第11章-城市道路排水设计

排水工程的内容：一是雨污水的收集、输送部分——排水管网二是污水的处理、利用部分——污水处理本课内容第十一章城市道路排水设计1第一节概述一、城市排水系统的制度（一）合流制将污水和雨水用同一管道排除称为合流制排水系统。（二）分流制将雨水和污水分别设置管道系统排除，称为分流制排水系统。2132直排式合流制排水系统1合流支管（沟）合流干管（沟）2河流3（一）合流制3合流干管（沟）截流式合流制排水系统1截流主干管（沟）溢流井23722211133366456污水厂4溢流干管（沟）出水口65河流7（一）合流制4（一）合流制特点优点街道下只设一条排水管道，管网建设比较经济。缺点污水汇集后流入处理厂，处理厂规模大，投资多，建设困难；不降雨，排水管水量小；如直接排入水体不卫生。实际很少采用合流制排水系统。5完全分流制排水系统1污水干管（沟）出水口532雨水干管（沟）6污水主干管（沟）河流4污水厂363135422121分别设置污水和雨水管道系统（二）分流制6优点完全分流制卫生情况好，并可分期建设，减少一次投资。实际采用较多。缺点•管道数多，投资比合流制大。雨水直接排入河道，初降的雨水较脏，有可能污染河道。（二）完全分流制特点767污水主干管（沟）5河流出水口6污水厂7污水干管（沟）半分流制排水系统13雨水干管（沟）2溢流井43444331221125只设污水管道系统，不设雨水暗管，雨水沿地面边沟和明渠泄入天然水体（二）分流制8特点比较经济，需具有有利地形才能采用。在新建城区初期采用不完全分流制系统，先解决污水排除问题。随着城市发展，道路逐渐完善，雨水管也建设起来，改为完全分流制，这样分期建设排水系统，有利城市发展。（二）半分流制特点9合流制和分流制的比较：环保方面：合流制对环境污染大，雨天时部分污水溢流入水体，造成污染。造价方面：合流制比分流制可省投资20%~40%，但合流制泵站和污水处理厂投资要高于分流制，总造价看，完全分流制高于合流制。而采用不完全分流制，初期投资少、见效快，在新建地区适于采用。维护管理：晴天时合流制管道内易于沉淀，在雨天时沉淀物易被雨水冲走，减小了合流制管道的维护管理费。但是合流制污水厂运行管理复杂。10二、城市道路雨水排除系统的类型明式系统公路和一般乡镇道路采用明沟排水，在街坊出入口、人行横道处增设一些盖板、涵管等构造物。11二、城市道路雨水排除系统的类型暗式系统包括街沟、雨水口、连管、干管、检查井、出水口等部分进水孔街沟雨水口连管检查井雨水干管12二、城市道路雨水排除系统的类型（三）混合式系统明沟和暗管相结合的一种形式。城市中排除雨水可用暗管，也可用明沟。13第二节雨水管道及其构造物沿道路布置一、雨水管的布置1.平面布置：城市道路雨水管线应平行于道路中心线或规划红线。干管设置在街道中间或一侧，并设在快车道外，当道路红线宽大于60m时，可沿街道两侧作双线布置。142.雨水管与其它管线交叉：发生平交时其它管线一般可用倒虹管的办法，分离相交管线。15城市地下管道1617管道纵坡尽可能与街道纵坡一致。水管的最小纵坡不得太小，一般不小于0.3%。为防止或减少沉淀，雨水管设计流速常采用自清流速，一般为0.75米／秒。为了满足管中雨水流速不超过管壁受力安全的要求，对雨水管的最大纵坡也要加以控制，通常道路纵坡大于4%时，需分段设置跌水井。3.管道纵坡：184.管道的埋设深度最大允许埋深：一般在干燥土壤中，管道最大埋深不超过7～8m，地下水位较高，可能产生流沙的地区不超过4～5m。最小埋深：等于管直径与管道上面的最小覆土深度之和。在车行道下，管顶最小覆土深度一般不小于0.7m。在管道保证不受外部荷载损坏时，最小覆土深度可适当减小。冰冻地区，要依靠防冻要求来确定覆土深度。19（一）雨水口雨水口是在雨水管道或合流管道上收集雨水的构筑物。雨水口一般设在街区内、广场上、街道交叉口和街道边沟的一定距离处。1．雨水口的布设形式1）单幅式：布置两排雨水口。二、雨水口和检查井的位置202）双幅式：布置两排或四排雨水口213）三幅式：布置四排至六排雨水口22雨水口的构造包括进水蓖、井身和连接管三部分。2.雨水口的构造形式及适用地点23雨水口的构造形式：1）平式雨水口缘石平蓖式雨水口：适用于有路缘石的道路，主要排除路面水；地面平蓖式：适用于无路缘石的路面、广场及地面低洼聚水处等。24雨水口的构造形式：2）立式雨水口：有立孔式和立蓖式两种。适用于有路缘石的道路，其中立孔式适用于蓖隙容易被杂物堵塞的地方。3）联合式雨水口：在水平和垂直方向上均有雨水蓖子。宜用于径流集中且有杂物堵塞处。25雨水口布设：雨水口平面布置、结构形式、间距、竖向高程：①低洼积水点和交叉口竖向规划必须的雨水口。②根据道路纵横坡、街道宽度、周围建筑物，选择雨水口形式及布设方式。③根据当地暴雨强度、雨水口泄洪能力，确定雨水口数量、位置与间距。④交叉口单独设计。⑤立式雨水口进水孔底面比附近地面略低；平箅式雨水口比附近路面低3－5厘米。26雨水口的泄水能力按下式计算：3.雨水口的泄水能力式中：Q——雨水口排泄的流量，m3/s；ω——雨水口进水面积，m2；C——孔口系数，圆角孔用0.8，方角孔用0.6；g——重力加速度；h——雨水口上允许贮存的水头，一般认为街沟的水深不宜大于侧石高度的2/3，一般采用h=0.02～0.06m；k——孔口阻塞系数，一般k=2/3。kghcQ227检查井可连接沟管，相邻两个检查井之间的管道应在同一直线上，便于检查和疏通操作。检查井设置在管道容易沉积及经常需要检查的地方。（二）检查井改变方向处改变坡度处改变高程处改变断面处跌水处直线段间隔距离28第三节雨水管渠设计流量计算雨水管渠的设计流量一般按下式计算：FqQ式中：Q——雨水设计流量，L／s；q——设计暴雨强度，L／s/10000m2）；ψ——径流系数；F——流域汇水面积，10000m2。29（一）径流系数ψ定义：某时段内的径流量（流入雨水管渠的雨水）与同一时段全部降雨量的比值，称为径流系数。影响径流系数因素：排水地区地面性质和地面覆盖。30定义：雨水管渠汇集降雨的面积，称为汇水面积。汇水面积的区界根据地形地物决定。地势平坦，街坊、四周的道路都有沟管时，用各街角的分角线划分汇水面积。（二）汇水面积ABCD31地势向一边倾斜时，街坊的雨水流入低侧街道下的管道内，不需要把街坊划分为几块面积，若街坊两侧都有雨水管道时，可使雨水流入街坊两侧的管道。（二）汇水面积32定义：设计暴雨强度q指104m2地面每秒钟的降雨量，（L/s/104m2）。542.0)lg55.01(934tTq1.设计重现期T在一个较长的统计期限内，设计暴雨强度的降雨重新出现一次的平均时间间隔，单位为年。（三）设计暴雨强度q332.设计降雨历时t21mttt设计暴雨所取的某一连续时段称为设计降雨历时，单位以分min计。t1－地面汇流时间，与面积大小、距离长短、地面种类、坡度和覆盖情况有关，一般5－15min。t2－管内流行时间，t2＝L/60v。m－折减系数，明渠1.2，暗管2，陡坡1.2－2。341.雨水管道布置原则道路网规划根据城市总体规划、道路网规划和居民区详细规划，结合地形、地物等条件确定，力求做到工程经济合理，管网疏密恰当，避免埋深过大或过小，坡度过陡或过缓。第四节雨水管道设计城市总体规划居民详细规划351.充分利用地形，分区就近排入水体尽量利用自然地形坡度，以最短的距离排入附近的池塘、河流、湖泊或郊区灌溉系统。当水体位置较远，且地形平坦或地形不利的情况下，考虑设置水泵站；当天然水体的水位高于管道出口时，可以设置出口泵站。规划雨水管道着重考虑的问题：362.雨水干管应沿排水地区低处布置地形起伏较大地区，雨水干管应结合主要道路走向沿山谷低处布置，两侧斜坡地可借支管连接。具体布置时，应先根据地形划分地面水径流的分水岭线，然后在相邻分水线之间沿谷线低处布置。规划雨水管道着重考虑的问题：373.合理选择和布置出水口出水口结合地形、水体具体情况可以分散或适当集中布置。当管道出水口的构造比较简单、造价不高时，宜考虑分散布置；若河流水位变化很大，管道出水口离常水位很远时，出水口建筑费用大，此时不宜采用过多的出水口，宜集中布置并选择合适的位置。规划雨水管道着重考虑的问题：38391、在1:2000～1:5000地形图上，划分排水流域，规划雨水管道路线，确定水流方向。2、划分各段管道汇水面积，计算管道长度，写在图中。3、依地形图等高线，确定各设计管段起迄点地面标高；确定沿干管的控制点高程，准备进行水力计算。4、按整个区域的地面性质求出径流系数。5、依道路、广场、建筑街坊的面积大小、地面种类、坡度、覆盖情况，以及街坊内部的排水系统等因素，计算起迄点地面集水时间。雨水管道设计步骤406、根据区域性质、泄水面积、q20值、地形等因素，确定设计重现期。7、确定暴雨强度公式。8、确定设计流量，进行水力计算，确定管道断面尺寸、纵断面坡度，并绘制纵断面图。9、编写必要的设计和施工说明。雨水管道设计步骤41水力计算常用基本公式1.流量：2.流速：3.管道直径（满流）：4.水流有效面积：管道满流时：梯形断面：式中：b——渠道底宽(m)；m——边坡系数；h0——正常水深(m)。VQD421321iRnQ21321iRnV42D00hmhbAqQ42水力计算常用基本公式5.水力半径管道满流时：梯形断面：200012mhbhmhbR4DR43备注：排水管道材料一般为混凝土、钢筋混凝土和铸铁，n=0.013－0.014计算时通常采用n=0.013雨水管道设计应按满流计算44例：已知某设计管段的设计流量Q＝367.81L/s，管底纵坡i＝0.003，n＝0.013（满管），求管道直径D和设计流速。42D管道满流时：水力半径：4DR21321iRnQ由得213223003.044142.3013.01108.367DDmmmD650620.0解得：smiRnV/255.1003.0465.0013.01121322132451.城市建筑布局及排水管道主干管道设计平面图2.管渠粗糙率：暗管n=0.013，满管明渠n=0.0253.边坡系数：m=1.54.起点埋深：1.5m5.河道正常水位标高：45.5m。雨水管道设计与计算实例46设计过程1、确定干管流向、汇水面积、管道布置。2、管道开始汇流时间，由于街坊内部有排水系统，估算取15min。3、重现期采用T=1年。4、暴雨强度公式，北京地区T=1时为：5、该区平均径流系数7.0)8(2111tq66.098.22143.1594.064.316.26.34156.24423.0069.2849.094.255.2578.1447设计过程6、水利和流量计算（1）1号井以上的汇水面积A1为街坊面积加上1号井以上的街道汇水面积，A1=2.37公顷。汇流时间：t=15min设计重现期：T=1年计算暴雨强度：平均径流系数：=0.66设计流量：)10//(1.235)815(2111247.0msLq)/(8.36737.266.01.235sLAqQ48A1=2.37公顷49设计过程由1号井至2号井管底设计纵坡i=0.002，经计算得管径D=700mm设计流速v=1.076m/s。管内底进口设计标高:46.56m，出口设计标高:46.44m。管内流行时间：（2）2号井以上的汇水面积A2=A1+2.0+0.42=4.79公顷（增加体育馆面积的一半再加上街道汇水面积）。汇流时间：t=15+2t2=16.86min。设计流量：min93.0076.16060602vLt)/(7.22279.466.0)886.16(21117.0sLAqQ50A2=4.79公顷51设计过程由2号井至3号井管