任 燁

（河南靈捷水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司，河南 南陽 473000）

1 工程概況

南陽市月季園東園面積44 hm2，園區(qū)澇水通過北側(cè)水系排入月季大道市政雨水管道；月季大道雨水管道設(shè)計(jì)流量不足以容納東園排澇流量，雨季存在排澇安全隱患，將給園區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重影響。為此，南陽市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)啟動(dòng)“南陽市月季園東園應(yīng)急排水及白桐干三支渠恢復(fù)工程”項(xiàng)目。

以下就北側(cè)出水口工程、東側(cè)排水溝、排水涵及東溝橋涵工程等五部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開分析研究。

2 北側(cè)出水口工程設(shè)計(jì)

2.1 北側(cè)出水口布置

北側(cè)出水口由連接段、泄水閘、倒虹吸組成。泄水閘前采用連接段與東園北側(cè)水系相連，連接段長3.72 m。泄水閘采用液壓壩型式，壩長3 m，壩高1.10 m，C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。泄水閘后接倒虹吸，長124 m，采用頂管型式，管材為DN2000C50鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)管，壁厚0.20 m。工作井布置在倒虹吸出口處，采用鋼板樁支護(hù)；接收井布置在倒虹吸進(jìn)口處，采用沉井法施工。倒虹吸出口工作井后采用Mu60M7.5漿砌石扭面與現(xiàn)狀排水溝相接。扭面段長4 m，底寬由4 m漸變?yōu)? m。

2.2 倒虹吸水力計(jì)算

2.2.1 倒虹吸管徑計(jì)算

2.2.2 倒虹吸管輸水能力復(fù)核

2.2.3 倒虹吸總水頭損失

選定公式：hw=（Σξ+λL/D），經(jīng)計(jì)算為0.13 m。

2.3 工作井設(shè)計(jì)

2.3.1 工作井深度計(jì)算選定

按《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》公式H=hs+D1+h：，工作井深度經(jīng)計(jì)算為6.50 m，結(jié)合地形綜合設(shè)計(jì)工作井頂高程125.80 m，取底板面高程118.50 m，即工作井深7.30 m。

2.3.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

①鋼板樁強(qiáng)度計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，鋼板樁邊緣正應(yīng)力為75 145.60 kPa，鋼板樁抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值265 000.00 kPa。σ<［σ］，樁身強(qiáng)度滿足要求。②抗傾覆計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，ke=1.78>1.2，抗傾覆滿足要求。③整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。按瑞典條分法總應(yīng)力法公式：經(jīng)計(jì)算ks=2.00>1.3，整體穩(wěn)定滿足要求。④墻底抗隆起計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，Kq=4.85>1.60，滿足要求。⑤坑底抗隆起計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，KL=2.27>1.90，滿足要求。

2.4 接收井設(shè)計(jì)

接收井采用矩形C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。尺寸為4 m×4.50 m（長×寬）。按公式：B=D1+2×1000，經(jīng)計(jì)算，接收井內(nèi)凈最小寬度為4.40 m，此次設(shè)計(jì)取4.50 m。

2.5 管道結(jié)構(gòu)計(jì)算

據(jù)上述水力計(jì)算所確定的管徑，結(jié)合《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》對鋼筋混凝土頂管材料要求，管道擬選用預(yù)制C50鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)管，內(nèi)徑2.00 m，壁厚0.20 m，單節(jié)長2 m。

按公式：Fdc=，經(jīng)計(jì)算，所選用的預(yù)制C50鋼筋混凝土管頂管傳力面允許最大頂力Fdc為24 969 kN。

2.6 管道強(qiáng)度計(jì)算

2.6.1 計(jì)算條件根據(jù)前述水力計(jì)算及工程布置，管道選用預(yù)制C50鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)管，內(nèi)徑2.00 m，壁厚0.20 m，管道共1 排，長124 m。管道內(nèi)底標(biāo)高119.70 m，管頂外標(biāo)高121.90 m，路面高程125.45 m，管頂至路面覆土厚度3.55 m。

2.6.2 計(jì)算工況

①空管期；②渠道加大流量運(yùn)行期。荷載組合表（此略）。

2.6.3 荷載計(jì)算

沿管道縱向取1 m 長度進(jìn)行荷載計(jì)算：①管道自重。經(jīng)計(jì)算，管道自重標(biāo)準(zhǔn)值G1k=34.54 kN，設(shè)計(jì)值=1.2G1k=41.45 kN。②豎向土壓力。經(jīng)計(jì)算Bt=4.14 m，Cj=0.73，豎向土壓力Fsv=144.68 kN，設(shè)計(jì)值=1.27Fsv=183.75 kN。③管道側(cè)向土壓力。經(jīng)計(jì)算，側(cè)向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值Fh=112.06 kN，設(shè)計(jì)值=1.27Fh=142.32 kN。④水壓力。非均勻內(nèi)水壓力標(biāo)準(zhǔn)值Pw=πγwD2/4=3.14×10×2.02/4=31.40 kN；非均勻內(nèi)水壓力設(shè)計(jì)值=1.27Pw=39.88 kN。均勻內(nèi)水壓力標(biāo)準(zhǔn)值PB=γwh=10×4.5=45 kN/m；均勻內(nèi)水壓力設(shè)計(jì)值=1.27PB=57.15 kN。⑤地面荷載。地面作用傳遞至管頂?shù)膲毫?biāo)準(zhǔn)值取地面堆積荷載的作用標(biāo)準(zhǔn)值qk=10 kN/m2。則qkD1=24 kN/m，設(shè)計(jì)值=1.4qkD1=33.60 kN/m。

2.6.4 內(nèi)力計(jì)算

表1 管道內(nèi)力計(jì)算表 單位：kN/m、kN

2.6.5 核定預(yù)制管道的破壞荷載

根據(jù)前述計(jì)算所確定的管徑，查《頂管用鋼筋混凝土管標(biāo)準(zhǔn)》，所選預(yù)制C50 鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)圓管的裂縫荷載為203.50 kN/m，破壞荷載為327.30 kN/m。

預(yù)制圓管產(chǎn)品的破壞荷載，按三邊支承法測定，圓管最大彎矩公式：M=0.381Pr0，據(jù)此計(jì)算，可將上述計(jì)算的M 值代入，計(jì)算相應(yīng)的管頂集中線荷載：p=M/0.318r0=23.851/（0.318×1.1）=68.18 kN/m＜327.30 kN/m。計(jì)算可知，管道強(qiáng)度滿足要求。

3 東側(cè)排水工程其他工程設(shè)計(jì)

3.1 東側(cè)排水溝

東側(cè)排水溝清淤疏浚保持排水溝平面布置不變，全長3.12 km。排水支溝長0.56 km，設(shè)計(jì)比降1/1 000，設(shè)計(jì)底寬不小于1.20 m，設(shè)計(jì)邊坡1∶1。

3.2 東溝橋涵工程設(shè)計(jì)

①東側(cè)排水溝工程重建生產(chǎn)橋3 座，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為農(nóng)橋－Ⅰ級(jí)。②東側(cè)排水溝工程重建排水涵10座，總寬5.00 m，凈寬4.40 m，跨2 m。③橋梁橋臺(tái)承載力驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算，橋梁σmax為71.89 kPa，σmin為22.33 kPa，小于地基容許承載力［δ］120 kPa。④排水涵橋臺(tái)承載力驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算，排水涵σmax為131.91 kPa，σmin為11.29 kPa，平均基地應(yīng)力71.60 kPa，小于地基容許承載力［δ］120 kPa。

3.3 東側(cè)排水工程相關(guān)管線遷建保護(hù)設(shè)計(jì)

①污水管道。采用DN400PE63 級(jí)聚乙烯管材，外套DN457 鋼管，壁厚9 mm，管道底高程與原工程一致，遷建長度35 m。②弱電線路。穿管保護(hù)，具體長度據(jù)工程施工情況確定。

4 結(jié)語

綜上所述，了解工程概況，就北側(cè)出水口工程、東側(cè)排水溝、排水涵及東溝橋涵工程等五部分完成工程設(shè)計(jì)目標(biāo)。