1、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
2、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
3、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
4、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
5、 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 203 0 级 ， 消 能 效 果 很 好 。 陡槽 页 称 急 流 槽 ， 纵 坡 一 般 为 20%6 0%， 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
6、 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
7、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
8、 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
9、 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 准防
10、 洪 标 准工 程 等 别 防 护 对 象频 率 （ %） 重 现 期（ a）二 大 型 工 业 企 业 、 重 要 中 型 企 业 21 50100三 中 小 型 工 业 企 业 52 2050四 工 业 企 业 生 活 区 105 1020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
11、 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
12、 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（m 3/s）;F流域面积（km 2）;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 值地 区重 现 期（ a） 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
13、 10.0 5.55 13.0 11.5 15.0 12.0 14.0 6.010 16.5 13.5 18.0 14.0 17.0 7.515 18.0 14.6 19.5 14.5 18.0 7.725 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 F1km2时 ,n=1， 其 中 新 疆 、 西 藏 及 西 北 部 分地
14、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=1650000106=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=1645000106=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
15、算：（3-3）=12312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）=12312（3-5）=12312式中：A过水断面面积（m 2） ，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：（3-6）=+2（3-7 ）=+21+2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）=+2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
16、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）=+2=10.7+0.50.70.7=0.9452（3-7）=+21+2=1+20.71+0.52=2.565水力半径 =/=0.945/2.565=0.368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，=0.8m3/s坡度为 0.023，钢筋混凝土明渠的粗糙系数为 0.014，则
17、该段排洪沟的最大输送能力为：（3-5）=12312=0.9450.368230.023120.014=4.93/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
18、，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=0.72m3/s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
19、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=0.2 40=8m2、 断面尺寸：A=Q/v=0.8/0.2=4m 2，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
