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四通排水检查井构造及改进方法探讨
更新时间:2016-12-30 来源:《给水排水》 作者:苏国宏,黎晓林,刘建华

摘要:根据《市政排水管道工程及附属设施》(06MS201),当雨水管道主管管径介于900~2000mm时,应采用矩形四通检查井,其两侧支管相对,与上游主管呈90°相接,但在实际工程中容易产生水流对冲现象,水流紊乱造成局部水头损失增大,影响检查井的排水能力。通过分析现有四通检查井构造存在的缺陷,提出改进方法,如在流槽之间设置隔离、加大两侧支管的转弯半径、减小入流角度等,可改善四通排水检查井的水力条件,减小两侧支管与上游主管水流相互干扰,避免形成紊流。

许多城市存在实际降雨强度小于雨水管道暴雨设计重现期所对应的设计暴雨强度,而城区许多道路或小区出现积水内涝的现象。其原因有排水设施养护管理的问题,如雨水口及连管堵塞、雨水管道淤积严重等;另外一种不可忽视的原因是设计上的不合理。雨水管道要考虑雨水收集、管道疏通等因素,需要在管道上每隔一定的距离设置检查井,或在道路十字路口或道路两侧有用户管道接入时需要设置四通检查井,大管径排水管道的四通检查井由于构造的缺陷,容易出现排水不畅的现象。

在对洛阳市道路积水点调查时,发现一处积水地段,该处一座四通检查井的上游管径1 000mm,一侧支管管径1 000mm,另一侧支管管径800mm,下游管径1 500 mm,1 000 mm 支管的坡度为0.005,其余三个方向的管道坡度为0.003,从流量计算下游1 500mm管道是满足要求的,但800mm支管上游第一个检查井和雨水口向外冒水,查看1 500mm 下游的检查井并未出现满流。原因是1 000mm一侧的支管流量较大,管道坡度较大流速快,水流进入四通检查井并不是顺畅地转向下游,而是直接冲向对侧的800mm管道内,800mm支管的雨水不能顺利排出,上游的地面较低,因此,该路口经常出现内涝现象。

1 现有四通检查井构造分析

给排水设计人员在进行雨水管道设计时,检查井一般套用标准图。根据现行国家标准图《市政排水管道工程及附属设施》(06MS201)[1],四通检查井支管管径和主管管径较小时采用圆形检查井,支管与下游主管采用90~135°的顺水接入,小管径排水检查井流量较小,90°接入对水流的影响不大。当主管管径为900~2000mm 时,应采用矩形四通检查井,标准图中矩形四通检查井流槽很小,仅在管道的底部约为管径的1/10高,而雨水检查井的工作台高度仅为管径的一半,无法起到导流作用,两侧支管正面相对与上游主管呈90°相接,两侧支管的水流对冲,与上游主管水流交汇形成很强的紊流,即使下游主管按照上游主管和两侧支管流量设计,由于局部水头损失较大,汇入检查井的水不能有效地排向下游管道,尤其是一侧或两侧支管坡度较大时,支管水流流速较大,紊流现象更为严重。因此,在实际工程中大雨或暴雨天气经常出现四通检查井排水不及时而发生内涝,但下游管道并未满流的现象。还有一种“T”字相接的三通检查井,管道沿相对的方向汇集至一点,再向垂直方向的下游排放,一般是采用标准图的四通检查井取消上游主管,这种三通检查井紊流现象也很严重。

现行的标准图矩形四通检查井,两侧支管流槽中心的转弯半径仅为管径的1.5倍左右,按照水力学要求,管渠的转弯半径应为管径或渠宽的2.5~5.0倍,较小的转弯半径不利于水流的顺畅,产生较大的局部水头损失,这也是现有四通检查井排水效率低的原因之一。文献[2]曾对检查井局部损失影响过水能力做过研究,发现检查井的局部损失造成的实际过水能力仅能达到设计流量的60%~80%。

2 四通检查井改进方法

2.1 改进思路

对现有矩形四通检查井改进,要从防止水流对冲、减小紊流两方面考虑。两侧的支管流槽与上游主管流槽夹角α应该是较小的锐角,流槽之间应隔开,使两侧支管进入检查井的水流不发生直接对冲,与上游管道顺水接入,两侧支管流槽转弯半径R不小于其管径的2.5倍,这样水流条件可以大大改善,减小水头损失,提高检查井的排水能力。

2.2 改进构造设计

改进的四通检查井平面布置见图1。图1中的流槽夹角α为20°,左侧、右侧与上游主管的流槽被隔离台隔开,流槽之间的隔离台和工作台高度应与管内顶平齐,甚至高出管内顶100~200mm,隔离台的顶点应超出两侧支管,支管水流不再形成对冲相互干扰,紊流的形成大大降低。

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图1中若上游主管管径1 000mm,两侧支管管径800mm,下游主管管径1 500mm,两侧流槽的半径按2.5倍管径设计,R=2 000mm,则按该尺寸设计的四通井横向尺寸为4 580mm,纵向尺寸(水流方向)为2 870mm。对比文献[1]矩形90°四通砖砌雨水检查井,横向尺寸3 300mm,纵向尺寸2480mm,改进的检查井尺寸略大,为了减小盖板的跨径,可将下游两侧的工作台倒角,做成梯形检查井。

该检查井的造价会比现行的四通井略高,但改善了水流条件,减少内涝现象的发生,具有较高的社会效益,有一定的推广价值。

2.3 采用管件型四通检查井

上述四通检查井的流槽无论是采用砖砌抹面,还是混凝土浇筑,都对施工工艺要求很高。目前,高分子材料的塑料管材在排水管道中广泛采用,主要有硬聚氯乙烯(PVC-U)管、聚乙烯(PE)管、钢带增强聚乙烯管、增强聚丙烯(FRPP)管、高密度聚乙烯(HDPE)塑钢缠绕管等,塑料管材具有接口密封性好,管材使用年限长,粗糙系数小,水头损失小等优点。应运而生地出现了许多高分子材料的检查井,与砌筑检查井相比具有施工周期短、密闭性好等优点。但目前市场上的塑料检查井成品没有流槽,只能适用于居住小区等小流量的管道。如果按照图1的形式将流槽做成塑料管件,现场组装,外面再采用砖砌井体,混凝土浇筑工作台,将流槽固定在井体内,塑料流槽粗糙系数小,有利于水流顺畅,减小局部水头损失。管件型四通检查井平面布置见图2。

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管件可以采用高密度聚乙烯(HDPE)材料制作,两侧的流槽做成弯管,半径不小于2.5倍管径,弯管管径较大,一般不小于600mm,半径较大不易堵塞,紧邻检查井设置疏通容易,因此,在检查井外侧采用弯管是可行的。流槽管件与上游主管、下游主管、两侧弯管连接的承口制作成一体,管顶平接。两侧支管和上游主管采用管件隔离,以较小的角度汇入检查井,水流条件好,井体尺寸相对较小,施工方便。两侧弯管和上游主管承口可制作成常用的管径,弯管和上游直管可以做成管顶平接的偏心变径管,以适应不同管径的衔接,如图2所示的左侧弯管为600mm变800mm,以少量的流槽管件的规格通过变径弯管或直管调整管径,减少流槽管件接口的规格。塑料管件与管道的连接可根据管材制作成不同的接口形式,如图2左侧支管为塑料管与塑料管件连接,其余三个接口为混凝土管与塑料管件连接。

3 结语

防止水流对冲的四通排水检查井可以有效地改善水流条件,提高四通检查井的排水能力。设计时应控制两侧的支管流槽与上游主管流槽夹角α为15~30°的锐角,支管流槽转弯半径R不小于其管径的2.5倍,流槽之间的隔离台完全隔离两侧支管。采用CAD绘图软件图解的方法绘制出各部位尺寸,根据管道埋深、覆土厚度、地面荷载等条件针对某一座井进行专项设计,也可以按照不同条件设计成常用规格的通用图。管件型四通检查井可制作成不同规格的管件成品,辅以配套的井体设计,供设计时选用。

参考文献

1 06MS201市政排水管道工程及附属设施

2 林金海.雨水检查井局部损失对雨水系统过流能力的影响.中国给水排水,2010,26(20):34~38

版权、出处:《给水排水》

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