排洪沟工程设计说明.docx

3 排洪工程设计方案开县是四川盆地东部地区的一部分，山体较多，中原和木桥小区背后（南侧）有一山体。由于山体地形坡度大，积水时间短，洪水历时也不长，一到雨季，大量山洪水排泄而下，水流急，流势猛，且水流中还夹带着砂石等杂质，冲刷力大，容易使山脚下小区受到破坏而造成严重损失。为了尽量减少洪水造成的危害，保护山脚下居民的生命财产安全，必须要认真做好防洪规划，拟在山坡上新建一条排洪沟，拦截山洪，将山洪引出居住区，排入附近水体中。3.1 设计原则（1）排洪工程的设计应充分考虑小区旁边山洪现状，切实解决山洪对小区造成的危害和隐患。 （2）排洪工程的设计应与原有的DN1200市政水泥涵管结合起来，使山洪能够顺利流入市政管道。 （3）为减小对市政管道的堵塞，应考虑设置沉砂设施。3.2 设计依据：1、城市防洪工程设计规范(CJJ50-92)2、城市防洪标准GB50201-943、室外排水设计规范GB50014-2006；4、混凝土结构设计规范GB50010-2002；5、公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004；6、市政排水管渠工程质量检验评定标准CJJ3-907、砌体结构设计规范（GB5003-2001）8、砼结构设计规范（GB50010 -2002）9、实测地形图。3.3 排洪沟设计要点（1）排洪沟应尽量利用原有山洪沟，必要时可作适当整修原有山洪沟是山洪若干年来冲刷形成的，其形状、底板都比较稳定，因此应尽量利用原有的天然沟道作排洪沟。当利用原有沟不能满足设计要求而必须加以整修时，应注意不宜大改大动，尽量不要改变原有沟道的水力条件，而要因势利导，畅通下泄。（2）排洪沟应尽量利用自然地形坡度排洪沟的走向，应沿大部分地面水流的垂直方向，因此应充分利用地形坡度，使截流的山洪水能以最短距离重力流入受纳水体。（3）排洪沟采用明渠或暗渠应视具体条件确定一般排洪沟最好次用明渠，但当排洪沟通过市区或厂区时，由于建筑密度较高、交通量大，应采用暗渠。（4）排洪沟纵坡的确定排洪沟的纵坡应根据地形、地质、护砌、原有排洪沟坡度以及冲淤情况等条件确定，一般不小于1%，设计纵坡时，要使沟内水流速度均匀增加，以防止沟内产生淤积。当纵坡很大时，应考虑设置跌水或陡槽，但不得设在转弯处。一次跌水高度通常为0.20.6m，有的多达2030级，消能效果很好。陡槽页称急流槽，纵坡一般为20%60%，多采用片石、块石或条石砌筑，也有采用钢筋混凝土浇筑的。陡槽终端应设消力设备。（5）排洪沟的断面形式排洪明渠的断面形式常用矩形或梯形断面，最小断面BH=0.4m0.4m排洪沟的材料及加固形式应根据沟内最大流速、当地地形及地质条件、当地材料供应情况确定。（6）排洪沟的设计流速为了防止山洪冲刷，应按流速的大小选用不同材质的沟底沟壁。明渠最小流速为0.4m/s，但水深为0.41.0m时，排水明渠的最大流速应按下表规定取值。表3-1 明渠最大设计流速明渠类别最大设计流速（m/s）粗砂或低塑性粉质粘土0.8粉质粘土1.0粘土1.2草皮护面1.6干砌块石2.0浆砌块石或浆砌砖3.0石灰岩和中砂岩4.0混凝土4.0（7）排洪沟的其他规定明渠和盖板渠的底宽，不宜小于0.3m。无铺砌的明渠边坡，应根据不同的地质按表3-2的规定取值；用砖石或混凝土铺砌的明渠可采用1:0.751:1的边坡。表3-2 明渠边坡值地质边坡粉砂1:31:3.5松散的细砂、中砂和粗砂1:21:2.5密实的细砂、中砂、粗砂或粘质粉土1:1.51:2粉质粘土或粘土砾石或卵石1:1.251:1.5半岩性土1:0.51:1风化岩石1:0.251:0.5岩石1:0.11:0.253.4 排洪沟设计计算3.4.1 设计防洪标准在进行防洪工程设计时，首先要确定洪峰设计流量，然后根据该流量拟定工程规模。为了准确、合理地拟定某项工程规模，需要根据该工程的性质、范围以及重要性等因素，选定某一频率作为计算洪峰流量的标准，称为防洪设计标准。实际工作中一般常用重现期衡量设计标准的高低，即重现期越大，则设计标准越高，工程规模也就越大；反之，设计标准低，工程规模小。根据我国现有山洪防治标准及工程运行情况，山洪防治标准见表3-3。表3-3 山洪防治标准工程等别防护对象防洪标准频率（%）重现期（a）二大型工业企业、重要中型企业2150100三中小型工业企业522050四工业企业生活区1051020本设计中主要防护对象为山坡下居民生活区，因此本设计重现期取25年，频率为4%。3.4.2 设计洪峰流量的计算排洪沟属于小汇水面积上的排水构筑物。一般情况下，小汇水面积没有实测的流量资料，所需的设计洪水往往用实测暴雨资料间接推求。并假定暴雨与其所形成的洪水流量同频率。同时考虑山区河沟流域面积一般只有几平方公里至几十平方公里，平时水小，甚至干枯；汛期水量急增，急流快。目前我国设计洪峰流量的计算主要有三种方法：洪水调查法、推理公式法及经验公式法。本设计采用经验公式法计算洪峰流量。常用的经验公式计算方法有：一般地区性经验公式、公路科学研究所经验公式、第二铁路设计院等值线法、第三铁路设计院计算方法。本设计采用公路科学研究所经验公式:Q=KFn (3-1)式中：Q设计洪峰流量（m3/s）;F流域面积（km2）;K径流模数，按表3-1采用;n面积参数，当F1km2时，n=1；当1F10km2,按表3-2取值。表3-1 径流模数K值重现期（a）地区华北东北东南沿海西南华中黄土高原28.18.011.09.010.05.5513.011.515.012.014.06.01016.513.518.014.017.07.51518.014.619.514.518.07.72519.515.822.016.019.68.5注：重现期50a时，可用25a的K值乘以1.20。表3-2 面积参数n值地区华北东北东南沿海西南华中黄土高原n0.750.850.750.850.750.80注：当F1km2时,n=1，其中新疆、西藏及西北部分地区，以及台湾省，南海诸岛，由于缺乏资料，K值及n值待补。本工程位于开县，属于西南地区，且汇水面积小于1 km2，重现期设计为25年，因此径流模数K=16，面积参数n=1。中原小区A线排洪沟的汇水面积为50000m2，设计洪峰流量QA=KFn=165000010-6=0.8m3/s 木桥小区B线排洪沟的汇水面积为45000m2，设计洪峰流量QB=KFn=164500010-6=0.72m3/s3.4.3 排洪沟水力计算 排洪沟水力计算基本公式：（1） 流量公式：Q=AV（3-2）（2）管道流速计算：V=1nR23I12（3-3）式中：V流速（m/s）；R水力半径（m）；i水力坡度；n粗糙系数。将公式（3-3）代入（3-2），得：V=1nR23I12（3-4）Q=1nAR23I12（3-5）式中：A过水断面面积（m2），其他参数意义同前。公式中的过水断面A和湿周的求法为：对于梯形断面：A=Bh+mh2（3-6）=B+2h1+m2（3-7）式中：h水深（m）; B底宽（m）； m沟侧边坡水平宽度与深度之比； n沟壁粗糙系数。矩形断面：A=Bh（3-8）=B+2h（3-9）本设计排洪沟主要截留小区旁边山上的雨洪，并最终收集后排入市政排洪管道中。排洪沟依山上的地势而建，排洪沟表面与坡面相平，由于山体坡度较大，因此采用钢筋混凝土的结构，同时采用稳定性好的梯形截面。A线排洪沟计算：设定梯形明渠的底宽为1m，边坡1：m=1：0.5，有效水深H=0.7m，超高取0.3m，则达到设计水深时的过水断面面积和湿周分别为： A=Bh+mh2=10.7+0.50.70.7=0.945m2（3-6） =B+2h1+m2=1+20.71+0.52=2.565m（3-7）水力半径R=A/=0.945/2.565=0.368m山坡上的雨洪沿线收集后汇入山脚段排洪沟，经沉砂池沉淀后排入市政主管，因此山脚段排洪沟的最大流量即为洪峰流量QA=0.8m3/s。该山坡的坡脚处地势最缓，则该段排洪沟的坡度最小，坡度为0.023，钢筋混凝土明渠的粗糙系数为0.014，则该段排洪沟的最大输送能力为：Q=1nAR23I12=0.9450.368230.023120.014=4.9m3/s（3-5）可以看出，采用该断面尺寸的排洪沟完全可以满足最大洪峰时的排水量需要，考虑长期运行会有大量泥沙沉积而使排洪沟有效断面变小等因素，采用底宽为1m，边坡1：m=1：0.5，有效水深H=0.7m，超高0.3m的钢筋混凝土梯形明渠是合适的。由于山脚段地势最缓，排洪沟的设计坡度最小，需要输送的洪水量最大，而其他段的设计坡度更大，需要输送的洪水量更小，因此在其他段采用该断面尺寸的排洪沟也是完全可以满足要求的。因此，A线排洪沟的设计尺寸为：底宽1m，边坡1：0.5，有效水深0.7m，超高0.3m，采用钢筋混凝土结构。B线排洪沟的洪峰流量QB=0.72m3/s，小于A线排洪沟的洪峰流量，而且B线排洪沟的坡度比A排洪沟的坡度更大，因此设计采用与A线排洪沟相同的尺寸和结构。3.5沉砂池设计：沉砂池主要用于去除相对密度2、65、粒径0.2mm以上的砂粒，在本工程中主要去除随山洪带来的泥砂，将其沉淀下来之后再排入市政管道，避免堵塞市政管道，同时对于山上的雨洪进行一定的缓冲，起到消能的作用。沉砂池的进水端与排洪沟连接，出水端采用DN1200钢筋混凝土管，并最终与原市政DN1200水泥涵管对接。沉砂池的形式，按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式和旋流式三种；按池型可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流式沉砂池。平流式沉砂池是常用的形式，水在池内沿水平方向流动，具有构造简单、截留无机颗粒效果较好的优点。本设计拟采用平流式沉砂池。由于该沉砂池处理的是山上的雨洪，砂量较大，且随雨天间歇运行，因此只需要待砂斗装满，不定期排砂即可。本设计采用吸砂泵不定期进行排砂，吸砂泵不置于现场，需要时运至现场使用即可。平流式沉砂池的设计规范为：1、 最大流速为0.3m/s;2、 最大流量时停留时间不小于30s，一般采用3060s。A线沉砂池计算：1、 长度：设计采用最大流速为0.2 m/s，最大流量时停留时间为40s，则L=vt=0.240=8m2、 断面尺寸：A=Q/v=0.8/0.2=4m2，设宽度为4m，则水深为1m，砂斗的高度设为1m，考虑到管道连接及超高，设计沉砂池总高度为3m。则A线沉砂池的净尺寸为长宽高= 8m4m3m，采用钢筋混凝土结构。考虑到吸砂泵能更好的清除泥砂，在沉砂池的底部设砂斗，砂斗的高度为1m，下底尺寸为1m1m，上口尺寸为4m4m，倾角为43度。B线排洪沟的洪峰流量为0.72m3/s，接近A线洪峰流量，因此采用相同尺寸和结构的沉砂池。3.6 结构设计