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        寒區(qū)大跨徑橋梁橋面防污排水系統(tǒng)水力計(jì)算

        2013-12-31 13:27:58王麗榮張舉兵馬振生
        黑龍江交通科技 2013年12期
        關(guān)鍵詞:橫坡匯水管段

        王麗榮,張舉兵,馬振生,吳 巖

        (1.黑龍江工程學(xué)院;2.北京科技大學(xué);3.前嫩公路工程建設(shè)指揮部;4.黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

        1 設(shè)計(jì)流量的確定

        根據(jù)雨水管道設(shè)計(jì)原理,排除橋面雨水的截流管采用極限強(qiáng)度理論設(shè)計(jì),即設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、匯水面積均取相應(yīng)的極限值,設(shè)計(jì)流量Q的計(jì)算式為

        式中:Q為設(shè)計(jì)流量;F為匯水面積,等于路面寬度W和排水路段長(zhǎng)度L的乘積(hm2);Ir為暴雨強(qiáng)度,對(duì)應(yīng)集流時(shí)間的降雨強(qiáng)度(L/(s·hm2))。

        查閱相關(guān)氣象資料,黑河市地區(qū)的暴雨強(qiáng)度公式為

        式中:p為設(shè)計(jì)降雨頻率標(biāo)準(zhǔn),即重現(xiàn)期(年)。根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》高速、一級(jí)公路取5年;t為設(shè)計(jì)降雨歷時(shí),即集流時(shí)間,設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)是指所設(shè)計(jì)管道對(duì)應(yīng)的匯水面積中最遠(yuǎn)的一點(diǎn)到達(dá)集水點(diǎn)的雨水流行時(shí)間。

        2 排水管道水力計(jì)算

        (1)初始管段的計(jì)算

        橋面有縱、橫坡,橋面雨水實(shí)際流向是從橋面最高處沿縱、橫坡的組合斜坡流行。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),可將該過(guò)程簡(jiǎn)化為經(jīng)橋面內(nèi)橫向漫流過(guò)程和防撞護(hù)欄與橋面形成過(guò)水?dāng)嗝娴目v向集流過(guò)程最后排至到一定間距的泄水管。在應(yīng)急排水系統(tǒng)中,設(shè)置縱向截流管將各泄水管排水收集引至水域外。截流管的設(shè)計(jì)流量沿排水方向在不同管段不斷增加,橋梁排水設(shè)計(jì)中匯水面積的劃分是由橋梁半幅的寬度和匯水口之間的距離決定的,根據(jù)公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)的規(guī)定集水口之間的距離取8 m。

        第一段管段到第二段管的時(shí)間就是指雨水從這一點(diǎn)流到收集口的時(shí)間,包括橫向漫流時(shí)間和縱向集流時(shí)間,參考文獻(xiàn)推薦采用(3)式計(jì)算

        式中:th為橫向漫流時(shí)間,即雨水從最不利點(diǎn)處沿橫向流經(jīng)橋梁最大寬度的距離所用的時(shí)間,與橋面寬度和橫坡有關(guān),min;tv為縱向匯水點(diǎn)最遠(yuǎn)處水流至第一個(gè)泄水口的時(shí)間即縱向匯流時(shí)間,與排水?dāng)嗝嫘问胶涂v坡有關(guān)。

        th的計(jì)算見(jiàn)(4)式

        式中:m1為地表粗糙系數(shù),本依托工程設(shè)計(jì)水泥混凝土路面取0.014;W為橋梁橫向的寬度,本依托工程設(shè)計(jì)中半幅橋?qū)挒?0.75m;ih為橋面橫坡,本依托工程設(shè)計(jì)橋面橫坡為0.02。

        tv的計(jì)算見(jiàn)(5)式

        式中:li為最不利點(diǎn)到匯水口的縱向距離,本依托工程設(shè)計(jì)為8 m;vv為縱向匯水平均流速,(m/s);vv也可按Rziha經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

        根據(jù)Rziha經(jīng)驗(yàn)公式

        式中:iv為橋面縱坡,本依托工程設(shè)計(jì)取0.015。

        由以上各式可以計(jì)算出第一段管段的設(shè)計(jì)流量Q,由于設(shè)計(jì)管段是滿(mǎn)流,所以根據(jù)謝才曼寧公式就可以算出管徑。

        謝才曼寧公式計(jì)算流量見(jiàn)(7)、(8)式

        利用公式(1)到(6)計(jì)算出Q,再把Q代入(1.7~1.8)中可以求出管徑D。

        (2)其它管段的設(shè)計(jì)

        可以根據(jù)公式(1)、(5)計(jì)算出在第一段管道里的流行時(shí)間t(k),疊加在第二段計(jì)算時(shí)的流行時(shí)間,就是第二段的集雨時(shí)間t(k+1),代入公式(2)計(jì)算出降雨強(qiáng)度Ir(k),再計(jì)算在第二個(gè)收集口的匯水面積F1+F2,即可代入公式(1)計(jì)算出第二段管道的流量Q(k)。再利用公式(8)計(jì)算出第二段的管道直徑D(k),再將直徑代入公式(7)計(jì)算出管道內(nèi)的平均流速v(k),再代入公式(8),如此循環(huán)計(jì)算就可以逐一計(jì)算到最后一段管道的管徑的D(k+1),流量Q(k+1)。

        在實(shí)際計(jì)算中,要是通過(guò)人工來(lái)完成這些計(jì)算式非常繁瑣的,在計(jì)算機(jī)技術(shù)如此發(fā)達(dá)的今天,使用計(jì)算機(jī)工具來(lái)完成計(jì)算,無(wú)疑可以大大提高計(jì)算效率和準(zhǔn)確率。

        [1]車(chē)伍,劉燕,李俊奇.國(guó)內(nèi)外城市雨水水質(zhì)及污染控制[J].給水排水,2003,29(10):40-44.

        [2]常靜,劉敏,沖世遠(yuǎn),等.上海城市降雨徑流污染時(shí)空分布與初始沖刷效應(yīng)[J].地理研究,2006,25(6):994-1001.

        [3]朱偉,邊博,李磊.鎮(zhèn)江城市徑流顆粒粒徑分布及其與污染物的關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,28(4):764-771.

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