蔡桂榮

（東莞市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，福建 廈門(mén) 361000）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展帶動(dòng)下，城市道路路網(wǎng)也在不斷完善過(guò)程中，市政道路配套污水管網(wǎng)也相應(yīng)同步建設(shè)。往往在污水管道建設(shè)過(guò)程中需要在穿越障礙物或渠道等情況，污水不能按照原有的坡度和高程實(shí)施時(shí)，需要采用合理方式進(jìn)行跨越，生活中常見(jiàn)的是采用倒虹的方式進(jìn)行處理。倒虹管段是污水管網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)的好壞將直接影響污水管網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。若排水不暢，產(chǎn)生淤堵，勢(shì)必會(huì)影響居民生活質(zhì)量。

1 倒虹吸原理及方式

（1）倒虹吸原理：利用水體水位液面高程的作用現(xiàn)象，進(jìn)水端高于出水端，由進(jìn)水端先下降至倒虹管段后上升至出水端的過(guò)程，液面高差需要克服過(guò)程中產(chǎn)生水頭損失（包括倒虹管段水頭損失、進(jìn)口局部水頭損失、出口局部水頭損失等）。

（2）市政污水倒虹吸方式：倒虹吸設(shè)計(jì)一般主要分為兩種方式。

倒虹設(shè)計(jì)型式主要有凹字型（圖1）和多折型（圖2）。凹字型倒虹方式適用于穿越短距離障礙物或渠道、深度較小的情況；多折型方式適用于穿越長(zhǎng)距離障礙物或河道、深度較大的情況[1]。

圖1 凹字型倒虹

圖2 多折型倒虹

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析及對(duì)策

2.1 確保采用倒虹吸設(shè)計(jì)的可行性

對(duì)策措施：通過(guò)水力計(jì)算和實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)算分析，情況如下：

（1）基本資料

根據(jù)《云霄縣濱北路道路工程》項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行分析，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)污水管道與2孔5.0 m×4.0 m箱涵高程沖突。根據(jù)跨越渠道較窄的情況進(jìn)行分析，選用施工簡(jiǎn)單且便于清除泥沙的凹字型倒虹管。倒虹吸進(jìn)水井?dāng)M采用直井式，倒虹管身長(zhǎng)度L=20 m，倒虹管上游管道流量：i=0.001，n=0.01，DN=600 mm。查水力計(jì)算表當(dāng)h/d=0.7時(shí),v=1.0 m/s，q=0.21 m3/s。

（2）確定倒虹管管徑D、流速V及坡度I，管中流速v≥0.9 m/s，查水力計(jì)算表得：DN=500 mm,Q=0.22 m3/s，I=0.02，滿流時(shí)：V=1.12 m/s＞0.9 m/s,并且，V=1.12 m/s＞1.0 m/s（上游流速）,符合倒虹吸設(shè)計(jì)要求。因此倒虹管取DN=500 mm，V=1.12 m/s，I=0.002。

（3）水頭損失計(jì)算

倒虹管段水頭損失：H0=I×L=0.02×20=0.04 m。

進(jìn)口局部水頭損失：（ζ=0.5）：H1=ξ×ν2/2 g=0.5×1.12×1.12/2/9.8=0.032 m。

出口局部水頭損失：（ζ=1.0）：H2=ξ×v2/2 g=1.0×1.12×1.12/2/9.8=0.064 m。

倒虹管總水頭損失：H=H0+H1+H2=0.04+0.032+0.064=0.136 m。

（4）設(shè)計(jì)水位差:3.646-3.405=0.241 m＞0.149 m（總水頭損失），富余高程為安全水頭0.092 m，故滿足要求。

2.2 解決倒虹吸存在易堵塞現(xiàn)象

對(duì)策措施：當(dāng)?shù)购缥苓^(guò)水的污水中含砂量高或雜質(zhì)較多情況下，就容易產(chǎn)生淤積，需要有以下幾種處理措施。

（1）倒虹井進(jìn)水井的前一檢查井，設(shè)置沉泥井（沉泥深度為0.6 m），定期檢查及清理沉泥井內(nèi)雜物。

（2）倒虹井進(jìn)水井內(nèi)設(shè)置豎井沉泥槽（沉泥深度為0.5 m），定期檢查及清理沉泥井內(nèi)雜物。

（3）增大倒虹井管段過(guò)水流速，根據(jù)流量與流速計(jì)算公式（Q=A×V）分析，當(dāng)流量一定時(shí)，若要提高流速，選擇小管徑來(lái)增大流速，通常設(shè)計(jì)在1.1～1.5 m/s為宜。

（4）加大倒虹管道設(shè)計(jì)坡度。

（5）選用粗糙系數(shù)較小的管材。

（6）倒虹管線位盡可能與河道中線垂直，以縮短倒虹管距離。

2.3 解決倒虹吸堵塞后處理

對(duì)策措施：①倒虹管設(shè)置兩條管道，采用一備一用，并在倒虹井進(jìn)出水井內(nèi)設(shè)有閘閥。確保一條管道堵塞情況下，啟用備用污水管道，不影響污水正常排放。為防止長(zhǎng)期使用單根管道，建議定期更換使用兩條管道，互為備用。②在倒虹井進(jìn)水井設(shè)置事故排出口，事故發(fā)生時(shí)啟用。③倒虹管上設(shè)置沖洗設(shè)施，避免后期淤積時(shí)疏通困難。

2.4 倒虹井及倒虹吸管段在特殊地質(zhì)情況下管道基礎(chǔ)處理方式分析

對(duì)策措施：存在特殊地質(zhì)的情況地基承載力不能滿足要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)處理提高地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求方可實(shí)施[2]。施工中經(jīng)常會(huì)遇到淤泥、淤泥質(zhì)土、軟粘土等軟土，根據(jù)出現(xiàn)這些情況一般常用的處理方法主要有：

（1）換填法。這種是常用的方法，適用于處理深度3 m以?xún)?nèi)的軟土。采用人工或機(jī)械挖除全部軟土。換填強(qiáng)度較高的粘性土或砂礫、卵石或片石等滲水性材料，換填深度要求根據(jù)承載力要求確定，這種方法施工方便，工期短，造價(jià)較低，因此較為普遍應(yīng)用。

（2）水泥攪拌樁法。利用水泥作為固化劑與土反應(yīng)，從而使軟土硬結(jié)后，提高了基礎(chǔ)的強(qiáng)度，適用于處理深度大于5～20 m的軟土，水泥攪拌樁又分為干法加固和濕法加固。干法加固深度控制在15 m以?xún)?nèi)。濕法加固深度控制在20 m以?xún)?nèi)。

2.5 倒虹井結(jié)構(gòu)及倒虹管段保護(hù)措施分析

對(duì)策措施：鑒于倒虹井結(jié)構(gòu)及倒虹管段使用的重要性，對(duì)其性能及要求高于常規(guī)管段，建議加強(qiáng)保護(hù)處理。

（1）倒虹井結(jié)構(gòu)保護(hù)對(duì)策措施：污水中物質(zhì)容易腐蝕倒虹井，進(jìn)而降低倒虹井的使用壽命，一般污水檢查井需要要求具有良好的耐腐蝕性能。耐腐蝕方式一般為兩種，①物理隔離方法，在倒虹井外表面設(shè)置耐腐蝕層隔絕與污水直接接觸達(dá)到防腐效果，比如采用厚度大于3 mm的纖維增強(qiáng)塑料或環(huán)氧瀝青等涂刷；②提高倒虹井自身結(jié)構(gòu)防腐性能方法，比如在拌合混凝土是添加硅粉、高減水率的減水劑等外加劑，從而盡可能減少混凝土的蜂窩氣狀。

（2）倒虹吸管段保護(hù)對(duì)策措施：①選用環(huán)剛度較大、耐腐蝕性較強(qiáng)等性能較好的管材。②對(duì)管段外壁進(jìn)行結(jié)構(gòu)性加固，如采用鋼筋混凝土包封或套管等方式。

2.6 倒虹井及倒虹吸管段的基坑（槽）開(kāi)挖及支護(hù)

倒虹井及倒虹吸管段一般深度較深，根據(jù)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》（住房城鄉(xiāng)建設(shè)部令第37號(hào)）和《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳關(guān)于實(shí)施《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》有關(guān)問(wèn)題的通知》（建辦質(zhì)[2018]31號(hào)）。

涉及危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程的重點(diǎn)部位和環(huán)節(jié)：基坑開(kāi)挖深度超過(guò)3 m（含3 m）的基坑（槽）的土方開(kāi)挖、支護(hù)、降水工程；涉及超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程的重點(diǎn)部位和環(huán)節(jié)：基坑開(kāi)挖深度超過(guò)5 m（含5 m）的基坑（槽）的土方開(kāi)挖、支護(hù)、降水工程。

根據(jù)本項(xiàng)目危大工程和超過(guò)一定規(guī)模的危大工程的范圍，保障工程周邊環(huán)境安全和工程施工安全。對(duì)基坑（槽）工程設(shè)計(jì)及施工要求：①開(kāi)挖方式應(yīng)從水文、地質(zhì)、開(kāi)挖方式及施工的環(huán)境條件等方面因素充分考慮，對(duì)于基坑、管槽的開(kāi)挖選擇是否采取支護(hù)方式措施進(jìn)行分析論證；②基坑頂?shù)乃闹軕?yīng)禁止堆載并在施工范圍內(nèi)做好安全防護(hù)措施，基坑的頂面四周需要設(shè)置截水溝，防止地面雨季水或其他水源流入基坑的設(shè)施內(nèi)；③在枯水或少雨季節(jié)為挖基施工時(shí)間最佳時(shí)間；④基坑頂面若有動(dòng)荷載，其邊緣與動(dòng)荷載之間應(yīng)有不小于1 m寬的護(hù)道，若動(dòng)荷載較大，應(yīng)適當(dāng)加寬護(hù)道，必要時(shí)應(yīng)采取加固措施；⑤建議開(kāi)挖深度大于3 m段落采用鋼板樁等防護(hù)型式進(jìn)行支護(hù)；⑥施工單位應(yīng)根據(jù)上述文件的規(guī)定，確定本項(xiàng)目危大工程和超過(guò)一定規(guī)模的危大工程的范圍，編制相應(yīng)的專(zhuān)項(xiàng)施工方案。超過(guò)一定規(guī)模的危大工程專(zhuān)項(xiàng)施工方案必須召開(kāi)專(zhuān)家論證會(huì)，經(jīng)專(zhuān)家論證通過(guò)后方可實(shí)施。危大工程和超過(guò)一定規(guī)模的危大工程完工后應(yīng)組織相關(guān)人員進(jìn)行驗(yàn)收；⑦其他未盡事宜應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范和技術(shù)文件等執(zhí)行。

2.7 其他方面注意事項(xiàng)

（1）倒虹吸設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，需要做好設(shè)計(jì)前期工作，如障礙物準(zhǔn)確位置、選擇穿越位置的地形環(huán)境、穿越位置的地質(zhì)情況應(yīng)有詳細(xì)勘探。

（2）倒虹管的管頂距規(guī)劃河底距離按大于1.0 m設(shè)計(jì)。若航運(yùn)河道時(shí)，氣位置和距離應(yīng)上報(bào)當(dāng)?shù)睾竭\(yùn)管理部門(mén)確定。 倒虹管走向及位置需做好標(biāo)志，如遇到?jīng)_刷河床敷設(shè)倒虹管，應(yīng)考慮防沖刷措施。

（3）根據(jù)GB 50289—2016《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范[3]》規(guī)定了排水管線與其他建（構(gòu)）筑物的最小凈距為2.5 m，建議污水管線在過(guò)河時(shí)與涵洞、橋梁基礎(chǔ)等建（構(gòu)）筑物的最小凈距控制在3 m以上。

（4）污水管道回填土前應(yīng)采用閉水法進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)管段應(yīng)按井距分隔，帶井試驗(yàn)。

（5）倒虹管道選用的最小管徑宜為200 mm。

（6）當(dāng)?shù)购绻芄軆?nèi)流速不能大于進(jìn)水管流速或倒虹管管內(nèi)流速小于0.9 m/s的情況，應(yīng)增加定期沖洗措施設(shè)計(jì)，沖洗時(shí)速要求不得小于1.2 m/s。

（7）倒虹井進(jìn)出水井高程應(yīng)高于洪水位，必要時(shí)考慮排氣措施。

（8）當(dāng)?shù)购绻転閮筛鶗r(shí)，井蓋的中心位置宜設(shè)在各自管道的中心線位置上。

（9）倒虹井需按要求安裝安全網(wǎng)。

（10）井蓋選用需要滿足要求，如位于機(jī)動(dòng)車(chē)道下不低于D400級(jí)，位于人行道或綠化帶下不低于D250級(jí)。

3 結(jié)論

（1）倒虹管設(shè)計(jì)應(yīng)通過(guò)水力驗(yàn)算作為滿足設(shè)計(jì)條件為前提。

（2）盡量增加優(yōu)化設(shè)計(jì)處理措施達(dá)到減少易堵塞現(xiàn)象的效果。

（3）倒虹井及倒虹吸管段在特殊地質(zhì)情況選用合理處理方式。

（4）建議對(duì)倒虹井結(jié)構(gòu)及倒虹吸管道采取保護(hù)措施設(shè)計(jì)。

（5）做好倒虹井及倒虹吸管段的基坑（槽）開(kāi)挖過(guò)程安全保護(hù)措施。