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雨水篦子水力特性研究
更新时间 2021-12-03 08:17 阅读
雨水篦子是常用的收水设施，起截流并泄除雨 水的作用。其泄水能力直接影响雨水的排除效果， 也间接影响道路交通安全。雨水篦子的体型对其 排水能力的影响，目前还很少有人进行研究。早在 20世纪四五十年代，前苏联、美国及我国都曾做过 雨水口泄水量试验，得到了一些试验结果，但都存在 一定的局限性，没有提出比较系统的计算理论【172]。近 年来，厦门市市政工程设计院、空军工程学院、重 庆建筑大学等单位的工程技术人员在这方面做了 不少研究【31，但都只是研究了雨水口的设计位置、 设置数量以及布置间距等对雨水口泄水能力的影 响，并没有涉及到雨水口篦子体型对泄水的影响。 为此，以天津市海河隧道工程为依托对不同型式 的雨水篦子泄水能力做了系统的试验研究，并对 试验结果进行了系统地分析和总结。本文就4种 不同篦子的型式来分析篦子体型对隧道排水能力 的影响。
主要研究雨水篦子的水力特性，包括雨水篦子 上水流爬行长度与篦前水深、流量、隧道纵坡的关 系。具体内容如下： (1)不同栅条角度的水篦子收水效果，研究栅 条角度对收水效果的影响； (2)不同纵坡水篦子的收水效果，研究隧道纵 坡对收水效果的影响。 结合该工程的道路设计和排水设计，为了对今后工程道路条件变化时有借鉴意义，确定以下实 验参数： (1)雨水篦子的开孔与道路中心线迎水流方向 夹角为00，300，450，90。； (2)路面材料为沥青混凝土路面，粗糙系数为 0．015； (3)雨水篦子材质为球墨铸铁，长×宽=1．0 nl× 0．5 m，开孔率为0．48。 根据以上试验参数，在雨水从驼峰点至横截沟 篦子前具有相应速度的情况下，通过实验得出断 面模型的收水能力。同时，测出断面模型各道横截 沟每延米的收水量、篦前水深和篦前流速，分析不 同篦型的收水效果，确定最佳排水篦型。
试验段长6 m，宽1．0 m。路面水槽采用10 mm 有机玻璃制作。考虑到实际路面的粗糙度，试验中 铺了细粒沙模拟路面，粗糙度与实际路面基本相 似。试验雨水篦子的形状见图2。篦子的平面形状 均为矩形，选用1 000 mm×597 n'Hn。栅条厚度为 20 mm，肋梁厚度为30 mm，栅条净间距为25 mm， 栅条高为40 mm[41。除0。栅条篦子用实际工程采用 的以外，其它3种均用木材按比例制作，再涂刷油 漆防水。整个试验通过变换3种不同纵坡(横坡固 定)4种篦型，在5种来流情况下：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)进行了系统的试验研究。
在相同来流流量下，由于篦子的形状不同水 流在篦上的流态也均不相同，图3为在来流量大 约为50 L／s时4种篦子上的流态情况。从图3中 可以看出，相同情况下，0。栅条篦子的收水效果 较好，在流量为50 Us时水流全部通过篦子排出， 而45。和90。栅条的篦子部分水流开始跃过篦 子流向下游，从而减少了篦子的排水能力
水舌长度是评价篦子收水能力的重要指标， 在相同来流条件下，水舌长度越小，表明篦子收水 能力越强。图4表明，栅条角度为0。时，水舌长度 远低于其它角度情况，因为00栅条的篦子有水翅 现象产生，在较大流量时无法测量水舌长度，故0。 栅条的数据范围较小。
篦前水深与单宽收水流量g(等于总流量g。减 去过篦流量口’)基本上呈线性关系，且随着纵坡 的增大而减小。本研究纵坡从3．0％变到 4．0％，其变化幅度相对较小，尽管模型实测结果表 明不同的纵坡其水深有所不同，但在相同栅条角 度情况下，区分度不大。不同栅条角度对收水流量 的影响较为显著，且在相同水深情况下，栅条角度 越大，收水流量越小，见图5。由图5可确定在某一 篦前水深的情况下其收水流量。在本试验参数(纵 坡与栅条角度)范围内所有试验数据的分散程度也 不是很大，若粗略估算水深与流量的关系，可将其 统一到一个经验关系中。
随着城市建设的飞速发展，城市地下管网的 规模不断扩大，新建排水管道的敷设难度越来越 高，相应出现管道的结构性和功能性损坏现象显 著增加。从经济效益和社会效益角度考虑，CIPP修 复技术以其施工时间短、对交通影响小、环保节 能、耐久强度高及适用范围广等优点逐步显现出 优越性，市场占比逐年提高，逐渐成为排水管道养 护维修的一个新手段。因此，对排水管道的非开挖 修复技术的归纳总结和推广应用，对保障城市排 水系统的安全运行具有十分重要的意义。 非开挖技术修复管道的应用难题在于修复费 用高，主要原因是有些修复材料和设备主要依赖 进口，以及修复规模小，使得修复成本大幅上升。 随着修复材料和设备的逐步国产化，修复费用就 会大幅降低。届时，管道非开挖修复方法将成为排 水和市政行业建设的重要组成部分，不久的将来， 必将广泛应用于城市管网的非开挖修复工作。
主要研究雨水篦子的水力特性，包括雨水篦子 上水流爬行长度与篦前水深、流量、隧道纵坡的关 系。具体内容如下： (1)不同栅条角度的水篦子收水效果，研究栅 条角度对收水效果的影响； (2)不同纵坡水篦子的收水效果，研究隧道纵 坡对收水效果的影响。 结合该工程的道路设计和排水设计，为了对今后工程道路条件变化时有借鉴意义，确定以下实 验参数： (1)雨水篦子的开孔与道路中心线迎水流方向 夹角为00，300，450，90。； (2)路面材料为沥青混凝土路面，粗糙系数为 0．015； (3)雨水篦子材质为球墨铸铁，长×宽=1．0 nl× 0．5 m，开孔率为0．48。 根据以上试验参数，在雨水从驼峰点至横截沟 篦子前具有相应速度的情况下，通过实验得出断 面模型的收水能力。同时，测出断面模型各道横截 沟每延米的收水量、篦前水深和篦前流速，分析不 同篦型的收水效果，确定最佳排水篦型。
试验段长6 m，宽1．0 m。路面水槽采用10 mm 有机玻璃制作。考虑到实际路面的粗糙度，试验中 铺了细粒沙模拟路面，粗糙度与实际路面基本相 似。试验雨水篦子的形状见图2。篦子的平面形状 均为矩形，选用1 000 mm×597 n'Hn。栅条厚度为 20 mm，肋梁厚度为30 mm，栅条净间距为25 mm， 栅条高为40 mm[41。除0。栅条篦子用实际工程采用 的以外，其它3种均用木材按比例制作，再涂刷油 漆防水。整个试验通过变换3种不同纵坡(横坡固 定)4种篦型，在5种来流情况下：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)进行了系统的试验研究。
在相同来流流量下，由于篦子的形状不同水 流在篦上的流态也均不相同，图3为在来流量大 约为50 L／s时4种篦子上的流态情况。从图3中 可以看出，相同情况下，0。栅条篦子的收水效果 较好，在流量为50 Us时水流全部通过篦子排出， 而45。和90。栅条的篦子部分水流开始跃过篦 子流向下游，从而减少了篦子的排水能力
水舌长度是评价篦子收水能力的重要指标， 在相同来流条件下，水舌长度越小，表明篦子收水 能力越强。图4表明，栅条角度为0。时，水舌长度 远低于其它角度情况，因为00栅条的篦子有水翅 现象产生，在较大流量时无法测量水舌长度，故0。 栅条的数据范围较小。
篦前水深与单宽收水流量g(等于总流量g。减 去过篦流量口’)基本上呈线性关系，且随着纵坡 的增大而减小。本研究纵坡从3．0％变到 4．0％，其变化幅度相对较小，尽管模型实测结果表 明不同的纵坡其水深有所不同，但在相同栅条角 度情况下，区分度不大。不同栅条角度对收水流量 的影响较为显著，且在相同水深情况下，栅条角度 越大，收水流量越小，见图5。由图5可确定在某一 篦前水深的情况下其收水流量。在本试验参数(纵 坡与栅条角度)范围内所有试验数据的分散程度也 不是很大，若粗略估算水深与流量的关系，可将其 统一到一个经验关系中。
随着城市建设的飞速发展，城市地下管网的 规模不断扩大，新建排水管道的敷设难度越来越 高，相应出现管道的结构性和功能性损坏现象显 著增加。从经济效益和社会效益角度考虑，CIPP修 复技术以其施工时间短、对交通影响小、环保节 能、耐久强度高及适用范围广等优点逐步显现出 优越性，市场占比逐年提高，逐渐成为排水管道养 护维修的一个新手段。因此，对排水管道的非开挖 修复技术的归纳总结和推广应用，对保障城市排 水系统的安全运行具有十分重要的意义。 非开挖技术修复管道的应用难题在于修复费 用高，主要原因是有些修复材料和设备主要依赖 进口，以及修复规模小，使得修复成本大幅上升。 随着修复材料和设备的逐步国产化，修复费用就 会大幅降低。届时，管道非开挖修复方法将成为排 水和市政行业建设的重要组成部分，不久的将来， 必将广泛应用于城市管网的非开挖修复工作。
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