排洪沟工程设计说明.docx
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排洪沟工程设计说明
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》GB50201-94
3、《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》JTGD60-2004;
6、《市政排水管渠工程质量检验评定标准》CJJ3-90
7、《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0.2~0.6m,有的多达20~30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B×H=0.4m×0.4m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0.4~1.0m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:
0.75~1:
1的边坡。
表3-2明渠边坡值
地质
边坡
粉砂
1:
3~1:
3.5
松散的细砂、中砂和粗砂
1:
2~1:
2.5
密实的细砂、中砂、粗砂或粘质粉土
1:
1.5~1:
2
粉质粘土或粘土砾石或卵石
1:
1.25~1:
1.5
半岩性土
1:
0.5~1:
1
风化岩石
1:
0.25~1:
0.5
岩石
1:
0.1~1:
0.25
3.4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
2~1
50~100
三
中小型工业企业
5~2
20~50
四
工业企业生活区
10~5
10~20
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:
(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F<1km2时,n=1;当1 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 2 8.1 8.0 11.0 9.0 10.0 5.5 5 13.0 11.5 15.0 12.0 14.0 6.0 10 16.5 13.5 18.0 14.0 17.0 7.5 15 18.0 14.6 19.5 14.5 18.0 7.7 25 19.5 15.8 22.0 16.0 19.6 8.5 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 n 0.75 0.85 0.75 0.85 0.75 0.80 注: 当F<1km2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1km2,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 木桥小区B线排洪沟的汇水面积为45000m2,设计洪峰流量 3.4.3排洪沟水力计算 排洪沟水力计算基本公式: (1)流量公式: Q=A×V(3-2) (2)管道流速计算: (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: (3-4) (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χ的求法为: 对于梯形断面: (3-6) (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) (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: (3-6) (3-7) 水力半径 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 。 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: (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 ,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30~60s。 A线沉砂池计算: 1、长度: 设计采用最大流速为0.2m/s,最大流量时停留时间为40s,则L=vt=0.2 40=8m 2、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=8m×4m×3m,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1m×1m,上口尺寸为4m×4m,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
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