排水沟断面是指按排水流量要求确定的排水沟剖面,包括纵剖面和横剖面。排水沟断面的设计应根据规划拟定的各级排水沟的任务,通过水力计算确定。设计时分横断面和纵断面两部分,二者是相互制约同时进行的。
排水沟横断面设计要求
横断面设计是确定通过设计排涝流量的稳定的过水断面。一般应先行选定断面形式、排水沟底坡(i),边坡系数(m)和排水沟糙率(n)等参数。排水沟大都为挖方断面,断面形式为梯形。临时性的田间排水毛沟、墙沟,可以结合耕作做成不同的断面形式。排水沟的纵坡要考虑沿沟地面坡降、土质、容泄区水位、排水沟内的流量等因素,沟道底坡应尽可能与地面坡降一致,以减小挖填土方量
在选定上述参数的前提下,先按设计排涝水位确定沟内最高水位,再按设计排涝流量计算沟深及底宽.
先按排渍要求确定沟内日常水位,按日常水位下通过的排渍流量确定排水沟沟深及底宽,再按设计排涝流量进行校核,以检排水沟的最高水位是否符合设计排涝水位。如果排水沟最高水位超过设计排涝水位,则要加大排水沟断面;若按排涝和排渍要求设计的断面相差很大时,可做成复式断面,利用沟底小断面控制地下水水位,通过排渍流量,而以整个断面通过设计排涝流量.
排水沟断面泄水能力计算
水力计算的目的是确定排水沟管的断面形状和尺寸,同时检查其流速是否引起冲刷或造成淤积。沟管的泄水能力应大于设计流量。通常采用谢才公式或曼宁公式计算流量和流速。
(1)沟管泄水流量计算: Q=Vω
Q———沟管的泄水能力 (m3/s)
V———沟管内的平均流速(m/s)
ω———过水断面面积(㎡)
(2)沟管平均流速计算
①谢才(Chezy) 公式: v =C (R i)1/2
C一流速系数 (m1/2/s),可按曼宁(Manning)公式计算确定,C= (1/n) R1/6
R-一水力半径 (m), R=A/ρ (ρ---过水断面湿周, 单位m)
i一水力坡度(%) (无旁侧入流的明沟,水力坡度可采用沟底纵坡;有旁侧入流的明沟,水力坡度可采用沟段的平均水面坡降)
n-沟壁或管壁的粗糙系数 (查表获得)
例:某浆砌片石排水沟,梯形断面,底宽0.5m,沟坡纵坡1: 1,沟深0. 6m (其中设计超高0. 2m),沟底纵坡2%。求该排水沟的流速(m/s)
②曼宁公式:v=mR2/3 I1/2并用曼宁公式计算上述排水沟的流速。
m———沟管壁的粗率,粗糙系数的倒数(m=1/n)
R———水力半径(m)
I———排 水沟管的坡降(%)
例:现有截水沟,拟用M7. 5浆砌片石沟,设计流量Q=0. 128m3/s,沟底纵坡i=2%。请设计拟定断面。
设计截水沟断面为梯形,底宽0. 5m,沟壁坡度1:1,设计水深0. 4m,浆砌片石沟。
则过水断面w = (0.5+1.3)+2X0.4=0.36m2
湿周ρ=0.5+(0. 4+ sin45°) X2=1.64m
水力半径R= w/ρ=0. 36/1.64=0. 22m
谢才公式计算:流速系数C= (1/n) X (R)1/6= (1/0.025) X (0.22)1/6=30.8
平均流速v=C (Ri)1/2=30.8X (0.22X0.02)1/2=2.04m/s
截水沟的泄水能力Q =vw = 2.04X0.36=0.73m3/s
曼宁公式计算:平均流速v= (1/n)(R)2/3(I)1/2=2.06m/s
截水沟的泄水能力Q=vw=2.06X0.36=0.74m3/s
泄水能力大于设计流量0.128m'/s。显然,泄水能力过大,试算设计水深0. 3m,水沟深0.5m是否满足
排水沟断面的施工技术要求
(1)截排水沟宜采用浆砌片石或块石砌筑。砂浆的标号宜用M7.5或M10。
(2)陡坡和缓坡段沟底及边墙应设伸缩缝隙,伸缩缝间距为10-1 5m。伸缩缝外的沟底应设齿前墙,伸缩缝内应设止水或反滤盲沟或同时采用。
(3)当截排水沟断面变化时,应采用渐变段衔接,长度可取水面宽度差的5一20倍。
(4)截排水沟进出口平面布置宜采用喇叭口或“八”字形导翼墙,导流翼墙长可取设计水深的3-4倍。
(5)截排水沟的安全超高不宜小于0.4m,对于弯曲段的凹岸,应考虑水位壅高。
(6)设计截排水沟的纵坡,应根据沟线、地形、地质以及与山洪沟连接条件等因素确定。当自然纵坡大于1: 20 或局部高差较大时,可设计陡坡或跌水。
(7)陡坡和缓坡连接剖面曲线应根据水力学计算确定,陡坡或跌水段下游应采用消能和防冲措施。当跌水高差大于5m时,宜采用多级跌水。
(8)截排水沟弯曲段的弯曲半径,不得小于最小容许半径及沟底宽度的5位。最小容许半径: Ru.=1.1vw1/2+12
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