[摘要] 排水管道常年運行，由于各種原因會出現各種缺陷。蛇形起伏是排水管道缺陷的一種。為了評估蛇形起伏缺陷對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的原因、蛇形起伏排水管道內流態的變化、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與修復提供了參考。
[關鍵詞] 排水管道;蛇形起伏;流態分析;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：S276 文獻標識碼： A 文章編號：
本文來源于國家行業標準《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》中對蛇形起伏缺陷排水管道的評估[1]。在實際運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重影響排水管道排水功能的正常發揮，全國各大城市在經歷暴雨時，內澇現象非常嚴重。為了使排水管道發揮應有的作用，當前，我國運用閉路電視檢測、聲納檢測、管道潛望鏡檢測[2]對現行排水管道進行檢測，這些檢測結果可以很清楚的看到排水管道內部的狀況.對檢測結果的分析可為排水管道的養護和修復提供重要的依據。國家行業標準《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》正是在這個背景下開始了編制。本文主要針對蛇形起伏排水管道進行研究。
0蛇形起伏排水管道定義
蛇形排水管道是一種病態的管道狀況。《室外排水設計規范》中規定排水管道為重力流，管道坡度為順坡。當排水管道偏離正常設計狀態，發生連續的高低起伏時，稱為蛇形起伏排水管道。由于國內外對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的相關術語。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管道基礎原因
在大部分的城鎮排水管道中，管道都采用直埋的方式，這種方式對管道的基礎要求根據土質不同，有不同的要求。在不良地質上敷設管道，對地基的處理有著特殊的要求。在實際的施工過程中，由于管道地基的處理出現問題，導致地基出現不均勻的沉降，最終導致排水管道的蛇形起伏。
1.2管道敷設原因
排水管道在施工過程中，由于施工前沒有認真按照施工測量規范和規程進行交接樁復測與保護，施工放樣時沒有充分了解水文地質條件，也沒有按照埋置深度和設計要求以及有關規定放樣。施工過程中如意外遇到構筑物須避讓時，沒有在在適當的位置增設連接井等。使排水管道在立面上產生積水，出現倒坡和順坡交替的現象。
1.3回填土沉降
回填土的沉降變形是破壞管道穩定性的直接原因。由于回填土體時沒有根據回填的部位和施工條件選擇合適的填料和壓(夯)實機械，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效果，又會在土中干縮、腐爛形成孔洞，引起沉陷。由于回填土的沉降變形，就會使管道受力發生變化，受力超過允許值，管道將遭到破壞，管道可能會破裂，沒有破裂的排水管道高程發生變化，形成蛇形起伏。
2蛇形起伏排水管道內水流流態分析
2.1 正常排水管道流態
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。這類管道內的流動具有自由表面，且表面壓強為大氣壓強。在這些管道的設計中，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。在大多數情況上，管道內部是不承受壓力的，即靠重力流動。目前，建設部頒布的《室外排水設計規范》中規定了排水管道的設計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分析
排水管道出現的蛇形起伏，不滿足均勻流的前提條件，不能夠用《室外排水設計規范》規定的方法進行水力計算的。蛇形起伏的排水管道是管道順坡和逆坡交替出現的，其中的水流變化復雜，有水躍、跌水甚至會出現明滿流交替等等情況。
由于實際運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水流的流動狀況。為觀測蛇形起伏排水管道過流現象，了解蛇形起伏排水管道內流量變化時，水流狀態的變化情況，采用有機透明玻璃管制成蛇形起伏排水管道模型，取典型實驗工況：坡度0.005，起伏個數2個，起伏高度10mm進行實驗觀察。
2.2.1流量由小到大時的流態觀測分析
初始狀態，整個管道處于無水狀態。隨后，水從排水管道進口處流入管道，由于重力等作用逐漸往管道下游流動。當水流開始進入第一個起伏段逆坡段時，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入第一個起伏段的順坡段。進入第一個起伏段順坡段的水流由于順坡坡度較大，流速變快，順利通過第二個起伏段，直至流出管道，整個過程呈漫流狀態。
當管道內水流繼續增大時，排水管道第一個起伏段上游出現氣泡、氣團。當氣泡、氣團經過第一個起伏段逆坡段到達第一個起伏段順坡段時，氣泡、氣團消失，其下游為無壓非滿流流動。
繼續增大管道內的流量。排水管道第一個起伏段上游出現明顯的滿流，滿流出現的位置自第一個起伏段逆坡段向上游不斷前移，直至穩定，此時管段第一起伏段上游為滿流。
2.2.2流量由大到小時的流態觀測分析
當排水管道內第一個起伏段上游全為滿流，第一個起伏處段的下游為非滿流時，開始減小流量。由于排水管道流量減小，自管道進口處開始，水位下降。氣體自管道口進入管道，管道內出現氣泡、氣團[3]。
當流量減少至較少值時，水流呈漫流狀態流過整個排水管道，當停止向排水管道內供水時，管段的其它位置為無水狀態，排水管道內高程較低的兩個地方，即第一個起伏段上游和第一個起伏段和第二個起伏段之間的位置，出現積水。
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不會出現壅水現象，當排水管道出現蛇形起伏后，排水管道過流能力受到影響，起伏段上游壅水，雍水前端出現水躍或明滿流現象。本文將壅水段出現的位置作為蛇形起伏排水管道過流能力的標準。
3.1坡度的影響
按照建設部頒布的《室外排水設計規范》規定，排水管段依據設計規范的要求，都要特定的坡度。排水管道坡度越大，則管道內水流流速越大，過水斷面單位時間內通過的流量就越大。排水管道出現蛇形起伏現象時，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，起伏段上游出現水面壅高。當坡度越大時，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
水在排水管道內流動，當接觸到起伏段時，流速開始下降，水面出現壅水，壅水隨著時間的推移，向起伏段的上游移動，直至穩定。保持管道內流量不變，當起伏段高度不斷升高時，壅水前端繼續向起伏段上游移動，直至出現滿流，并溢出管道。可以認為，排水管道起伏高度越高，會導致排水管道過流能力減小。
3.3起伏個數的影響
排水管道出現多個起伏段，連續排列，形成蛇形起伏，取相同的起伏高度，比較只有一個起伏段和有兩個起伏段的排水管道水面曲線的變化。分析起伏個數對排水管道過流能力的影響。跟據實驗水面曲線觀察可知，存在兩個起伏段的排水管道，當水流經過第一個起伏時，急速下降直至第二個起伏。第二個起伏引起的水面的壅起和躍起，受到第一個起伏逆坡段的阻礙，無法穿越第一個起伏段的頂部，不能影響到上游的水位。整個管段對起伏段上游水面的影響與只有一個起伏時一致。通過分析得出，起伏個數不影響排水管道過流能力。
4 結語
本文對排水管道蛇形起伏缺陷進行全方面的描述。分析了蛇形起伏排水管道形成的原因和管道內部水流流態的變化情況。同時分析了蛇形起伏排水管道過流能力影響因素。本文對排水管道蛇形起伏缺陷的描述，為城鎮排水管道檢測與修復過程中，對蛇形起伏排水管道的處理提供了參考。
參考文獻：
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