生活垃圾衛(wèi)生填埋場截排洪設(shè)施設(shè)計(jì)與研究

姚 潔，潘曉峰，靳俊平，郝麗華，李 妍

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300074）

垃圾填埋場截排洪設(shè)施存在一定特殊性，如對于洪峰流量精度要求低，但短距離內(nèi)存在連續(xù)陡坡等。筆者針對垃圾填埋場截排洪設(shè)施設(shè)計(jì)的特殊性，結(jié)合類似項(xiàng)目，從匯水面積測算、洪峰流量估算、截洪溝水力計(jì)算等方面總結(jié)提出一套合理完整的截洪溝設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)建標(biāo)124—2009生活垃圾衛(wèi)生填埋處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，生活垃圾衛(wèi)生填埋處理工程排水能力應(yīng)按照50 a一遇、100 a校核設(shè)計(jì)，以此作為截洪溝設(shè)計(jì)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2 匯水面積

匯水面積F指截排洪設(shè)施的集雨面積，是計(jì)算其洪峰流量的重要依據(jù)。匯水面積的邊界線是由一系列的山脊線、鞍部圍合成的封閉區(qū)域。封閉區(qū)域內(nèi)匯集的雨水全部流入截洪溝內(nèi)，封閉區(qū)域的面積即為匯水面積。

建設(shè)單位提供的1∶500或者1∶1 000地形圖一般不能完整地反映擬建工程的實(shí)際匯水面積，需要對1∶10 000地形圖進(jìn)一步研究，合理精準(zhǔn)確定匯水面積，并以此作為洪峰流量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 洪峰流量估算

洪峰流量一般應(yīng)以水利部門提供的水文分析報(bào)告作為設(shè)計(jì)依據(jù)，對于沒有實(shí)測數(shù)據(jù)的擬建場區(qū)可采用小流域經(jīng)驗(yàn)公式或者暴雨流量計(jì)算公式確定。洪峰流量計(jì)算公式比較多，常見的計(jì)算方法有洪峰流量模數(shù)等值線圖法、經(jīng)驗(yàn)公式法、地區(qū)綜合法、暴雨產(chǎn)匯流法。地區(qū)綜合法和洪峰流量模數(shù)法需要在擬建場址附近有水文站的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，針對市政環(huán)衛(wèi)工程匯水面積相對小，對誤差不敏感的特點(diǎn)，宜采用小流域經(jīng)驗(yàn)公式或者暴雨產(chǎn)匯流法估算洪峰流量。

按洪水匯流計(jì)算規(guī)范，無實(shí)測流量資料的地區(qū)，匯水面積較小的流域，擬采用公路科學(xué)研究所經(jīng)驗(yàn)公式［1］：

式中：QP為洪峰流量，m3/s；K為相應(yīng)于設(shè)計(jì)頻率的徑流模數(shù)，由當(dāng)?shù)貧庀?、水文資料查取或相關(guān)部門提供（見表1）；F為匯水面積（km2）；n為面積參數(shù)，F(xiàn)＜1 km2時，n=1；當(dāng)1 km2＜F＜10 km2時，按照表2選用。

表1 徑流模數(shù)K取值

表2 面積參數(shù)n取值

4 截洪溝水力計(jì)算

截洪溝經(jīng)常布置在山高坡陡的地段，坡度、斷面尺寸和流態(tài)變化，特別是在陡坡急流處呈漸變式，為簡化計(jì)算，在通常設(shè)計(jì)中，截洪溝內(nèi)設(shè)計(jì)水流按照恒定均勻流考慮，并設(shè)置一定的安全超高。

1）截洪溝設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式：

式中：Q為設(shè)計(jì)流量（m3/s）；A為過水?dāng)嗝妫╩2）；v為流速（m/s）。

2） 設(shè)計(jì)流速公式采用明渠流謝才-滿寧公式［2］：

式中：v為水流斷面平均流速（m/s）；n為溝槽粗糙系數(shù)（糙率）；R為水力半徑；i為水力坡降。

3）水力半徑為過水?dāng)嗝婷娣e與濕周之比，表達(dá)式為：

式中：A為過水?dāng)嗝婷娣e；X為濕周長度。

5 斷面形式及結(jié)構(gòu)材料

5.1 斷面形式

截洪溝的斷面常有矩形、倒梯形、直角梯形等3種形式。各種斷面各有特點(diǎn)，矩形斷面具有節(jié)約工程占地、土石方量較小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用，但是當(dāng)斷面尺寸大于2 m時應(yīng)復(fù)核其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。倒梯形斷面占地面積相對大，一般是矩形斷面的2～3倍，其斷面形式有利于匯集雨水，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，在大型排水渠中較為常見。直角梯形占地面積介于矩形和倒梯形之間，占地面積適中，且便于匯集雨水，建議在占地面積允許的條件下盡量采用直角梯形的斷面形式。

以上3種斷面的水力最優(yōu)斷面寬深比：

式中：βm為最優(yōu)斷面寬深比；bm為前優(yōu)斷面寬度；hm為最優(yōu)斷面深度，m為邊坡系數(shù)。

由公式（5）可知，矩形斷面溝體設(shè)計(jì)溝寬與設(shè)計(jì)過水深最佳比值為2∶1，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中市政環(huán)衛(wèi)工程項(xiàng)目用地較為緊張，寬深比常為1∶1左右。倒梯形和直角梯形的邊坡系數(shù)m常采用1∶0.75～1∶1，寬深比為 0.83～1。

5.2 結(jié)構(gòu)材料

截洪溝溝體應(yīng)全程防滲漏，截洪溝砌筑材料可分為磚砌、漿砌石、毛石混凝土和鋼筋混凝土，也可采用預(yù)制鋼筋混凝土溝。砌筑材料的選擇與地質(zhì)條件、材料來源及使用年限有關(guān)。磚砌溝常用于臨時截洪溝的砌筑，其耐用性及強(qiáng)度最低，材料易于取得，造價最低。漿砌石或毛石混凝土材料來源廣泛，強(qiáng)度和造價適中，是最為常見的截洪溝砌筑材料。鋼筋混凝土溝和預(yù)制鋼筋砼溝造價較高，整體性能好，抗沖刷能力優(yōu)，在沉降較大的軟土或垃圾堆體上應(yīng)用較多。

為便于溝體的砌筑，溝底寬度一般不應(yīng)小于0.4 m。

6結(jié) 論

1）對填埋場截排洪設(shè)施的設(shè)計(jì)流程是：先對全場截排洪設(shè)施粗定走向、路由和寬深，針對復(fù)雜項(xiàng)目，還應(yīng)該對路由進(jìn)行多方案比選確定最佳路由。根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)、匯水面積對場區(qū)的洪峰流量進(jìn)行計(jì)算，然后對截排洪設(shè)施過流能力即設(shè)計(jì)流量進(jìn)行計(jì)算，確保設(shè)計(jì)流量不小于洪峰流量，同時預(yù)留0.2～0.3 m設(shè)計(jì)超高，以確定截排洪設(shè)施最終斷面尺寸及形式。最后根據(jù)項(xiàng)目的地質(zhì)情況材料來源和使用年限確定截排洪設(shè)施的結(jié)構(gòu)材料。

2）填埋場中經(jīng)常會出現(xiàn)高差大、坡度陡的截洪溝，建議采用連續(xù)陡坡或跌水結(jié)合消力池的做法處理；穿過道路等設(shè)施宜設(shè)計(jì)蓋板溝或涵洞。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，由于地形限制、雨水含沙量、潮汐等須視具體情況設(shè)置跌水、涵洞、谷坊、涵閘、渡槽、倒虹吸，這些水工構(gòu)筑物計(jì)算較繁瑣，應(yīng)多方案比選，確定最經(jīng)濟(jì)合理方案。

［1］給水排水設(shè)計(jì)手冊.第7冊—城鎮(zhèn)防洪［M］.2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2014年版）［M］.北京：中國計(jì)劃出版社，2014.