和投資控制，D ≥800 宜優選CRCD 管，施工下管前管內壁涂特種漆屏障GZ-2 使表面光滑，n 取0．009。

2 磚砌雨水溝

為減少建筑小區地下室頂板的覆土高度，小區地下室頂板范圍內宜采用矩形磚砌雨水溝，交通要道設鋼筋混凝土或高強玻璃鋼有流水縫蓋板。水溝內表面采用M10 水泥砂漿抹面，n=0．013-0．014 取上限。當采用加強級GZ-2 屏障漆進行施涂（二底三面）后，n 可取0．009。

設定矩形水溝凈寬為b，水深為h，令水深寬比α=h/b。則由Q=Aυ，υ=R2/3I1/2/n，可得[6]：

式中Q——設計流量（m3/s）；

A——水流有效斷面面積（m2）；

υ——流速（m/s）；

R——水力半徑（m）；

I——水力坡降；

n——粗糙系數。

b——凈寬（m）；

h——水深（m）；

φ′——矩形溝水力參數，明溝φ′=α（1+2α）2/3。

為加快I 和υ 的運算，令比阻B=（nφ′）2/h16/3，流速系數Kc=α/h2或1/bh；則I=1000BQ2（‰）和υ=KcQ。雨水溝水力速算參數詳見表1。

從 表1 可 看 出，當υ2=2．00（m·s-1）時，600×400 雨水溝排除雨水的能力介于DN=500-600mm 的塑料排水管之間，500×300 雨水溝排除雨水的能力介于DN=400-500mm 的塑料排水管之間。

3 管道穿越特殊雨水井

當污水管與雨水管上下交叉時，宜遵循污水管在下，雨水管在上的原則，通常采用污水U 形倒虹管的方案，給施工安裝和運行管理帶來麻煩，工程投資增加很大。根據多年實踐經驗總結提出特殊雨水井設計如圖1、圖2 和圖3。

特殊雨水井簡述：①采用一段鋼（污水）管直接穿越雨水（檢查）井。②井室和流槽表面和整段鋼管內外壁用二底三面加強級GZ-2屏障漆施涂，總厚0．12mm（參考價35 元/m2）[7]。③污水管應置于雨水管上部0．35D 的空間內，留出下部≥0．65D 的無阻擋過水斷面。④鋼管內壁和雨水管異形過水斷面計算n 取0．009。⑤考慮井室內雨水管斷面擴大的因素，貫穿污水管不影響滿流時的雨水流量。

4 結語

（1）引起（管道）污水中懸浮物沉淀的因素中，起決定性的是充滿度，即水深，而流速（或坡度）則是其次。在流速0．22m/s 時，已不致造成中等粒度懸浮物沉淀，流速達到0．5m/s 時，10cm3 的片礫即可沖動。我國有0．4-0．5m/s 流速的運行情況，無不良反映。

表1 n=0.014 雨水溝水力速算

（2）建筑小區地下室頂板覆土內適宜采用矩形雨水溝控制高程和降低工程造價，且宜用GZ-2 屏障漆施涂增加內表面光滑度。

（3）在平原地區室外排水管道設計時，采用管道穿越特殊雨水井有利于控制管道埋深，減少投資。當污水管與雨水管上下交叉時，可根據實際情況替代污水U 形倒虹管的方案，提升水力條件的同時節省投資。

圖1 特殊雨水井立面

圖2 特殊雨水井Ⅰ-Ⅰ剖面

圖3 特殊雨水井Ⅱ-Ⅱ側剖面