關(guān)于正虹吸應(yīng)用于工程排水的思考

李一鵬

目前工程自流式排水包括明渠流及管流(含非滿管及滿管流兩種方式)。現(xiàn)有方式均需保證排水結(jié)構(gòu)物內(nèi)的任一過水?dāng)嗝鏄?biāo)高均不得高于進(jìn)水口流水面標(biāo)高,否則水將無法排除;“水往低處流”,思維定勢也。

如采用正虹吸,只需滿足進(jìn)口流水標(biāo)高不低于出口流水標(biāo)高即可,進(jìn)出口之間任一流水面標(biāo)高原則上可比進(jìn)口或出口流水面最多高7 m左右,對減少開挖工程量、規(guī)避管線拆遷等相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的好處不言而喻。

本文重點(diǎn)將就正虹吸排水方式應(yīng)用于工程排水尤其是公路及市政排水方面作一些探討,能做到拋磚引玉即是最大希望,請各位行家多多批評指正。

明渠均勻流水力公式：

滿管均勻流水力公式：

其中,Q為流量,m3/s;N為糙度(無量綱數(shù),查各種材料糙度表);R為水力半徑,m;I為明渠排水坡度(無量綱數(shù),如1%直接在式中寫0.01);A為過水?dāng)嗝娣e,m2;g為重力加速度,m/s2,一般取9.8;h為進(jìn)出口高差即水頭差,m;λ為管道沿程水阻系數(shù)(無量綱數(shù));L為正虹吸管總長度,m;D為正虹吸管內(nèi)直徑,m;為正虹吸管局部水阻系數(shù)之和(無量綱數(shù))。

現(xiàn)有傳統(tǒng)工程自流式排(引)水結(jié)構(gòu)主要有明溝、蓋板溝、滲溝、盲溝、蓋板涵、拱涵、圓管涵、倒虹吸涵、渡槽等類型。

1)對于明溝、蓋板溝、滲溝、盲溝等,以下情況可考慮采用正虹吸：當(dāng)設(shè)計(jì)過水?dāng)嗝嫔洗嬖谂f有管線或管溝,采用倒虹吸施工也不方便,可考慮采用。正虹吸排水在經(jīng)過這些管線時在排水標(biāo)高上有0 m～7 m(一般以不超過6 m為宜)提升范圍的選擇。當(dāng)采用傳統(tǒng)方式要保證過水?dāng)嗝鏄?biāo)高,涉及開挖量過大時,可考慮采用正虹吸,尤其當(dāng)所需排水量愈小(如軟基處理中只排除地表以下水的盲溝),正虹吸優(yōu)勢越明顯。

2)對于非階梯涵類型的填方區(qū)蓋板涵、拱涵,如只考慮能排出水,將不再受全涵流水面標(biāo)高不得高于進(jìn)口流水面標(biāo)高,進(jìn)口流水面標(biāo)高不得高于進(jìn)口處原地面流水標(biāo)高的限制,對于涵洞的設(shè)計(jì)和施工規(guī)避不利因素(如軟基處理等)空間選擇范圍將更加靈活,更易實(shí)施優(yōu)化(如涵長縮短、頂填土厚減少可讓拱涵變?yōu)樯w板涵等)。

3)代替倒虹吸。根據(jù)JTG/T D65-04-2007公路涵洞設(shè)計(jì)細(xì)則4.2.6條規(guī)定,倒虹吸管涵適用于路塹挖方高度不能滿足設(shè)置渡槽的凈空要求時的灌溉渠道,不適用于排洪河溝。

設(shè)倒虹吸進(jìn)出水口標(biāo)高分別為H進(jìn),H出,此段橫穿處路面最高標(biāo)高為H路,則必有H進(jìn)＞H出＞H路,且有H進(jìn)-H路小于凈空要求,H出-H路小于凈空要求,暫定凈空要求為5.5 m,則采用正虹吸只需將水提升5.5 m-(H進(jìn)-H路)≤5.5 m即可。因工程中采用正虹吸凈提水高度最大為7 m,故采用正虹吸代替倒虹吸滿足多數(shù)公路凈空要求是沒有問題的。

[1]盛維森.大型屋面虹吸雨水排水管道安裝[J].山西建筑,2009,35(8)：211-212.