關于正虹吸應用于工程排水的思考

李一鵬

目前工程自流式排水包括明渠流及管流(含非滿管及滿管流兩種方式)?，F(xiàn)有方式均需保證排水結構物內的任一過水斷面標高均不得高于進水口流水面標高,否則水將無法排除;“水往低處流”,思維定勢也。

如采用正虹吸,只需滿足進口流水標高不低于出口流水標高即可,進出口之間任一流水面標高原則上可比進口或出口流水面最多高7 m左右,對減少開挖工程量、規(guī)避管線拆遷等相應風險的好處不言而喻。

本文重點將就正虹吸排水方式應用于工程排水尤其是公路及市政排水方面作一些探討,能做到拋磚引玉即是最大希望,請各位行家多多批評指正。

明渠均勻流水力公式：

滿管均勻流水力公式：

其中,Q為流量,m3/s;N為糙度(無量綱數(shù),查各種材料糙度表);R為水力半徑,m;I為明渠排水坡度(無量綱數(shù),如1%直接在式中寫0.01);A為過水斷面積,m2;g為重力加速度,m/s2,一般取9.8;h為進出口高差即水頭差,m;λ為管道沿程水阻系數(shù)(無量綱數(shù));L為正虹吸管總長度,m;D為正虹吸管內直徑,m;為正虹吸管局部水阻系數(shù)之和(無量綱數(shù))。

現(xiàn)有傳統(tǒng)工程自流式排(引)水結構主要有明溝、蓋板溝、滲溝、盲溝、蓋板涵、拱涵、圓管涵、倒虹吸涵、渡槽等類型。

1)對于明溝、蓋板溝、滲溝、盲溝等,以下情況可考慮采用正虹吸：當設計過水斷面上存在舊有管線或管溝,采用倒虹吸施工也不方便,可考慮采用。正虹吸排水在經(jīng)過這些管線時在排水標高上有0 m～7 m(一般以不超過6 m為宜)提升范圍的選擇。當采用傳統(tǒng)方式要保證過水斷面標高,涉及開挖量過大時,可考慮采用正虹吸,尤其當所需排水量愈小(如軟基處理中只排除地表以下水的盲溝),正虹吸優(yōu)勢越明顯。

2)對于非階梯涵類型的填方區(qū)蓋板涵、拱涵,如只考慮能排出水,將不再受全涵流水面標高不得高于進口流水面標高,進口流水面標高不得高于進口處原地面流水標高的限制,對于涵洞的設計和施工規(guī)避不利因素(如軟基處理等)空間選擇范圍將更加靈活,更易實施優(yōu)化(如涵長縮短、頂填土厚減少可讓拱涵變?yōu)樯w板涵等)。

3)代替倒虹吸。根據(jù)JTG/T D65-04-2007公路涵洞設計細則4.2.6條規(guī)定,倒虹吸管涵適用于路塹挖方高度不能滿足設置渡槽的凈空要求時的灌溉渠道,不適用于排洪河溝。

設倒虹吸進出水口標高分別為H進,H出,此段橫穿處路面最高標高為H路,則必有H進＞H出＞H路,且有H進-H路小于凈空要求,H出-H路小于凈空要求,暫定凈空要求為5.5 m,則采用正虹吸只需將水提升5.5 m-(H進-H路)≤5.5 m即可。因工程中采用正虹吸凈提水高度最大為7 m,故采用正虹吸代替倒虹吸滿足多數(shù)公路凈空要求是沒有問題的。

[1]盛維森.大型屋面虹吸雨水排水管道安裝[J].山西建筑,2009,35(8)：211-212.