排洪沟工程设计说明

精心整理精心整理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》JTGD60-2004；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）精心整理精心整理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）排洪沟的断面形式精心整理精心整理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1:0.1～1:0.253.4排洪沟设计计算3.4.1设计防洪标准精心整理精心整理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2～150～100三中小型工业企业5～220～50四工业企业生活区10～510～20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:精心整理精心整理(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：精心整理精心整理（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）精心整理精心整理（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。精心整理精心整理因此，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=0.240=8m精心整理精心整理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