排水管道清淤与排水沟渠清淤方案说明(可研报告)

北辰区高峰路西侧雨水管道及沟渠清淤工程

方案说明

一、概述

北辰区位于天津市城北，北运河畔。东以北京排污河与宁河县相邻，东南隔金钟河、新开河与东丽区相望，南与区、红桥区相连，西南以子牙河与西青区相界，西、北均与武清县相接，南北纬宽20.8公里，最窄处柳滩村南至马庄西北14.4公里；东西经长43.2公里，最宽处东堤头村东至线河村西46.3公里。面积478.48平方公里。系天津市环城四区之一。

2012年，本市降雨异常偏多，先后出现“7·21”、“7·25”和“7·30”三场强降雨，特别是“7·25”强降雨为1984年以来同期最大降雨。全市平均降水量达735毫米，较常年同期降水偏多四成，较去年同期偏多三成。其中最大降雨量出现在北辰，大部分地区出现积水，局部积水深达2m。

针对区域在短时强降雨积水严重的现象，解决的方法一是继续加快区域排水设施的建设，二是可以通过开挖临时排水渠、打通断头河、拆除改造阻水的闸门、清疏排水管道等措施，改善城市低洼易涝地区排涝能力。

本工程雨水管道及沟渠清淤工程位于北辰区高峰路西侧约30米，北起北仓道，南至北丰产岸，工程总长约1364m。

二、设计依据及规标准

（一）设计资料依据

1.设计任务委托书（天津市北辰区水务局）；

2.北辰区地形图（北辰区水务局提供，电子版，2012年11月5日）

3.本工程清淤雨水管道平面图（北辰区水务局提供，电子版，2012年11月5日）

（二）采用的规、标准

1、《室外排水设计规》(GB50014-2006)（2011年版）

2、《堤防工程施工规》 (SL260-98)

3、《疏浚工程施工技术规》（SL17-90）

4、《建筑地基处理规》（JGJ79-2002）

5、《天津市市政工程施工技术规》（DB29-76-2004）

相关国家、行业设计规、规程及标准。

三、工程地质

（一）场地地层分布及土质特征

参考周边工程岩土勘察报告，场地地基土按成因年代可分为以下土层，现自上而下分述之：1）人工填土层（Qml）（地层编号1）

全场地均有分布，厚度0.30～2.20 m，底板标高为3.85～1.85 m，杂填土，呈杂色，松散状态，主要由建筑垃圾组成。

2）新近冲积层（Q

4

3N al）

厚度1.80～3.90 m，顶板标高为3.85～1.85 m，该层从上而下可分为2个亚层。

第一亚层，粉土 (地层编号3a)：厚度一般为0.60～1.90 m，呈褐黄色，呈稍密状态，无层理，含铁质，属中压缩性土，夹粉质粘土，天然含水量w=24.25%，孔隙比e=0.72，液性指数

I

L

=0.67。抗剪强度指标（快剪）： c=15，φ=29.76。地基土承载力特征值fak=100kPa。

第二亚层，淤泥质粘土(地层编号3b)：厚度一般为1.10～3.60 m，呈褐黄～黄褐色，软塑～流塑状态，无层理，含铁质，底部含有机质，属高压缩性土，多夹软粘土。天然含水量w=43.28%，

孔隙比e=1.23，液性指数I

L

=0.95。抗剪强度指标（快剪）： c=7，φ=2.17。地基土承载力特征值fak=80kPa。

3）全新统上组湖沼相沉积层（Q

4

3l+h）（地层编号5）

厚度1.40～4.30 m，顶板标高为0.85～-0.20 m，主要由粉质粘土组成，呈灰绿色，可偏软塑状态，无层理，含铁质，局部底部夹泥炭层，含有机质，属中压缩性土，天然含水量w=28.93%，

孔隙比e=0.83，液性指数I

L

=0.93。抗剪强度指标（快剪）： c=24.11，φ=10.83。地基土承载力特征值fak=110kPa。

4）全新统中组海相沉积层（Q

4

2m）（地层编号6）

厚度5.10～9.10 m，顶板标高为-1.35～-3.50 m，主要由粉质粘土组成，呈灰色，软塑状

态，无层理，含贝壳，属中压缩性土，天然含水量w=29.74%，孔隙比e=0.83，液性指数I

L

=0.93。抗剪强度指标（快剪）： c=17.11，φ=11.39。地基土承载力特征值fak=100kPa。

（二）地下水情况

勘察期间测得场地地下潜水水位如下：

初见水位埋深2.20～4.00m，相当于标高2.20～-0.10m。

静止水位埋深1.00～3.00m，相当于标高3.05～1.60m。

表层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化。

一般年变幅在0.50～1.00m 左右。

（三） 抗震设防烈度

根据《建筑抗震设计规》(GB50011-2010)附录A 有关规定，本场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g ，属设计地震第二组。

四、 工程任务及规模 （一） 工程现状及存在问题

本工程清淤雨水管道管径为d1000～d1800mm ，是该片区雨水主干管，但现状大部分检查井及管道淤泥都已经塞满，雨水无法正常排出，为保证排水顺利通畅，需对排污管道进行疏通、清理；

管道穿果园南道后排入现状沟渠，沟渠末端通过管道排入北丰产河。现状沟渠上口宽约10m ，下口宽约4m ，深3.5m ，水深约2m 。由于缺乏定期的维护，沟渠淤积严重，断面减小，大部分河段河底高程高于管道高程，过流能力锐减，甚至部分河段淤废，不能满足排放水量的要求。

排水终点北丰产河为城市二级河道，其功能为排沥、灌溉及景观河道。该段河道于2002年进行了疏通改造，沟渠上口宽度29m ，下口宽度15.3m ，侧堤顶高程2.00m ，河道水位1.20～1.5m 。

（二） 工程任务

本次工程任务是解决区域的管道、沟渠淤积问题，恢复已有排水设施的排水能力，打通断头的排水沟渠。

（三） 水力计算 1.雨水管道水量计算

排入本工程清淤沟渠的雨水管道有两条，管径分别为d1800mm 和d800mm ，管道的流量根据管径、水力半径、坡度及粗糙系数可按下列公式计算：

2

13

21

I R A n

Q ???=

Q ——设计流量，m 3/s ； A ——过流断面积，m 2；

n ——糙率，本工程钢筋混凝土管道取0.013，土沟渠取0.030； I ——管底坡度，d1800mm 取0.0005；d800取0.001； R ——水力半径（过水断面积与湿周的比值），m ；

经计算，d1800mm 雨水管道流量为2.57 m 3/s ；d800mm 雨水管道流量为0.42 m 3/s ，排入沟渠瞬时最大流量为2.99 m 3/s 。

2.沟渠底高程及水位计算

因排水沟渠局部已淤堵，大部分渠段渠底高程已高于进水管道高程，过流困难。为保证清淤后沟雨水顺利排入丰产河，应保证沟底高程低于进水管管底高程，同时沟水位大于丰产河常水位。

渠道水位采用反推法计算。北丰产河河道常水位为1.5m ，沟渠末端排河管长度约70m ，沿程损失计算为35mm ；出口八字局部水头损失为65mm 。为保证沟渠雨水正常排放，应保证沟渠水位不低于1.6m 。此外，工程区地下水位埋深约1m ，静止地下水位高程为2.60m 。综合以上因素，本次清淤后，沟常水位按1.6m 设计，高水位按2.6m 设计。

河底高程自起点处应不得低于管道排入口高程。经现场查看，现状河底高程比管底高程高约0.8m ，本次清淤河底高程按向下清淤0.8m 设计，即河底高程为-0.70m 。

五、 工程设计 （一） 工程围

本工程北起北仓道，南至北丰产岸。管道清淤围为北仓道至果园南道雨水管道及本工程清淤沟渠与北丰产河连通管道，清淤管道总长约1040m ；沟渠清淤围为果园南道至北丰产岸，清淤沟渠总长约324m 。

（二） 设计容

对现状d1000～d1800mm 雨水管道进行清淤、疏通，对现状沟渠进行清淤。 （三） 管道清淤 1.排水管道淤堵原因

排水管道中各种污水水流含有大量固体悬浮物，在这些物质中，相对密度大于1的固体物质，属于可沉降固体杂质，如大颗粒的泥沙、有机残渣、金属粉末等，其沉降速度与沉降量决定于固体颗粒的相对密度与粒径的大小、水流流速与流量的大小。流速小、流量大且相对密度与粒径均大的可沉降固体杂质，其沉降速度及沉降量也就大，也就是说这样的固体杂质在管道中沉积快。同时，因为管道中的流速实际上不能保持一个不变的理想自净流速或设计流速，加之管道及其附属构筑物中存在着局部阻力变化，如管道转向、管道直径的突然变大等，这些变化越大，局部阻力越大、局部水头损失也越大。因此，管道污泥沉积淤塞是不可避免的。

根据我院以往经验，排水管道的淤堵成因一般有以下几种：

1）.施工中清理不净，接口处有砂浆挤入下水道，造成下水道的沉淀和淤积，久而久之，就

会发生堵塞。

2）.建筑垃圾和生活垃圾等进入下水道，卡死管道而造成堵塞。

3）.有大量含有脂肪的污水排入管道，使排水断面减少而堵塞。

4）.雨水中大量泥沙随雨水排入雨水管道，此泥沙有道路路面的，也有绿地中泥土漫流进入的。

5）.绿化中一些植物的须根伸入管道，以及菌类植物在管道中的生长，久之形成堵塞。

2.排水管道疏通措施分析

城市排水管道清通养护的方法主要分为两大类别：清洗和疏通。

1）.城市排水管道清通养护中清洗的原理：即用人为的方法，提高管道中的水头差、增加水流压力、加大流速和流量来清洗管道的沉积物，这就是说，用较大流速来分散或冲刷掉管道中污水可推移的沉积物，用较大流量挟带输送污水中可沉积的悬浮物质。清洗这一类别中包括的城市排水管道清通养护的方法有：水力冲洗、机械冲洗。

2）.当管道淤泥沉积物过多甚至造成堵塞时，清洗的方法就不能解决了，这时必须对管道使用疏通掏挖来清除积泥堵塞物。城市排水管道清通养护中疏通的原理：即用机械直接作用于沉积物，使其松动被污水挟带输送或直接人工清除出管道。疏通这一类别中包括的城市排水管道清通养护的方法有：人力疏通、竹片（玻璃纤维竹片）疏通、绞车疏通、钻杆疏通。

排水管道常用清通方法

由上述已知，城市排水管道清通养护的方法有：水力冲洗、机械冲洗、人力疏通、竹片（玻璃钢竹片）疏通、绞车疏通、钻杆疏通。其特点及适用围分别如下：

1.水力冲洗

管道水力冲洗的施工方法为：在管道上游选择合适的检查井为临时集水的冲洗井，用管塞子或橡胶气堵等堵塞下游管道口，当上游管道水位上涨到要求高程，形成足够的水头差后，快速去除管塞或气堵，释放水头差，让大量的水流利用水头压力，以较大的流速来冲洗中下游管道。

管道水力冲洗的适用条件：

1).有充足的水量；

2）.管道具有良好的坡度；

3）.管道断面与积泥情况相互适应；

4）．管径为Φ200～Φ600的管道断面，具有最佳冲洗效果。

管道水力冲洗的限制：管道水力冲洗需要人为的加大管道污水的流速流量，使之超过管道的设计流速和流量，才有实际意义。下表列举各种粒径的泥砂在水中产生移动时所需的最小流速：

水力清通示意图

2.机械冲洗

管道机械冲洗的施工方法为：利用机械装置，产生高压射流冲洗管道，使上游管道的沉积物

松动，成为可移动的悬浮物质，被水流挟带输送到下游管道所修建的沉泥井中，最后利用真空吸泥车将沉泥井的集泥吸出外运。

管道机械冲洗的适用条件：各种管径管道断面均可使用。

管道机械冲洗的限制：需预先在装置中储存足够量的水。

正在作业中的吸泥车

3.人力疏通

管道人力疏通的施工方法就是指：人员在保障安全的前提下，进入检查井对管道进行疏通掏挖。管道人力疏通的适用条件：通风良好，且上下游汇入水源无散溢性有毒气体排放。管道人力疏通的限制：人员严格遵守井下操作规程、严禁进入管道疏通掏挖。本方法在实际工作中应尽可能避免使用。

4.竹片（玻璃钢竹片）疏通

管道竹片（玻璃钢竹片）疏通的施工方法为：利用天然竹片或玻璃钢竹片的韧性和硬度，人工使其穿入管道，顶推淤积阻塞部位或扰动沉积泥，达到疏通的目的。

管道的竹片（玻璃钢竹片）疏通适用条件：管顶距地面不超过2米。

管道的竹片（玻璃钢竹片）疏通的限制：推力小、竹片截面积小，扰动积泥有限。

5.绞车疏通

管道绞车疏通的施工方法为：在需要疏通的管道上下游紧邻的两个检查井旁，分别设置一辆绞车，利用竹片或穿绳器将一辆绞车的钢丝绳牵引到另一绞车处，在钢丝绳连接端连接上通管工具，依靠绞车的交替作用使通管工具在管道中上下刮行，从而达到松动淤泥、推移清除、清扫管道的目的。

管道绞车疏通的适用条件：预先能通过竹片或穿管器的管道。

管道绞车疏通的限制：1.不能单独使用，必须借助竹片或穿管器；2.不同管径要使用其相应规格的通管工具。

6.钻杆疏通

管道钻杆疏通的施工方法是：利用可弯曲的弹簧节杆，加以不同形式的钻头，由驱动装置驱使弹簧节杆转动，从而带动钻头钻动，与淤塞部位作用、顶推淤积，达到疏通管道的目的。

管道钻杆疏通的适用条件：管道埋深小，井口大，不影响钻杆运行。

管道钻杆疏通的限制：施工进度缓慢。

管道清理机

（四）本工程管道清淤方法

城市排水管道清通养护施工时，具体采用哪一种单一或综合方法，必须根据当地构筑物实际情况、管径大小、管道存泥状况和设备条件而定。

当管道淤泥沉积物较少，管径较小时，采取水力冲洗和机械冲洗均可：采用水力冲洗，对施工场地要求少，施工成本低，但用水量大；采用机械冲洗，要求施工场地需能停放施工装置，施工成本稍多，但用水量相对较少。当管道淤泥沉积物较多时，可以采用单独的机械冲洗、机械冲洗配合绞车疏通、竹片（玻璃钢竹片）疏通配合绞车疏通等方法：单独的机械冲洗省时省人工，但管径稍大时，清洗效果不彻底；机械冲洗配合绞车疏通，清通效果最好，省人工，但用时稍长，施工成本较高；竹片（玻璃钢竹片）疏通配合绞车疏通，清通效果较好，施工成本较低，需较多人工，且用时较长。若管道淤塞较轻，可采取机械冲洗和竹片（玻璃钢竹片）疏通两种方法，施工成本低，见效快；若管道淤塞较重，可采取钻杆疏通的方法，但钻杆疏通用时长，需较多人工，且需要管道埋深较浅。

本工程清淤雨水管道管径为d1000～d1800mm，根据调研资料，管道淤泥深度约0.5m，管道淤堵较严重。

雨水管道淤泥断面图

综合考虑本工程实际情况及以上几种排水管道清淤方法，建议本工程雨水管道清淤采用机械冲洗配合绞车疏通。

（五） 沟渠清淤 1.清淤设计原则

1).恢复沟渠排水功能，满足设计流量。

2).工程设计中综合考虑经济、工程安全及施工便利因素。 3).满足跨河桥梁的安全运行要求。 2.清淤方案 1).沟渠平面

清淤后沟渠中心线基本与原沟渠一致。 2).沟渠纵断

沟渠纵断坡降值应满足沟渠不冲不淤流速要求，针对工程区域地质情况，沟渠的不冲不淤流速一般为0.5～1.0m/s 。

河底高程按向下清淤0.8m 计算，通过前述明渠均匀流公式试算，主要计算成果如下：

计算公式 21

32

1

I R A n

Q ???=

糙率

n

过流面积

A 坡比i 流量Q 流速v 0.030

12.99 1/5000 7.56 0.62 12.99

1/6000 6.83 0.53 12.99 1/7000 5.97 0.48 17.13 1/5000 10.33 0.68 17.13

1/6000

9.77

0.57

17.13 1/7000 8.84 0.49

324m ，起点至终点坡降值为54mm 。

3).沟渠断面

方案一：维持现状沟渠宽度，即在不增加渠道上口宽度的情况下，河底下挖0.8m ，沟渠边坡保持不变。

方案二：拓宽渠道宽度，即在地形条件允许的条件下，沟渠上口线各向外扩1m ，河底下挖0.8m ，沟渠边坡变缓，河底保证宽度不小于4m 。

4.方案比较

方案一断面保证了现有的沟渠上口宽度不变，仅对河底进行了清淤浚深，未产生新的占地。

清淤后沟渠水位为1.6m时，过流量为6.83m3/s，流速为0.53m/s，满足管道排放要求，而延米清淤工程量仅为2.65m3。该方案可有效解决渠道淤堵问题，投资低，但施工时因渠底宽度较窄，机械作业面狭小，施工不便。

方案二断面维持下口宽度不变，对沟渠边坡放缓，两岸各向外扩展占地1m。清淤后沟渠水位为1.6m时，过流量为9.77m3/s，流速为0.57m/s，满足管道排放要求，延米清淤工程量为9.9m3。该方案虽然增加了占地，但河底宽度未变，施工作业面宽裕，且边坡放缓，更有利于渠道的边坡安全，但投资相对较高。

本工程沟渠长度324m，作业标段相对较短，工程规模较小。虽然方案一施工难度稍大，但工程量仅为方案二的1/4。综合比较，本次设计采用方案一断面为清淤实施断面。

5.边坡稳定计算

1).计算方法

参考前述地质勘察资料，对该渠段进行边坡稳定分析计算。计算采用瑞典圆弧法进行边坡整体抗滑稳定计算，采用的电算程序《理正边坡稳定分析软件》进行整体稳定计算；

计算公式为：

K=∑{C’bsecβ＋[(W

1+W

2

)cosβ-(μ-Zγ

w

)bsecβ]tgφ’}/∑[ (W

1

+W

2

) sinβ]

式中：

b—条块宽度(m)；

W—条块重力W= W

1+W

2

+b Zγ

W

(kN)；

W

1

—在堤坡外水位以上的条块重力(kN)；

W

2

—在堤坡外水位以下的条块重力(kN)；

Z—堤坡外水位高出条块底面中点的距离(m)；

μ—稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙水压力(kPa)；

β—条块的重力线与通过此条块底面中心的半径之间的夹角(°)；

γ

w

—水的重度(kN/ m3)；

C’、φ’——土的抗剪强度指标(kN/ m2、°)。

2).计算参数及结果

本工程沟渠上口及下口宽度均较小，渠道规模较小，设计计算时安全标准可参照《堤防工程设计规》中相关规定。由于该沟渠无防洪功能，且边坡破损后无严重危害，设计计算时将沟渠定为5级堤防，边坡稳定计算安全系数应满足5级堤防控制标准值。

3).计算工况

a正常情况堤坡稳定计算容:

工况Ⅰ：设计水位1.6m；

b非常情况堤坡稳定计算容:

工况Ⅱ（施工期的临水侧堤坡）：渠无水，坡地下水水位高于渠底0.5m；

工况Ⅲ（水位骤降）: 渠水位由2.6m骤降至常水位1.6m；

工况Ⅳ（正常水位+地震）：渠水位为1.6m时，7度地震；

经计算：各工况边坡稳定安全系数如下：

6.工程施工

1).清淤方法

工程清淤一般分干场作业和水上作业两种施工方式。若采用绞吸式挖泥船清淤、泥浆泵泵送的施工方法，需要沿河两岸应有集中的、大面积的坑塘或空地，以便设置吹泥场，但现场情况不能满足要求，则该方案不可行；河道较窄不满足采用抓斗式挖泥船清淤、泥驳运输的施工方法的要求，该方案亦不可行。

经分析拟定清淤工程采用干场作业，1m3挖掘机开挖，倒运1次装10t自卸汽车运至堆泥场的施工方法。施工所需的机械设备种类较少，工作程序简单，投资比较合理。

堆泥场应就近选择废弃坑塘，坑塘位置由建设单位与相关政府部门协调解决。

2).口门封堵

为保证干场作业，施公前应将沟渠起点及终点处进出口口门的闸门关闭。若进出水口无闸