平原地区排水管道高程控制设计优化

赵宇

南宁市勘察测绘地理信息院 广西南宁 530000

平原地区地势比较狭长平坦，若按照《室外排水设计规范》（以下简称《排规》）第4．2．10 条最小管径排水管道的最小设计坡度（塑料管0．002，其他管0．003）[1]的规定进行设计时，有可能使排水管终点内底埋深达到10m 左右的地步，给施工和管网运行带来许多麻烦，工程造价相应增加。以3km 长污水管段和2km 长雨水管段为例：起点至终点按管内顶持平进行高程设计，则塑料污水管（DN=300-1000mm）内底落差等于6．70m；而钢筋混凝土雨水管（D=300-3000mm）内底落差可高达8．70m；遇到两种管道在终点交叉，按《排规》附录B 最小净距规定，假设D=3000mm雨水管在上，DN=1000mm 污水管在下，参照《排规》表B 注1，令污水管外径OD=1072mm，壁厚=36mm，雨水管选用150°砂石基础，管壁厚t=275mm，管基尺寸C1=300mm[2]，则雨、污水管内底高差△=1000+36+150（表B 为0．15m）+300+275=1761（mm）取1．76m；假定起点雨、污水管内顶覆土高度均取1．00m，那么污水U 形倒虹管的内底标高比起点地面高程低11．46m（1．00+8．70+1．76=11．46），即使终点地面低于起点1．46m，欲施工埋深10m 的倒虹管也是个难题。

以《排规》为基础，宜选用优质管材减少坡度，水力计算标准化，并设置特殊雨水井解决管道交叉难题，适当改进小区污水井型式，小区地下室顶板的雨水系统宜采用矩形雨水沟，这些措施将有助于管道高程控制的规划优化。

1 选用优质管材

1.1 塑料排水管

推荐国标图集19-56 页介绍的各种优质塑料管[3]，参照27、37、53 和55 页，设计图管材统计标称DN/ID，但在管道平面图或纵断面图上则用D 表示。

塑料管内壁光滑，粗糙系数n 取0．009 的依据如下：

（1）《排规》第4．2．3 的条文说明指出，UPVC 管、PE 管和玻璃钢管n 均为0．009-0．01。

（2）《建筑给水排水设计标准》第4．5．4 条推荐n=0．009。

（3）《建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技术规程》第3．2．4 条建议n 宜采用0．009。

（4）《建筑给水排水设计手册第二版（上册）》173 页n=0．009。

1.2 钢筋混凝土排水管

芯模振动钢筋混凝土排水（CRCD）管适宜抵抗高流速冲刷[4-5]。虽然沿海平原管道冲刷问题不明显，但它能彻底解决普通钢筋混凝土排水（RCD）管平口企口刚性连接和刚性混凝土基础存在的渗漏并导致钢筋腐蚀的问题。CRCD 管材采用承插橡胶圈柔性连接和柔性砂石基础能长期保持内壁比较光滑，n 取0．013 留有余地。对于雨水管，考虑高程和投资控制，D ≥800 宜优选CRCD 管，施工下管前管内壁涂特种漆屏障GZ-2 使表面光滑，n 取0．009。

2 砖砌雨水沟

为减少建筑小区地下室顶板的覆土高度，小区地下室顶板范围内宜采用矩形砖砌雨水沟，交通要道设钢筋混凝土或高强玻璃钢有流水缝盖板。水沟内表面采用M10 水泥砂浆抹面，n=0．013-0．014 取上限。当采用加强级GZ-2 屏障漆进行施涂（二底三面）后，n 可取0．009。

设定矩形水沟净宽为b，水深为h，令水深宽比α=h/b。则由Q=Aυ，υ=R2/3I1/2/n，可得[6]：

式中Q——设计流量（m3/s）；

A——水流有效断面面积（m2）；

υ——流速（m/s）；

R——水力半径（m）；

I——水力坡降；

n——粗糙系数。

b——净宽（m）；

h——水深（m）；

φ′——矩形沟水力参数，明沟φ′=α（1+2α）2/3。

为加快I 和υ 的运算，令比阻B=（nφ′）2/h16/3，流速系数Kc=α/h2或1/bh；则I=1000BQ2（‰）和υ=KcQ。雨水沟水力速算参数详见表1。

从 表1 可 看 出，当υ2=2．00（m·s-1）时，600×400 雨水沟排除雨水的能力介于DN=500-600mm 的塑料排水管之间，500×300 雨水沟排除雨水的能力介于DN=400-500mm 的塑料排水管之间。

3 管道穿越特殊雨水井

当污水管与雨水管上下交叉时，宜遵循污水管在下，雨水管在上的原则，通常采用污水U 形倒虹管的方案，给施工安装和运行管理带来麻烦，工程投资增加很大。根据多年实践经验总结提出特殊雨水井设计如图1、图2 和图3。

特殊雨水井简述：①采用一段钢（污水）管直接穿越雨水（检查）井。②井室和流槽表面和整段钢管内外壁用二底三面加强级GZ-2屏障漆施涂，总厚0．12mm（参考价35 元/m2）[7]。③污水管应置于雨水管上部0．35D 的空间内，留出下部≥0．65D 的无阻挡过水断面。④钢管内壁和雨水管异形过水断面计算n 取0．009。⑤考虑井室内雨水管断面扩大的因素，贯穿污水管不影响满流时的雨水流量。

4 结语

（1）引起（管道）污水中悬浮物沉淀的因素中，起决定性的是充满度，即水深，而流速（或坡度）则是其次。在流速0．22m/s 时，已不致造成中等粒度悬浮物沉淀，流速达到0．5m/s 时，10cm3 的片砾即可冲动。我国有0．4-0．5m/s 流速的运行情况，无不良反映。

表1 n=0.014 雨水沟水力速算

（2）建筑小区地下室顶板覆土内适宜采用矩形雨水沟控制高程和降低工程造价，且宜用GZ-2 屏障漆施涂增加内表面光滑度。

（3）在平原地区室外排水管道设计时，采用管道穿越特殊雨水井有利于控制管道埋深，减少投资。当污水管与雨水管上下交叉时，可根据实际情况替代污水U 形倒虹管的方案，提升水力条件的同时节省投资。

图1 特殊雨水井立面

图2 特殊雨水井Ⅰ-Ⅰ剖面

图3 特殊雨水井Ⅱ-Ⅱ侧剖面