遼陽市城市污水處理排水干渠改造設(shè)計

陳 妍，孫貴軍

(1.燈塔市水務(wù)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(shè)置長度為40.00 m鋼筋混凝土護坡。在交通橋前后設(shè)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(shè)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(wù)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(shè)計流量24.50 m3/s，進行渠道斷面設(shè)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(shè)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(shè)計的兩種典型流量，即渠道設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(chǔ)埋深1.20 m，采用C20混凝土，鋼筋采用2級鋼筋，基礎(chǔ)底部設(shè)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(shè)此工程是十分必要的，污水處理排水干渠改造工程設(shè)計為工程建設(shè)提供了寶貴依據(jù)，為工程建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。

［1］水利部長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.SL191—2008水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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.