城市道路排水口不同體型設(shè)施的模型實(shí)驗(yàn)與選擇

郭 鵬

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及城市化進(jìn)程的加快，人類在日常生產(chǎn)、生活中用水量不斷增加，然而，市政道路建設(shè)尤其是市政道路排水系統(tǒng)的建設(shè)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上人民生活日益發(fā)展的需要。城市排水系統(tǒng)是城市生命體重要的輸送系統(tǒng)，而市政道路排水設(shè)施又是城市排水系統(tǒng)的重要組成部分，起著靜脈輸運(yùn)的作用。雨水口是城市道路路面排水的常用構(gòu)筑物，起著排泄雨水的作用。因此，研究我國市政道路雨水口不同體型篦子的流態(tài)、過篦流量及設(shè)置情況，對于整個(gè)城市的健康發(fā)展的意義重大。

1 我國市政道路雨水口篦子設(shè)置現(xiàn)狀及存在的主要問題

雨水口是城市道路路面排水的常用構(gòu)筑物，其起著截流并泄除雨水的作用。目前，我國城市道路雨水口一般布置于市政道路車行道上，因此，雨水口設(shè)施質(zhì)量及排水好壞會直接影響雨天城市交通的正常運(yùn)行。然而，我們在實(shí)地調(diào)研一些道路雨水口的布置情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國城市道路雨水口設(shè)置仍存在一些問題。具體如下：

首先，雨水口布置與形狀不合理。目前，我國城市道路雨水口的體型設(shè)計(jì)與布置仍存在不合理的地方[1]。如，一些雨水口布設(shè)雖兼顧了道路的有緣石特性，選用立箅雨水口，但未考慮道路坡度及道路形式，造成雨天道路路面積水嚴(yán)重；一些雨水口間距過大，每到下雨天就會出現(xiàn)坑坑洼洼的水洼；一些雨水口的平篦柵條太少，形式不利于雨水的排放等。

其次，設(shè)計(jì)人員對雨水口設(shè)置不重視?，F(xiàn)實(shí)中，市政道路設(shè)計(jì)人員往往側(cè)重于對雨水管徑的計(jì)算，而對雨水口體型、布設(shè)距離和雨水篦數(shù)量則僅采用經(jīng)驗(yàn)確定法，很少根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行深入考慮。

然后，雨水口高于地面的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生?，F(xiàn)階段，由于我國市政道路施工人員有相當(dāng)一部分是被雇傭的農(nóng)民工，其專業(yè)素質(zhì)仍有欠缺，他們只會簡單的將圖紙上的設(shè)計(jì)還原實(shí)地，并不會充分考慮當(dāng)?shù)氐牡貏萸闆r，從而導(dǎo)致一些雨水口布設(shè)與路面相平，甚至高于路面的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

最后，雨水口堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國城市道路雨水口堵塞的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，經(jīng)?？梢钥吹接捎谟晁诘貏萆晕⑵?，而存有大量的樹葉、垃圾等雜物；還可以看到有的小朋友將垃圾、石塊等從篦子向雨水口堵塞等，致使雨天路面產(chǎn)生大量積水，影響人們的正常生活。究其原因，雨水口的管理及維護(hù)不到位是雨水口堵塞的主要原因[2]，其次便是市政維護(hù)部門不按時(shí)清掏雨水口內(nèi)淤泥。

2 城市道路排水設(shè)施體型及設(shè)置研究

城市道路路面排水設(shè)計(jì)是城市道路工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，雨水口篦子是城市道路路面排水系統(tǒng)中常用的構(gòu)筑物，科學(xué)合理地設(shè)置雨水口篦子是城市道路路面排水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為了解決上述我國目前市政道路雨水口篦子設(shè)置存在的問題，現(xiàn)主要試驗(yàn)以下幾種型式的雨水篦子對路面排水量的影響，以提供市政道路排水設(shè)計(jì)等人員對城市道路排水設(shè)施體型進(jìn)行選擇與參考。

2.1 模型制作與篦子型式

模型試驗(yàn)采用斷面模型試驗(yàn)，模型布置見圖1，具體參數(shù)如表1所示。雨水篦子采用實(shí)際大小的篦子模型進(jìn)行試驗(yàn)，具體參數(shù)如表2所示。

表1 模型布置試驗(yàn)

類別尺寸/m高長寬材質(zhì)模型水庫1.05.05.0—模型水槽試驗(yàn)段0.261有機(jī)玻璃(厚1.0cm)支撐水槽50×50角鋼尾水槽—60.5～0.6—

表2 雨水篦子模型

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1篦上流態(tài)穩(wěn)定性

對于不同型式的篦子，篦上水流流態(tài)可以真實(shí)反映實(shí)際的排水情況。試驗(yàn)可知，隨著流量的不斷增大，0°柵條、30°柵條、45°柵條篦子上的水流皆產(chǎn)生較大的水翅現(xiàn)象，然后，隨著流量的繼續(xù)增大，這三種柵條篦子上的水流水翅現(xiàn)象又基本消失，之后的流態(tài)沒有太大的變化。具體的，0°柵條在q=110 L/(s·m)時(shí)，篦子上的水流水翅現(xiàn)象基本消失，30°柵條、45°柵條在q=55 L/(s·m)時(shí)，水翅基本消失。而90°柵條篦上流態(tài)比較穩(wěn)定，基本沒有形成水翅。因此，0°柵條篦子的流態(tài)最不穩(wěn)定，90°柵條篦子的流態(tài)最穩(wěn)定，但是90°柵條篦上水流基本平鋪于篦子上，大部分水流經(jīng)過篦子流向下游，因此，90°柵條篦子型式排水效果較其他三種最差。

2.2.2過篦流量與總流量

過篦流量是指部分水流躍過篦子而流出的那部分流量。過篦流量可以直觀地反映出雨水篦子的排水能力，四種體型柵條篦子過篦流量的對比如圖2所示。由圖2可知，總體看來，除了0°柵條篦子，其他三種型式篦子的過篦流量趨勢大致相同。具體的，當(dāng)總流量q1在55 L/(s·m)～72 L/(s·m)之間時(shí)，0°柵條篦子的過篦流量隨總流量的增加而迅速增加，可以看出，基本呈直線增加；而當(dāng)總流量q1在73 L/(s·m)～100 L/(s·m)之間時(shí)，隨總流量的不斷增加，0°柵條篦子的過篦流量變化不大；之后，當(dāng)總流量q1在110 L/(s·m)～125 L/(s·m)之間時(shí)，隨總流量的繼續(xù)增加，0°柵條篦子的過篦流量也在增加，但增加速度明顯放緩。相對比而言，其他三種型式篦子(30°柵條、45°柵條、90°柵條)

的過篦流量趨勢大致相同，幾乎成直線形式增長。而且，從圖2可以看出，在相同總流量q1的情況下，隨著柵條度數(shù)的增加，其篦子的過篦流量不斷增大。90°柵條的篦子過篦流量相對最大，0°柵條的篦子過篦流量相對最小。但是，當(dāng)總流量q1在55 L/(s·m)～72 L/(s·m)之間時(shí)，30°柵條的篦子過篦流量卻要比0°柵條小。因此，說明在大流量情況下，0°柵條篦子的排水效果最好，而在小流量時(shí)，30°柵條篦子則是較好的選擇。

2.2.3坡度對篦子排水效果的影響

本次試驗(yàn)選擇0°柵條篦子，進(jìn)行坡度對篦子排水效果影響的試驗(yàn)研究，如圖3所示。由圖3可知，總體看來，隨著坡度的增加，0°柵條篦子的過篦流量不斷增加。因此，坡度對0°柵條篦子的過篦流量的影響為正相關(guān)性。

3 城市道路排水口不同體型設(shè)施選擇與建議

基于我國市政道路雨水口篦子設(shè)置現(xiàn)狀及存在的主要問題，試驗(yàn)采用斷面模型實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)了篦子型式對雨水口排水的影響能力，同時(shí)也闡述了路面縱坡對篦子排水的影響。具體選擇與建議如下：

1)流態(tài)。流態(tài)會影響篦子的排水效果及道路通行能力。由本次試驗(yàn)可知，0°柵條篦子當(dāng)流量超過120 L/(s·m)以后，水翅才基本消失，其流態(tài)最不穩(wěn)定。90°柵條篦子的流態(tài)最穩(wěn)定，但是90°柵條篦上大部分水流經(jīng)過篦子流向下游，因此，90°柵條篦子型式排水效果相對較差。30°柵條、45°柵條篦子的流態(tài)處于中間。因此，在小流量情況下，城市道路排水口選擇流態(tài)相對穩(wěn)定的30°柵條、45°柵條篦子為好。

2)過篦流量。在大流量情況下，0°柵條篦子的排水效果最好，而在小流量時(shí)，30°柵條篦子則是較好的選擇。

3)坡度。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，道路坡度在一定范圍內(nèi)可以影響道路排水口的排水能力，坡度越小，越利于排水。因此，城市道路排水口設(shè)施最好設(shè)置在道路上坡度較小的地方。

綜上可以說明，柵條角度越小越有利于排水，坡度越小越有利于排水，但鑒于在大流量下0°柵條的流態(tài)相對不穩(wěn)定，故可根據(jù)實(shí)際流量大小選擇30°柵條、45°柵條篦子排水篦子型式。90°柵條篦上由于橫向設(shè)置柵條，水流受阻導(dǎo)致篦子排出的流量較少，雖然流態(tài)較穩(wěn)定，但鑒于排水效果較差，因此，一般不選擇使用。

[1] 王 淇,邊 靜,李俊奇.雨水口設(shè)計(jì)中的幾個(gè)重要問題及改進(jìn)建議[J].中國給水排水,2014(2)：43-44.

[2] 吳 杰.防澇標(biāo)準(zhǔn)下城市道路雨水口排水能力分析[J].供水技術(shù),2017(4)：68-69.