排水溝斷面是指按排水流量要求確定的排水溝剖面,包括縱剖面和橫剖面。排水溝斷面的設(shè)計應(yīng)根據(jù)規(guī)劃擬定的各級排水溝的任務(wù),通過水力計算確定。設(shè)計時分橫斷面和縱斷面兩部分,二者是相互制約同時進行的。
排水溝橫斷面設(shè)計要求
橫斷面設(shè)計是確定通過設(shè)計排澇流量的穩(wěn)定的過水斷面。一般應(yīng)先行選定斷面形式、排水溝底坡(i),邊坡系數(shù)(m)和排水溝糙率(n)等參數(shù)。排水溝大都為挖方斷面,斷面形式為梯形。臨時性的田間排水毛溝、墻溝,可以結(jié)合耕作做成不同的斷面形式。排水溝的縱坡要考慮沿溝地面坡降、土質(zhì)、容泄區(qū)水位、排水溝內(nèi)的流量等因素,溝道底坡應(yīng)盡可能與地面坡降一致,以減小挖填土方量
在選定上述參數(shù)的前提下,先按設(shè)計排澇水位確定溝內(nèi)最高水位,再按設(shè)計排澇流量計算溝深及底寬.
先按排漬要求確定溝內(nèi)日常水位,按日常水位下通過的排漬流量確定排水溝溝深及底寬,再按設(shè)計排澇流量進行校核,以檢排水溝的最高水位是否符合設(shè)計排澇水位。如果排水溝最高水位超過設(shè)計排澇水位,則要加大排水溝斷面;若按排澇和排漬要求設(shè)計的斷面相差很大時,可做成復(fù)式斷面,利用溝底小斷面控制地下水水位,通過排漬流量,而以整個斷面通過設(shè)計排澇流量.
排水溝斷面泄水能力計算
水力計算的目的是確定排水溝管的斷面形狀和尺寸,同時檢查其流速是否引起沖刷或造成淤積。溝管的泄水能力應(yīng)大于設(shè)計流量。通常采用謝才公式或曼寧公式計算流量和流速。
(1)溝管泄水流量計算: Q=Vω
Q———溝管的泄水能力 (m3/s)
V———溝管內(nèi)的平均流速(m/s)
ω———過水斷面面積(㎡)
(2)溝管平均流速計算
①謝才(Chezy) 公式: v =C (R i)1/2
C一流速系數(shù) (m1/2/s),可按曼寧(Manning)公式計算確定,C= (1/n) R1/6
R-一水力半徑 (m), R=A/ρ (ρ---過水斷面濕周, 單位m)
i一水力坡度(%) (無旁側(cè)入流的明溝,水力坡度可采用溝底縱坡;有旁側(cè)入流的明溝,水力坡度可采用溝段的平均水面坡降)
n-溝壁或管壁的粗糙系數(shù) (查表獲得)
例:某漿砌片石排水溝,梯形斷面,底寬0.5m,溝坡縱坡1: 1,溝深0. 6m (其中設(shè)計超高0. 2m),溝底縱坡2%。求該排水溝的流速(m/s)
②曼寧公式:v=mR2/3 I1/2并用曼寧公式計算上述排水溝的流速。
m———溝管壁的粗率,粗糙系數(shù)的倒數(shù)(m=1/n)
R———水力半徑(m)
I———排 水溝管的坡降(%)
例:現(xiàn)有截水溝,擬用M7. 5漿砌片石溝,設(shè)計流量Q=0. 128m3/s,溝底縱坡i=2%。請設(shè)計擬定斷面。
設(shè)計截水溝斷面為梯形,底寬0. 5m,溝壁坡度1:1,設(shè)計水深0. 4m,漿砌片石溝。
則過水斷面w = (0.5+1.3)+2X0.4=0.36m2
濕周ρ=0.5+(0. 4+ sin45°) X2=1.64m
水力半徑R= w/ρ=0. 36/1.64=0. 22m
謝才公式計算:流速系數(shù)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
截水溝的泄水能力Q =vw = 2.04X0.36=0.73m3/s
曼寧公式計算:平均流速v= (1/n)(R)2/3(I)1/2=2.06m/s
截水溝的泄水能力Q=vw=2.06X0.36=0.74m3/s
泄水能力大于設(shè)計流量0.128m'/s。顯然,泄水能力過大,試算設(shè)計水深0. 3m,水溝深0.5m是否滿足
排水溝斷面的施工技術(shù)要求
(1)截排水溝宜采用漿砌片石或塊石砌筑。砂漿的標號宜用M7.5或M10。
(2)陡坡和緩坡段溝底及邊墻應(yīng)設(shè)伸縮縫隙,伸縮縫間距為10-1 5m。伸縮縫外的溝底應(yīng)設(shè)齒前墻,伸縮縫內(nèi)應(yīng)設(shè)止水或反濾盲溝或同時采用。
(3)當截排水溝斷面變化時,應(yīng)采用漸變段銜接,長度可取水面寬度差的5一20倍。
(4)截排水溝進出口平面布置宜采用喇叭口或“八”字形導(dǎo)翼墻,導(dǎo)流翼墻長可取設(shè)計水深的3-4倍。
(5)截排水溝的安全超高不宜小于0.4m,對于彎曲段的凹岸,應(yīng)考慮水位壅高。
(6)設(shè)計截排水溝的縱坡,應(yīng)根據(jù)溝線、地形、地質(zhì)以及與山洪溝連接條件等因素確定。當自然縱坡大于1: 20 或局部高差較大時,可設(shè)計陡坡或跌水。
(7)陡坡和緩坡連接剖面曲線應(yīng)根據(jù)水力學(xué)計算確定,陡坡或跌水段下游應(yīng)采用消能和防沖措施。當?shù)卟畲笥?m時,宜采用多級跌水。
(8)截排水溝彎曲段的彎曲半徑,不得小于最小容許半徑及溝底寬度的5位。最小容許半徑: Ru.=1.1vw1/2+12
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