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》JTG D60-2004；

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

（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

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

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:

Q=K×F n(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

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

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Q A= K×F n=16×50000×10?6=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Q B= K×F n=16×45000×10?6=0.72m3/s

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：

?R23?I12（3-3）

V=1

n

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：

?R23?I12（3-4）

V=1

n

?A?R23?I12（3-5）

Q=1

n

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：

A=B?+m?2（3-6）

χ=B+2?√1+m2（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=B h（3-8）

χ=B+2?（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：A=B?+m?2=1×0.7+0.5×0.7×0.7=0.945m2（3-6）

χ=B+2=1+2×0.7×√1+0.52=2.565m（3-7）水力半径R=A/χ=0.945/2.565=0.368m

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Q A= 0.8m3/s。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：

Q=1

n ?A?R23?I12=0.945×0.36823×0.023

1

2

0.014

=4.9m3/s（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Q B=0.72m3/s，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0.2 m/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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