大流量、高跌差排水跌水井及其多层消能施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种大流量、高跌差排水跌水井及其多层消能施工方法，由井体、隔墙、跌水室、检修室、进水管和出水管组成，隔墙将井体分为跌水室和检修室，跌水室包括井室和水力消能层，进水管与井室上部连通，井室内设有格栅消能层，格栅消能层包括呈等间距间隔的多个桩梁群，两相邻桩梁群在空间上呈纵横交错布置，出水管设于检修室内并通过隔墙下部所设的过水孔与井室下部连通，且出水管内腔底面与水力消能层顶面在同一标高上，隔墙上部设有连通井室与检修室的排气孔。本发明能解决传统排水跌水井中未涉及的大流量、大跌差的消能问题；同时，本发明具有节地效应的多层消能施工方法，为用地紧张、管网密集的建成区域内跌水井的设计提供参考。
【专利说明】
大流量、高跌差排水跌水井及其多层消能施工方法
技术领域
[0001]本发明属于市政排水工程技术领域，涉及城市排水管道跌水的构筑物，特别涉及一种大流量、高跌差排水跌水井及其多层消能施工方法。
【背景技术】
[0002]市政排水管道主要包括污水管道、雨水管道及雨水、污水合流管道。三种管道均涉及检查井的布置。根据《室外排水设计规范(GB50014-2006〈2014年版 >)》(简称室外排水设计规范，下同)，“检查井的位置，应设在管道交汇处、转弯处、管径或坡度改变处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处。”
[0003]跌水井是检查井的一种重要组成形式，利用跌水井来解决不同高差地面雨水、污水等的重力流排水的消能问题。对于跌水处，当跌水深度h多5m时，水流将产生极大的冲击力，对于管网及检查井形成显著冲刷，进而极大危害排水管网的安全、稳定运行。为此，《室外排水设计规范》规定:“管道跌水水头为1.0?2.0m时，宜设跌水井;跌水水头大于2.0m时，应设跌水井。管道转弯处不宜设跌水井”；“跌水井的进水管管径不大于200mm时，一次跌水水头高度不得大于6m;管径为300mm?600mm时，一次跌水水头高度不宜大于4m。跌水方式可采用竖管或矩形竖槽。管径大于600mm时，其一次跌水水头高度及跌水方式应按照水力计算确定。”
[0004]不仅如此，随着我国城市化进程的不断加快，城市正面临着巨大而深刻的变化。给水、排水(包括雨水、污水、合流等)、中水、电力、电缆、燃气、燃油、热力、消防、照明、通信、广电等大量的地下管线分布在市政道路上，造成浅层地下空间的极度拥挤。城市排水管网通常管径较大，且一般需要保证重力流所需的管道坡度，同时为了避让其他管线，排水管网的埋深时常会较大，检查井(含跌水井)的深度也相应增大。
[0005]目前，《排水检查井》图集(02(03)S515)收录了3种跌水井，分别为竖管式跌水井、竖槽式跌水井和阶梯式跌水井。其中竖管式跌水井适用于跌落管径不大于200mm的铸铁管，跌差为I?6m的污水管;竖槽式跌水井适用于跌落管径为200?600mm，跌差为I?4m的雨污水管；阶梯式跌水井适用于跌落管径为700?1650mm，跌差为I?2m的雨、污水管。上述三类跌水井最大跌差仅为6m，且6m跌差时对应的仅为不大于200mm的铸铁污水管，难以满足排水管网最新发展的需要。针对较大进水管管径的情况，上述图主要采用逐级跌落的方式，占地空间较大，根据管径700?1650mm、跌差I?2m不等，检查井内尺寸长度需要2.5?4m，宽度需要1.8?2.75m。
[0006]因此，亟需研究一种适用于大流量、高跌差范围的具有节地效应的排水跌水井。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种大流量、高跌差排水跌水井，以解决传统排水跌水井中未涉及的大流量、大跌差的消能问题；同时，本发明的目的之二在于提供一种具有节地效应的多层消能施工方法，为用地紧张、管网密集的建成区域内跌水井的设计提供参考。
[0008]本发明是通过以下技术方案来实现的:
[0009]—种大流量、高跌差排水跌水井，主要由井体、隔墙、跌水室、检修室、进水管和出水管组成，隔墙将井体分为跌水室和检修室两部分，跌水室包括设置在其上部的井室和下部的水力消能层，井室和水力消能层直接垂直连通，进水管与井室上部连通，所述井室内设有格栅消能层，所述格栅消能层包括在低于进水管的竖直方向上设置有呈等间距间隔的多个粧梁群，两相邻粧梁群在空间上呈纵横交错布置，所述出水管设于检修室内并通过隔墙下部所设的过水孔与井室下部连通，且出水管内腔底面与水力消能层顶面在同一标高上，所述隔墙的上部设有连通井室与检修室的排气孔。
[0010]通过采用上述方案，本发明通过在跌水室井室内安装的格栅消能层对由进水管接上游排水管涵系统而流入井室内的排水进行初消能，并在跌水室底部形成具有一定深度存水的水力消能层，通过与水力消能层中存水的碰撞进行缓冲，从而达到对经过格栅消能层消能的来水做进一步消能的目的，使水流能以恒定流的状态流出井室，并由出水管进入下游排水管涵系统；同时，还在跌水室井室上部设置排气孔连通检修室，用以平衡井室内的气压，即排水与格栅消能层和水力消能层碰撞后产生的气体可以通过该排气孔(可通过控制检修室顶部井盖开孔面积实现)散逸至空气中。本发明在用地受限、上下游排水管涵系统高程已定情况下实现大流量、高跌差排水问题。
[0011 ]进一步，为更好的实现本发明，能根据工况和成本需求，在跌水室井室内安装不同类型的粧梁群，达到由进水管接上游排水管涵系统而流入井室内的排水进行格栅消能层的初消能的目的，特设置呈下述结构:所述粧梁群由单排直线分布的微粧梁组成，单排直线分布微粧梁所构成的粧梁群整体排列结构按水平或倾斜设计;或所述粧梁群由多排弧形分布的微粧梁组成，多排弧形分布微粧梁所构成的粧梁群整体排列结构按圆弧或正弦曲线设
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[0012]进一步，为更好的实现本发明，能使格栅消能层的消能效果更优，特设置呈下述结构:所述粧梁群至少由三排微粧梁且排间呈梅花型交错排列组成。
[0013]进一步，为更好的实现本发明，能使微粧梁增大与排水间的碰撞效果，特设置呈下述结构:所述微粧梁的断面呈方形或梯形或三角形结构。
[0014]进一步，为更好的实现本发明，通过改进相邻微粧梁的间距，达到优化格栅消能层的消能目的，特设置呈下述结构:所述微粧梁的排间距为1.5?2.5倍微粧梁外接圆直径，每排微粧梁的粧中心间距为2?3倍微粧梁外接圆直径。
[0015]进一步，为更好的实现本发明，能使在跌水室底部通过水力消能层后做进一步降低和平缓水流的能量，保证出水水流流态的稳定及井室的安全，特设置呈下述结构:所述跌水室还包括设于水力消能层下的卵石消能层。
[0016]进一步，为更好的实现本发明，能使井体井壁、隔墙和微粧梁具有耐冲击性，同时对设于检修室内的出水管起到支撑固定作用，特设置呈下述结构:所述井体的井壁、隔墙和粧梁群均由C30钢筋混泥土制成，所述检修室在位于出水管底部设有支撑出水管的填筑层，所述填筑层由素细石混凝土制成。
[0017]进一步，为更好的实现本发明，能保证检修人员的安全并可供检修人员休息，特设置呈下述结构:所述检修室的顶部设有防坠落的安全网，且检修室在低于安全网且高于填筑层的竖直方向上并每隔一定高度设有检修平台。
[0018]本发明还提供一种应用在大流量、高跌差排水跌水的多层消能施工方法，具体包括如下步骤:
[0019]S1.开挖跌水井基坑并浇注成井体，在井体内浇注隔墙，将井体分为跌水室和检修室两部分；
[0020]S2.在跌水室井室内安装格栅消能层，格栅消能层包括在井室竖直方向上并位于井室上部连接的进水管下方设置有呈等间距间隔的多个粧梁群，两相邻粧梁群在空间上呈纵横交错布置；
[0021 ] S3.在跌水室井室下方依次填充有水力消能层和卵石消能层。
[0022]通过采用上述方案，本发明具有节地效应的多层消能施工方法，可为用地紧张、管网密集的建成区域内跌水井的设计提供参考。
[0023]进一步，还包括如下步骤:
[0024]所述步骤SI包括如下分步骤:
[0025]Sl-1.按设计挖坑要求，在地面上布设跌水井位置并开挖基坑；
[0026]S1-2.按设计配筋要求，在基坑中利用钢筋绑扎成框架结构的井壁和隔墙，且在隔墙上、下部分别预留有排气孔和过水孔；
[0027]S1-3.按设计浇注要求，对制作好的钢筋结构浇注C30混凝土制成井体和隔墙，在检修室底部并与过水孔连接的出水管底部浇注素细石混凝土制成填筑层；
[0028]S1-4.按设计结构要求，在检修室的顶部安装有防坠落的安全网，且检修室在低于安全网且高于填筑层的竖直方向上并每隔一定高度安装有检修平台；
[0029]所述步骤S2包括如下分步骤:
[0030]S2-1.按设计结构要求，在井室内按直线或弧形布设微粧梁位置；
[0031]S2-2.按设计配筋要求，利用钢筋绑扎成框架结构的微粧梁；
[0032]S2-3.按设计浇注要求，从下至上分段灌注C30混凝土，完成所有微粧梁施工；
[0033]所述步骤S3包括如下分步骤:
[0034]S3-1.按设计结构要求，合理布设水力消能层和卵石消能层的标高。
[0035]本发明的有益技术效果是:本发明设计合理，上游来水在经过格栅消能层的结构消能后，在跌水室底部通过水力消能层和卵石消能层进一步降低和平缓水流的能量，保证了出水水流流态的稳定及井室的安全，同时隔墙上的排气孔设置和检修室内检修平台的设置也为跌水室井室的通风及检修人员的安全提供了便利和保障。本发明顺应排水工程节地化的发展趋势，体现出功能高效、工艺清晰、构造简单的技术特点，利于在用地紧张、管网密集的建成区域应用。
[0036]本发明附件的优点将在下面【具体实施方式】部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0037]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中:
[0038]图1为本发明大流量、高跌差排水跌水井及其多层消能施工方法的立剖面结构示意图；
[0039]图2为图1的平面结构示意图；
[0040]附图标记:I为井体，2为隔墙，3为跌水室，4为检修室，5为进水管，6为出水管，7为格栅消能层，8为水力消能层，9为卵石消能层，10为填筑层，11为安全网，12为检修平台，13为检修人孔;其中201为排气孔，202为过水孔，701为横向粧梁群，702为纵向粧梁圈。
【具体实施方式】
[0041]以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述;应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0042]如图1-2所示，本实施例中的一种大流量、高跌差排水跌水井，主要由井体1、隔墙
2、跌水室3、检修室4、进水管5和出水管6组成，其中，隔墙2将井体I分为跌水室3和检修室4两部分，跌水室3包括设置在其上部的井室(未标记)和下部的水力消能层8，井室和水力消能层8直接垂直连通，进水管5用于上游排水管涵系统与井室上部连通，井室内设有格栅消能层7，该格栅消能层7包括在低于进水管5的竖直方向上设置有呈等间距间隔的多个粧梁群，两相邻粧梁群在空间上呈纵横交错布置，即自下而上依次间隔设置有横向粧梁群701和纵向粧梁群702，出水管6用于下游排水管涵系统与设于检修室4内并通过隔墙2下部所设的过水孔202与井室下部连通，且出水管6内腔底面与水力消能层8顶面在同一标高上，隔墙2的上部设有连通井室与检修室4的排气孔201。
[0043]通过采用上述方案，本发明通过在跌水室井室内安装的格栅消能层对由进水管接上游排水管涵系统而流入井室内的排水进行初消能，并在跌水室底部形成具有一定深度存水的水力消能层，通过与水力消能层中存水的碰撞进行缓冲，从而达到对经过格栅消能层消能的来水做进一步消能的目的，使水流能以恒定流的状态流出井室，并由出水管进入下游排水管涵系统；同时，还在跌水室井室上部设置排气孔连通检修室，用以平衡井室内的气压，即排水与格栅消能层和水力消能层碰撞后产生的气体可以通过该排气孔(可通过控制检修室顶部井盖开孔面积实现)散逸至空气中。本发明在用地受限、上下游排水管涵系统高程已定情况下实现大流量、高跌差排水问题。
[0044]本实施例中，所述粧梁群(横向粧梁群701或纵向粧梁群702)由单排直线分布的微粧梁(未标记)组成，单排直线分布微粧梁所构成的粧梁群整体排列结构按水平或倾斜设计。当然在不同的实施例中，所述粧梁群由多排弧形分布的微粧梁组成，多排弧形分布微粧梁所构成的粧梁群整体排列结构按圆弧或正弦曲线设计;或者所述粧梁群至少由三排微粧梁且排间呈梅花型交错排列组成。这样，可据工况和成本需求，在跌水室井室内安装不同类型的粧梁群，以达到由进水管接上游排水管涵系统而流入井室内的排水进行初消能的目的，使格栅消能层的消能效果更优。
[0045]本实施例中，所述微粧梁的断面呈方形或梯形或三角形结构。这样，能使微粧梁增大与排水间的碰撞效果；同时，为了更加优化格栅消能层的消能目的，通过改进相邻微粧梁的间距，使微粧梁的排间距为1.5?2.5倍微粧梁外接圆直径，每排微粧梁的粧中心间距为2?3倍微粧梁外接圆直径。
[0046]本实施例中，所述跌水室3还包括设于水力消能层8下的卵石消能层9。这样，通过设置卵石消能层，能使在跌水室底部通过水力消能层消能后做进一步降低和平缓水流的能量，保证出水水流流态的稳定及井室的安全。
[0047]本实施例中，所述井体I的井壁(未标记)、隔墙2和粧梁群(横向粧梁群701或纵向粧梁群702)均由C30钢筋混泥土制成，所述检修室4在位于出水管6底部设有支撑出水管6的填筑层10，所述填筑层10由素细石混凝土制成。这样，能使井体井壁、隔墙和微粧梁具有耐冲击性，同时对设于检修室内的出水管起到支撑固定作用。
[0048]本实施例中，所述检修室4的顶部设有防坠落的安全网11，且检修室4在低于安全网11且高于填筑层10的竖直方向上并每隔一定高度设有检修平台12，检修室4顶部井盖设有检修人工，这样，能保证检修人员在进出检修室的安全并可供检修人员休息的位置，同时，该隔墙完全将井体分成跌水室和检修室，保证了检修人员停留在检修室内工作的安全系数。
[0049]本发明还提供一种应用在大流量、高跌差排水跌水的多层消能施工方法，具体包括如下步骤:
[0050]S1.开挖跌水井基坑并浇注成井体I，在井体I内浇注隔墙2，将井体I分为跌水室3和检修室4两部分，其中包括有四个分步骤:首先，按设计挖坑要求，在地面上布设跌水井位置并开挖基坑;接着，按设计配筋要求，在基坑中利用钢筋绑扎成框架结构的井壁和隔墙，且在隔墙上、下部分别预留有排气孔201和过水孔202;然后，按设计浇注要求，对制作好的钢筋结构浇注C30混凝土制成井体I和隔墙2，并在检修室4底部并与过水孔202连接的出水管6底部饶注素细石混凝土制成填筑层10;最后，按设计结构要求，在检修室4的顶部安装有防坠落的安全网11，且检修室4在低于安全网11且高于填筑层10的竖直方向上并每隔一定高度安装有检修平台12;
[0051]S2.在跌水室3井室内安装格栅消能层7，格栅消能层7包括在井室竖直方向上并位于井室上部连接的进水管5下方设置有呈等间距间隔的多个粧梁群，两相邻粧梁群在空间上呈纵横交错布置，其中包括有三个分步骤:首先，按设计结构要求，在井室内按直线或弧形布设微粧梁位置;接着，按设计配筋要求，利用钢筋绑扎成框架结构的微粧梁;然后，按设计浇注要求，从下至上分段灌注C30混凝土，完成所有微粧梁施工；
[0052]S3.在跌水室3井室下方依次填充有水力消能层8和卵石消能层9，其中包括有一个分步骤:按设计结构要求，合理布设水力消能层8和卵石消能层9的标高。
[0053]通过采用上述方案，本发明具有节地效应的多层消能施工方法，可为用地紧张、管网密集的建成区域内跌水井的设计提供参考。
[0054]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种大流量、高跌差排水跌水井，主要由井体、隔墙、跌水室、检修室、进水管和出水管组成，隔墙将井体分为跌水室和检修室两部分，跌水室包括设置在其上部的井室和下部的水力消能层，井室和水力消能层直接垂直连通，进水管与井室上部连通，其特征在于:所述井室内设有格栅消能层，所述格栅消能层包括在低于进水管的竖直方向上设置有呈等间距间隔的多个粧梁群，两相邻粧梁群在空间上呈纵横交错布置，所述出水管设于检修室内并通过隔墙下部所设的过水孔与井室下部连通，且出水管内腔底面与水力消能层顶面在同一标高上，所述隔墙的上部设有连通井室与检修室的排气孔。2.根据权利要求1所述的大流量、高跌差排水跌水井，其特征在于:所述粧梁群由单排直线分布的微粧梁组成，单排直线分布微粧梁所构成的粧梁群整体排列结构按水平或倾斜设计;或所述粧梁群由多排弧形分布的微粧梁组成，多排弧形分布微粧梁所构成的粧梁群整体排列结构按圆弧或正弦曲线设计。3.根据权利要求1所述的大流量、高跌差排水跌水井，其特征在于:所述粧梁群至少由三排微粧梁且排间呈梅花型交错排列组成。4.根据权利要求2或3所述的大流量、高跌差排水跌水井，其特征在于:所述微粧梁的断面呈方形或梯形或三角形结构。5.根据权利要求4所述的大流量、高跌差排水跌水井，其特征在于:所述微粧梁的排间距为1.5?2.5倍微粧梁外接圆直径，每排微粧梁的粧中心间距为2?3倍微粧梁外接圆直径。6.根据权利要求1所述的大流量、高跌差排水跌水井，其特征在于:所述跌水室还包括设于水力消能层下的卵石消能层。7.根据权利要求1所述的大流量、高跌差排水跌水井，其特征在于:所述井体的井壁、隔墙和粧梁群均由C30钢筋混泥土制成，所述检修室在位于出水管底部设有支撑出水管的填筑层，所述填筑层由素细石混凝土制成。8.根据权利要求7所述的大流量、高跌差排水跌水井，其特征在于:所述检修室的顶部设有防坠落的安全网，且检修室在低于安全网且高于填筑层的竖直方向上并每隔一定高度设有检修平台。9.一种多层消能施工方法，其特征在于包括如下步骤: 51.开挖跌水井基坑并浇注成井体，在井体内浇注隔墙，将井体分为跌水室和检修室两部分； 52.在跌水室井室内安装格栅消能层，格栅消能层包括在井室竖直方向上并位于井室上部连接的进水管下方设置有呈等间距间隔的多个粧梁群，两相邻粧梁群在空间上呈纵横交错布置； 53.在跌水室井室下方依次填充有水力消能层和卵石消能层。10.如权利要求9所述的多层消能施工方法，其特征在于: 所述步骤SI包括如下分步骤: Sl-1.按设计挖坑要求，在地面上布设跌水井位置并开挖基坑； S1-2.按设计配筋要求，在基坑中利用钢筋绑扎成框架结构的井壁和隔墙，且在隔墙上、下部分别预留有排气孔和过水孔； S1-3.按设计浇注要求，对制作好的钢筋结构浇注C30混凝土制成井体和隔墙，在检修室底部并与过水孔连接的出水管底部浇注素细石混凝土制成填筑层； 51-4.按设计结构要求，在检修室的顶部安装有防坠落的安全网，且检修室在低于安全网且高于填筑层的竖直方向上并每隔一定高度安装有检修平台； 所述步骤S2包括如下分步骤: 52-1.按设计结构要求，在井室内按直线或弧形布设微粧梁位置； S2-2.按设计配筋要求，利用钢筋绑扎成框架结构的微粧梁； 52-3.按设计浇注要求，从下至上分段灌注C30混凝土，完成所有微粧梁施工； 所述步骤S3包括如下分步骤: 53-1.按设计结构要求，合理布设水力消能层和卵石消能层的标高。
【文档编号】E03F5/02GK106088296SQ201610653640
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月10日 公开号201610653640.1, CN 106088296 A, CN 106088296A, CN 201610653640, CN-A-106088296, CN106088296 A, CN106088296A, CN201610653640, CN201610653640.1
【发明人】李良富
【申请人】中机中联工程有限公司