[摘要] 排水管道常年運(yùn)行，由于各種原因會(huì)出現(xiàn)各種缺陷。蛇形起伏是排水管道缺陷的一種。為了評(píng)估蛇形起伏缺陷對(duì)排水管道過流能力的影響，本文分析了蛇形起伏排水管道出現(xiàn)的原因、蛇形起伏排水管道內(nèi)流態(tài)的變化、蛇形起伏排水管道影響過流能力的因素,為蛇形起伏排水管道的檢測(cè)與修復(fù)提供了參考。

　　[關(guān)鍵詞] 排水管道;蛇形起伏;流態(tài)分析;過流能力

　　Abstract: Drainage pipe year-round operation, it will appear all sorts of defects. Snakelikes ups and downs is one of drainage defects. In order to assess the influence of flow capacity by snakelikes ups and downs in drainage pipe This paper analyzes the reason of snakelikes ups and downs drainage, flow pattern changes ups in snakeslikes ups and downs pipes, and the effect of flow capacity factors in snakeslikes ups and downs pipes, it provide reference for snakelikes ups and downs pipes to inspection and repair.

　　Key words: drainage pipe; snakelikes ups and downs; flow pattern analysis; flow capacity

　　中圖分類號(hào)：S276 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

　　本文來源于國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》中對(duì)蛇形起伏缺陷排水管道的評(píng)估[1]。在實(shí)際運(yùn)行中的排水管道存在許多的缺陷，比如蛇形起伏、破裂、變形等等。這些存在缺陷的排水管道嚴(yán)重影響排水管道排水功能的正常發(fā)揮，全國(guó)各大城市在經(jīng)歷暴雨時(shí)，內(nèi)澇現(xiàn)象非常嚴(yán)重。為了使排水管道發(fā)揮應(yīng)有的作用，當(dāng)前，我國(guó)運(yùn)用閉路電視檢測(cè)、聲納檢測(cè)、管道潛望鏡檢測(cè)[2]對(duì)現(xiàn)行排水管道進(jìn)行檢測(cè)，這些檢測(cè)結(jié)果可以很清楚的看到排水管道內(nèi)部的狀況.對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析可為排水管道的養(yǎng)護(hù)和修復(fù)提供重要的依據(jù)。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》正是在這個(gè)背景下開始了編制。本文主要針對(duì)蛇形起伏排水管道進(jìn)行研究。

　　0蛇形起伏排水管道定義

　　蛇形排水管道是一種病態(tài)的管道狀況。《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定排水管道為重力流，管道坡度為順坡。當(dāng)排水管道偏離正常設(shè)計(jì)狀態(tài)，發(fā)生連續(xù)的高低起伏時(shí)，稱為蛇形起伏排水管道。由于國(guó)內(nèi)外對(duì)蛇形起伏排水管道的研究較少，下面定義一下蛇形起伏排水管道內(nèi)的相關(guān)術(shù)語(yǔ)。本文中提到的起伏管道的起伏部分分為兩部分，一部分為逆坡段，一部分為陡坡段，起伏的高度為H。

　　1管道蛇形起伏原因分析

　　1.1管道基礎(chǔ)原因

　　在大部分的城鎮(zhèn)排水管道中，管道都采用直埋的方式，這種方式對(duì)管道的基礎(chǔ)要求根據(jù)土質(zhì)不同，有不同的要求。在不良地質(zhì)上敷設(shè)管道，對(duì)地基的處理有著特殊的要求。在實(shí)際的施工過程中，由于管道地基的處理出現(xiàn)問題，導(dǎo)致地基出現(xiàn)不均勻的沉降，最終導(dǎo)致排水管道的蛇形起伏。

　　1.2管道敷設(shè)原因

　　排水管道在施工過程中，由于施工前沒有認(rèn)真按照施工測(cè)量規(guī)范和規(guī)程進(jìn)行交接樁復(fù)測(cè)與保護(hù)，施工放樣時(shí)沒有充分了解水文地質(zhì)條件，也沒有按照埋置深度和設(shè)計(jì)要求以及有關(guān)規(guī)定放樣。施工過程中如意外遇到構(gòu)筑物須避讓時(shí)，沒有在在適當(dāng)?shù)奈恢迷鲈O(shè)連接井等。使排水管道在立面上產(chǎn)生積水，出現(xiàn)倒坡和順坡交替的現(xiàn)象。

　　1.3回填土沉降

　　回填土的沉降變形是破壞管道穩(wěn)定性的直接原因。由于回填土體時(shí)沒有根據(jù)回填的部位和施工條件選擇合適的填料和壓(夯)實(shí)機(jī)械，且回填土中存在淤泥、樹根、草皮及其腐植物等，這些物體既影響壓實(shí)效果，又會(huì)在土中干縮、腐爛形成孔洞，引起沉陷。由于回填土的沉降變形，就會(huì)使管道受力發(fā)生變化，受力超過允許值，管道將遭到破壞，管道可能會(huì)破裂，沒有破裂的排水管道高程發(fā)生變化，形成蛇形起伏。

　　2蛇形起伏排水管道內(nèi)水流流態(tài)分析

　　2.1　正常排水管道流態(tài)

　　在排水管道工程中，廣泛采用無壓圓管，如城市中污水管道、雨水管道等。這類管道內(nèi)的流動(dòng)具有自由表面，且表面壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)。在這些管道的設(shè)計(jì)中，污水在管道中一般是靠管道兩端的水面差從高向低處流動(dòng)。在大多數(shù)情況上，管道內(nèi)部是不承受壓力的，即靠重力流動(dòng)。目前，建設(shè)部頒布的《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定了排水管道的設(shè)計(jì)方法是基于排水管道為無壓恒定均勻流。

　　2.2　蛇形起伏排水管道流態(tài)分析

　　排水管道出現(xiàn)的蛇形起伏，不滿足均勻流的前提條件，不能夠用《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的方法進(jìn)行水力計(jì)算的。蛇形起伏的排水管道是管道順坡和逆坡交替出現(xiàn)的，其中的水流變化復(fù)雜，有水躍、跌水甚至?xí)霈F(xiàn)明滿流交替等等情況。

　　由于實(shí)際運(yùn)行中的蛇形排水管道深埋在地下，且排水管道不透明。很難了解蛇形起伏排水管道內(nèi)水流的流動(dòng)狀況。為觀測(cè)蛇形起伏排水管道過流現(xiàn)象，了解蛇形起伏排水管道內(nèi)流量變化時(shí)，水流狀態(tài)的變化情況，采用有機(jī)透明玻璃管制成蛇形起伏排水管道模型，取典型實(shí)驗(yàn)工況：坡度0.005，起伏個(gè)數(shù)2個(gè)，起伏高度10mm進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察。

　　2.2.1流量由小到大時(shí)的流態(tài)觀測(cè)分析

　　初始狀態(tài)，整個(gè)管道處于無水狀態(tài)。隨后，水從排水管道進(jìn)口處流入管道，由于重力等作用逐漸往管道下游流動(dòng)。當(dāng)水流開始進(jìn)入第一個(gè)起伏段逆坡段時(shí)，由于逆坡的阻礙作用，水流流速變小，流速變小的水流前鋒仍然流過起伏段逆坡段進(jìn)入第一個(gè)起伏段的順坡段。進(jìn)入第一個(gè)起伏段順坡段的水流由于順坡坡度較大，流速變快，順利通過第二個(gè)起伏段，直至流出管道，整個(gè)過程呈漫流狀態(tài)。

　　當(dāng)管道內(nèi)水流繼續(xù)增大時(shí)，排水管道第一個(gè)起伏段上游出現(xiàn)氣泡、氣團(tuán)。當(dāng)氣泡、氣團(tuán)經(jīng)過第一個(gè)起伏段逆坡段到達(dá)第一個(gè)起伏段順坡段時(shí)，氣泡、氣團(tuán)消失，其下游為無壓非滿流流動(dòng)。

　　繼續(xù)增大管道內(nèi)的流量。排水管道第一個(gè)起伏段上游出現(xiàn)明顯的滿流，滿流出現(xiàn)的位置自第一個(gè)起伏段逆坡段向上游不斷前移，直至穩(wěn)定，此時(shí)管段第一起伏段上游為滿流。

　　2.2.2流量由大到小時(shí)的流態(tài)觀測(cè)分析

　　當(dāng)排水管道內(nèi)第一個(gè)起伏段上游全為滿流，第一個(gè)起伏處段的下游為非滿流時(shí)，開始減小流量。由于排水管道流量減小，自管道進(jìn)口處開始，水位下降。氣體自管道口進(jìn)入管道，管道內(nèi)出現(xiàn)氣泡、氣團(tuán)[3]。

　　當(dāng)流量減少至較少值時(shí)，水流呈漫流狀態(tài)流過整個(gè)排水管道，當(dāng)停止向排水管道內(nèi)供水時(shí)，管段的其它位置為無水狀態(tài)，排水管道內(nèi)高程較低的兩個(gè)地方，即第一個(gè)起伏段上游和第一個(gè)起伏段和第二個(gè)起伏段之間的位置，出現(xiàn)積水。

　　3蛇形起伏排水管道過流能力影響因素分析

　　正常的排水管道管道內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)壅水現(xiàn)象，當(dāng)排水管道出現(xiàn)蛇形起伏后，排水管道過流能力受到影響，起伏段上游壅水，雍水前端出現(xiàn)水躍或明滿流現(xiàn)象。本文將壅水段出現(xiàn)的位置作為蛇形起伏排水管道過流能力的標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.1坡度的影響

　　按照建設(shè)部頒布的《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，排水管段依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，都要特定的坡度。排水管道坡度越大，則管道內(nèi)水流流速越大，過水?dāng)嗝鎲挝粫r(shí)間內(nèi)通過的流量就越大。排水管道出現(xiàn)蛇形起伏現(xiàn)象時(shí)，起伏段上游的水流由于受到起伏段的阻礙作用，使水流流速變慢，起伏段上游出現(xiàn)水面壅高。當(dāng)坡度越大時(shí)，水流流速越大，起伏段前端的水面壅高距起伏段越近，水流越不容易溢出管道，流向地面。

　　3.2起伏高度的影響

　　水在排水管道內(nèi)流動(dòng)，當(dāng)接觸到起伏段時(shí)，流速開始下降，水面出現(xiàn)壅水，壅水隨著時(shí)間的推移，向起伏段的上游移動(dòng)，直至穩(wěn)定。保持管道內(nèi)流量不變，當(dāng)起伏段高度不斷升高時(shí)，壅水前端繼續(xù)向起伏段上游移動(dòng)，直至出現(xiàn)滿流，并溢出管道。可以認(rèn)為，排水管道起伏高度越高，會(huì)導(dǎo)致排水管道過流能力減小。

　　3.3起伏個(gè)數(shù)的影響

　　排水管道出現(xiàn)多個(gè)起伏段，連續(xù)排列，形成蛇形起伏，取相同的起伏高度，比較只有一個(gè)起伏段和有兩個(gè)起伏段的排水管道水面曲線的變化。分析起伏個(gè)數(shù)對(duì)排水管道過流能力的影響。跟據(jù)實(shí)驗(yàn)水面曲線觀察可知，存在兩個(gè)起伏段的排水管道，當(dāng)水流經(jīng)過第一個(gè)起伏時(shí)，急速下降直至第二個(gè)起伏。第二個(gè)起伏引起的水面的壅起和躍起，受到第一個(gè)起伏逆坡段的阻礙，無法穿越第一個(gè)起伏段的頂部，不能影響到上游的水位。整個(gè)管段對(duì)起伏段上游水面的影響與只有一個(gè)起伏時(shí)一致。通過分析得出，起伏個(gè)數(shù)不影響排水管道過流能力。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文對(duì)排水管道蛇形起伏缺陷進(jìn)行全方面的描述。分析了蛇形起伏排水管道形成的原因和管道內(nèi)部水流流態(tài)的變化情況。同時(shí)分析了蛇形起伏排水管道過流能力影響因素。本文對(duì)排水管道蛇形起伏缺陷的描述，為城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與修復(fù)過程中，對(duì)蛇形起伏排水管道的處理提供了參考。

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