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        遼陽市城市污水處理排水干渠改造設計

        2013-11-08 08:20:32孫貴軍
        黑龍江水利科技 2013年2期
        關(guān)鍵詞:遼陽市縱斷面干渠

        陳 妍,孫貴軍

        (1.燈塔市水務局,遼寧燈塔111300;2.錦州北鎮(zhèn)市水土保持站,遼寧北鎮(zhèn)121300)

        1 遼陽市污水廠排水干渠現(xiàn)狀

        隨著遼陽市城市規(guī)模的擴大及近年來遼陽地區(qū)降水量加大,排水量大幅增加,造成排干排水能力不足;加上附近農(nóng)戶公民意識較差,隨意亂倒垃圾,擠占渠道,造成渠道斷面縮小,過水能力不足和排水不暢,給城區(qū)和沿渠居民帶來很大的損失和不便,工程改造迫在眉睫。

        排水干渠形成于20世紀70年代,上段為遼陽市排水干渠城市段,起點在遼陽市城市排干排水泵站出口,終點為南排干與柳壕河交匯排水出口,全長3 900.00 m。為土渠梯形斷面,渠底寬平均6.00 m,上口寬10.00 m,沿途跨渠道有9座橋梁,渠道為灘槽分明的復式河槽。

        2 排水干渠工程

        本工程主要為渠道襯砌工程,總長3 900.00 m。樁號0+000至3+900,渠底凈寬8.00 m;柳壕河出口處兩側(cè)設置長度為40.00 m鋼筋混凝土護坡。在交通橋前后設置了漸變段。漸變段橋前后各10.00m與橋?qū)掜樈?。縱斷面比降采用1/1 800;橫斷面采用重力式素混凝土墻為邊坡,素混凝土底板的結(jié)構(gòu)形式。具體為,墻頂寬為0.30 m,底寬1.80 m,墻高2.76 m,底板截面厚度0.15 m,渠道凈寬8.00 m,墻背填土高與墻頂持平。

        根據(jù)南排排水量為9.30 m3/s,北排排水量為8.00 m3/s,污水流量2.00 m3/s,稻田泄水量為4.00 m3/s,合計流量23.30 m3/s。

        遠期南排流量18.50 m3/s,污水流量3.00 m3/s,稻田泄水量為3.00 m3/s,合計流量24.50 m3/s。所以取設計流量為24.50 m3/s。

        改造后的排水干渠過水斷面為矩形素混凝土斷面,糙率取為0.016。此工程主要為渠道襯砌工程,主要任務是保證排水干渠過流通暢,增大排水能力、護坡、固腳和減糙為主。

        3 渠道斷面

        根據(jù)確定后的渠道設計流量24.50 m3/s,進行渠道斷面設計,要求渠道有足夠的水位,保證渠道有足夠的過水能力和穩(wěn)定的渠床,及時通過設計流量,保證城市排水要求。

        3.1 渠道縱斷面

        1)排水干渠控制水位推求。以污水廠出口處水位為控制水位,向下推求,沈大高速橋下排水泵站出口處水位為15.92 m。

        按照排水渠道設計的兩種典型流量,即渠道設計流量、渠道最小流量,對南排干渠進行水位推求。

        2)干渠縱斷面的水位銜接。一般銜接位置在入水口或橋處,為了保證水流平順,需修建足夠的漸變段。

        3)縱斷面的繪制。根據(jù)渠道縱斷面設計成果,集中反映在縱斷面圖上,可作為渠道施工放樣,計算土方量之用。

        3.2 渠道橫斷面

        根據(jù)現(xiàn)場情況,由于干渠(沈大高速橋~沙嶺臺村段)左岸為106省道,右岸為村莊和農(nóng)田,斷面很小,為了更大限度地擴展過水斷面和保證過水能力,斷面形式選用矩形斷面。

        3.2.1 斷面尺寸的確定

        按照已確定的渠道設計流量,通過水力計算,確定渠道的斷面尺寸。采用明渠均勻流基本公式計算,即:

        式中:Q為渠道設計流量;ω為渠道過水斷面面積;R為水力半徑,m;i為水面比降,在均勻流中與渠底比降一致;C為謝才系數(shù),一般用曼寧公式C=1/nR1/6,n為渠床糙率。

        3.2.2 渠床造率的選擇

        渠床糙率n值的選擇,應盡量符合或接近渠床的糙率0.016。

        3.2.3 渠道的邊坡系數(shù)m的選擇改造后的排水干渠為矩形斷面,m=0。排水干渠水利要素表見表1。

        表1 排水干渠水利要素表

        4 襯砌形式

        4.1 橫斷面選取原則

        排水干渠兩側(cè)地面與渠底高差在2.00~3.50 m,渠底臨近或低于地下水位,右側(cè)水田的旁滲水大部分時間處于補給渠道狀態(tài),自然渠坡在揚壓力和沖刷力作用下,造成了坍塌破壞,冬季渠道屬于強凍脹,在春融期,渠道邊坡經(jīng)常出現(xiàn)凍融滑塌,致使過水斷面逐漸較小;附近農(nóng)戶隨意亂倒垃圾,擠占渠道,造成渠道斷面進一步縮小,加劇了過水能力不足的問題。另外,比降不夠、水草滋生、流速減慢也是造成排水不暢的重要原因。

        4.2 襯砌方案

        4.2.1 基本資料

        采用重力式素混凝土墻為邊坡,素混凝土底板的結(jié)構(gòu)形式。具體為:墻頂寬為0.30 m,底寬1.80 m,墻高2.76 m,底板截面厚度0.15 m,渠道凈寬8.00 m(地勘沒有發(fā)現(xiàn)地下水,但考慮到排干右岸水田的因素故取該值),考慮最不利情況墻前水深0.00 m,土的內(nèi)摩擦角13°,素混凝土強度等級采用C20。

        根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》[1](SL 191一2008)及SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》[2]規(guī)定,對于2級、3級水工建筑物,荷載基本組合時素混凝土受彎構(gòu)件承載力安全系數(shù)為K=2.00,C20混凝土軸心抗拉強度設計值為1.54 N/mm2。

        4.2.2 結(jié)構(gòu)計算

        本工程主要對重力式擋土墻護坡進行安全驗算。由于擋土墻邊坡中間為0.15 m厚的渠道底板,起到簡支梁作用,能夠減小墻土滑動對墻體的影響,因此主要進行墻土的抗傾穩(wěn)定計算。

        擋土墻幾何尺寸:頂寬為0.30 m,底寬1.80 m,墻高2.16 m,前趾高0.60 m,前趾長0.80 m,后趾高0.60 m。

        基本計算參數(shù):土壤飽和容重2.26 kN/m3,土壤容重1.95 kN/m3,土壤干容重1.55 kN/m3,土壤內(nèi)摩擦角 13°,土 壤 摩 擦 系 數(shù) 0.31,混 凝 土 密度2.45 kN/m3。

        經(jīng)計算擋土墻抗傾安全系數(shù)為1.82>1.5,偏心距為0.43<B/4=0.45。所以該擋土墻安全。

        4.3 襯砌結(jié)構(gòu)形式

        如上分析,采用重力式素混凝土墻為邊坡,素混凝土底板的結(jié)構(gòu)形式。具體為:墻頂寬為0.30 m,底寬1.80 m,墻高2.76 m,底板截面厚度0.15 m,渠道凈寬8.00 m,渠底后0.15 m。為了預防發(fā)生危險,矩形槽內(nèi)墻兩側(cè)設置 φ14預埋鋼筋扶梯,間距為20.00 m。

        4.4 鋼筋混凝土護坡結(jié)構(gòu)形式

        護坡墻身高3.45 m,基礎埋深1.20 m,采用C20混凝土,鋼筋采用2級鋼筋,基礎底部設10 cm厚砂墊層。

        5 結(jié)論

        排水干渠改造工程的實施,既能改善和緩解遼陽市城市排干排水能力不足問題,同時又能改善沿渠居民的生產(chǎn)生活條件,保障沿河人民的生命財產(chǎn)安全,因此建設此工程是十分必要的,污水處理排水干渠改造工程設計為工程建設提供了寶貴依據(jù),為工程建設打下了堅實的基礎。

        [1]水利部長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設計研究院.SL191—2008水工混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2008.

        [2]長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設計研究院.SL2252—2000水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].北京:中國水利水電出版社,2000.

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