江東灌區(qū)青崗排干倒虹吸設(shè)計方案

陳 萍 ，王維國，劉倩楠

(1.齊齊哈爾市水政監(jiān)察支隊，黑龍江 齊齊哈爾 161000;2.齊齊哈爾市江東灌澇區(qū)工程管理處，黑龍江 齊齊哈爾 161000;3.齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計研究院;黑龍江 齊齊哈爾 161000)

1 工程概況

青崗排干為江東灌區(qū)中部排水區(qū)主要排水干溝，上游有東三家子排干和東三家子支溝，主要為水田排水。二條排干都要通過倒虹吸穿過中引八干渠，泄入烏裕爾河。

現(xiàn)狀工程位置東三家子、青崗倒虹吸復核流量分別是2.05 m3/s和4.55 m3/s，而設(shè)計排水流量東三家子排干為7.9 m3/s，青崗排干為9.9 m3/s，排干設(shè)計流量大，而倒虹吸過流能力小，所以現(xiàn)有建筑物工程規(guī)模根本滿足不了排水要求，造成排干排水不暢，積水、頂托，成為滯洪區(qū)，附近草原和耕地受淹［1］。

2 工程布置

根據(jù)灌區(qū)節(jié)水改造規(guī)劃，需要增加倒虹吸，加大過流能力。擴建青崗倒虹吸位于現(xiàn)有倒虹吸上游50 m 處，為鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，設(shè)計流量11.15 m3/s。由進口段、洞身段和出口段組成。

2.1 進口段

上游護砌采用預(yù)制混凝土板，長度為10 m，板厚0.1 m，下設(shè)砂礫石墊層0.2 m，無紡布一層。

進口陡坡漸變段為鋼筋混凝土U 型槽結(jié)構(gòu)，矩形斷面，長9 m，底寬4.4～8.0 m，底坡1∶5，底部高程141.10～139.30 m，墻頂高程143.33 m，底板厚1.0 m，墻頂寬0.3 m，底寬0.6～1.0 m。進口兩側(cè)接懸臂式擋土墻。

壓力前池為鋼筋混凝土U 型槽結(jié)構(gòu)，矩形斷面，長8 m，底寬4.4 m，底部高程139.30 m，墻頂高程143.33 m，底板厚1.0 m，墻頂寬0.3 m底寬1.0 m。

2.2 洞身段

洞身為鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，總長72 m，分9節(jié)，每節(jié)長8 m，洞身斷面為2 孔2.0 ×1.8 m(寬×高)，洞頂板、側(cè)墻、隔墻厚0.4 m，底板厚0.6 m。

第一節(jié)洞為斜坡洞，坡比1∶5.5，洞底高程139.30～137.85 m，其余洞段為平洞，最后一節(jié)洞出口處設(shè)閘室，閘室長2 m，閘墩高3.0 m，閘墩頂高程140.85 m，閘室上部設(shè)工作橋和人行橋與八干渠左堤頂相接。閘門為2 扇鑄鐵閘門，配2 臺10 t螺桿式啟閉機。

2.3 出口段

出口消力池為鋼筋混凝土U 型槽結(jié)構(gòu)，矩形斷面，長10 m，底寬5 m，底部高程137.85 m，墻頂高程140.85 m，消力池底板厚0.8 m，墻頂寬0.3 m 底寬0.8 m。

出口漸變段為鋼筋混凝土U 型槽結(jié)構(gòu)，矩形斷面，長8.9 m，底寬5 m，底坡1∶5，底部高程137.85～139.63 m，墻頂高程140.85 m，底板厚0.8 m，墻頂寬0.3 m底寬0.5～0.8 m。進口兩側(cè)接懸臂式擋土墻。

下游護砌長度為10 m，排干深槽護砌采用干砌石結(jié)構(gòu)，厚度為0.3 m，下設(shè)碎石墊層0.1 m，砂礫石墊層0.1 m，無紡布一層。出口段排干灘槽以上溝道采用混凝土板護砌。下設(shè)砂礫石墊層0.2 m，無紡布一層。

3 水力計算

3.1 東三家子和青崗倒虹吸流量復核

東三家子排干和東三家子支溝10 a一遇設(shè)計流量為7.88 m3/s，青崗排干末端10 a一遇設(shè)計流量為9.87 m3/s。交叉涵斷面型式均為單孔方形，孔口尺寸1.6 ×1.8 m，洞長45.2 m。

根據(jù)《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計規(guī)范》SL482—2011 計算倒虹吸過水能力。計算公式為:

式中:Q 為倒虹吸設(shè)計流量，m3/s;μ 為流量系數(shù);ω為倒虹吸過水斷面面積，m2，4m2;g 為重力加速度，m/s2;Z 為上、下游水位差，m;∑ξ 為局部水頭損失系數(shù)的總和，包括進口、出口段等損失系數(shù);L 為包括進出口斜坡段在內(nèi)的倒虹吸總長度，m;R 為水力半徑，m;C 為謝才系數(shù)，m1/2/s。

表1 東三家子和青崗倒虹吸流量復核資料表

表2 東三家子和青崗倒虹吸流量復核成果表

3.2 擴建倒虹吸過流能力計算

擴建倒虹吸為2 孔，斷面尺寸為2 m ×1.8 m(寬×高)鋼筋混凝土方涵;洞身長72 m;設(shè)計流量11.15 m3/s。

倒虹吸過流能力按《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計規(guī)范》SL482—2011 附錄C 公式計算:

3.2.1 進口漸變段水頭損失△Z1計算

3.2.2 進口漸變段末端至管出口斷面的管身水頭損失

攔污柵水頭損失系數(shù)ξs計算公式為:

閘門槽水頭損失系數(shù)ξm取0.1。

壓力管道的彎道水頭損失系數(shù)ξw:斜管段邊坡1∶5.5，相應(yīng)彎道中心的圓心角為:α=tan－1(1.45/8)=10.27°，查得彎道損失修正系數(shù)r=0.23。采用彎道中心半徑R=1.5 H，查得ξ90=1.06

彎道水頭損失系數(shù)ξw=rξ90=0.244。

沿程阻力水頭損失計算公式為:

進口漸變段末端至管出口的總水面降落△Z2計算公式為:

3.2.3 出口漸變段水頭損失△Z3計算

3.2.4 水面總落差△Z 計算

計算得倒虹吸過流量為11.15 m3/s時，水頭差滿足過流要求。

3.3 倒虹吸出口消力池的尺寸確定

1)池長計算公式為:

2)池深計算公式為:

式中:D0為管高，m;σ 為管壁厚度，m。經(jīng)計算，取池長10 m，池深1.78 m。

4 結(jié)語

本次設(shè)計，主要是在已有排干倒虹吸過水能力不足的情況下，通過對已有倒虹吸過水能力的復核，確定所擴建倒虹吸的過水流量。青崗排干倒虹吸建成后，可以解決江東灌區(qū)中部排水難的問題，同時保證附近農(nóng)田和草原不受淹。

［1］齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計研究院.黑龍江省齊齊哈爾市江東灌區(qū)初步設(shè)計報告黑水發(fā)［2003］90 號［R］.齊齊哈爾:齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計研究院，2002.