城市建設(shè)項目沉沙池措施設(shè)計方法初探

喻 謙

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

城市建設(shè)項目沉沙池措施設(shè)計方法初探

喻 謙

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

針對城市建設(shè)項目水土流失防治措施沉沙池設(shè)計現(xiàn)實需要，分別依據(jù)不同類型工程區(qū)的地表土壤顆粒級配條件，應(yīng)用不同的計算模型、參數(shù)和方法，取得不同的設(shè)計結(jié)構(gòu)選型，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)選可行性分析和現(xiàn)實工程應(yīng)用研究，提出不同類型工程沉沙池設(shè)計選型的適用性意見。

城市建設(shè)項目；水土保持；沉沙池；設(shè)計

1 問題的提出

在城市生產(chǎn)建設(shè)項目中，為避免或降低水土流失對城市市政管網(wǎng)、下游河道及周邊區(qū)域景觀的不利影響，通常需要設(shè)置臨時排水沉沙設(shè)施。GB 50433 — 2008《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》[1]第12.3.5條規(guī)定了“沉沙池的設(shè)計施工應(yīng)遵循國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL 269 — 2001《水利水電工程沉沙池設(shè)計規(guī)范》”[2]。根據(jù)《水利水電工程沉沙池設(shè)計規(guī)范》中的計算模型，在計算沉沙池尺寸時，需根據(jù)沉沙池上游來水的含沙量、泥沙級配、泥沙密度等參數(shù)，對沉沙池分段、分泥沙粒徑計算沉降率，再根據(jù)沉降率試算確定沉沙池尺寸。而城市建設(shè)項目以平原區(qū)點式工程為主，相對來說場地布置條件有限，難以布置水力沖洗式沉沙池，且場地相對封閉、匯水區(qū)范圍較小，也不具備獲取相關(guān)參數(shù)的條件。除《水利水電工程沉沙池設(shè)計規(guī)范》外，在GB/T 16453.4 — 2008《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范小型蓄排引水工程》[3]和GB 50288 — 99《灌溉及排水工程設(shè)計規(guī)范》[4]中也提出了沉沙池設(shè)計的方法和要求。相比較而言，后2項規(guī)范的沉沙池設(shè)計更貼近于城市項目的實際。因此，結(jié)合城市工程建設(shè)實際，以浙江省某城市點式建設(shè)項目為例，對上述規(guī)范提出的沉沙池設(shè)計要求進(jìn)行分析和探討，應(yīng)用不同的計算模型、參數(shù)和方法，取得相應(yīng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)選型，進(jìn)行沉沙池設(shè)計選型分析，優(yōu)選推薦適用于城市不同類型建設(shè)項目沉沙池設(shè)計的方法。

2 設(shè)計要素

在《灌溉及排水工程設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“灌排規(guī)范方法”）和《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范小型蓄排引水工程》（以下簡稱“蓄排引水規(guī)范方法”）中，沉沙池設(shè)計主要考慮其所處區(qū)間水文氣象條件、設(shè)計洪峰流量、設(shè)計泥沙最小沉降粒徑等因素參數(shù)。

2.1 水文氣象條件

項目區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬夏季季風(fēng)交替顯著，年溫適中，四季分明，雨量豐沛，日照充足。年均氣溫16.4 ℃，年降水量1 500.0 mm，年蒸發(fā)量1 292.7 mm，年均風(fēng)速2.5 m/s，最大風(fēng)速24.3 m/s，相應(yīng)風(fēng)向N。降水主要集中在4 — 10月，以春末夏初的梅雨期和臺風(fēng)雨期為主。根據(jù)《浙江省短歷時暴雨》，查算各歷時設(shè)計暴雨參數(shù)，工程所在地區(qū)5 a一遇最大1 h降水量為55.5 mm。

2.2 設(shè)計洪峰流量

沉沙池按臨時措施考慮，防洪標(biāo)準(zhǔn)為5 a一遇（取臨時場地防洪標(biāo)準(zhǔn)1 ～ 5 a的高值），相應(yīng)洪峰流量計算公式按GB 50433 — 2008《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》如下：

式中：Qb為最大洪峰流量，m3/s；K為徑流系數(shù)；I為降雨強(qiáng)度，mm/h；F為匯水面積，km2。

根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式，項目區(qū)5 a一遇1 h最大降雨強(qiáng)度為55.5 mm；施工期綜合徑流系數(shù)取0.60；參照以往項目經(jīng)驗，單個沉沙池集雨范圍取為1.50 hm2。根據(jù)公式（1）計算設(shè)計洪峰流量為0.139 m3/s。

2.3 設(shè)計泥沙最小沉降粒徑

根據(jù)土工試驗成果，選取項目所在地3份地表土壤土樣，其顆粒級配見表1。

表1 地表土壤顆粒級配組成表

土樣1泥沙最小沉降粒徑取為0.100 mm，土樣2泥沙最小沉降粒徑取為0.200 mm，土樣3泥沙最小沉降粒徑取為0.150 mm，可滿足《水利水電工程沉沙池設(shè)計規(guī)范》中沉沙池泥沙沉降率大于80%的要求。

3 計算選型

3.1 灌排規(guī)范方法

結(jié)合城市建設(shè)項目實際，人工清淤沉沙池型式，多用矩形斷面，為便于后期清淤，沉沙池深度取為1.50 m。

沉沙池工作寬度：

式中：BP為沉沙池工作寬度，m；QP為通過沉沙池的工作流量（取沉沙池設(shè)計集雨范圍的設(shè)計流量0.139 m3/s）；Hp為沉沙池工作水深（取沉沙池深度的70%，即1.05 m）；V為沉沙池平均流速（根據(jù)沉沙池可能沉淀的泥沙粒徑考慮，土樣1取為0.10 m/s，土樣2取為0.20 m/s，土樣3取為0.15 m/s）。

經(jīng)計算得土樣1沉沙池工作寬度為1.32 m，取為1.50 m；土樣2沉沙池工作寬度為0.66 m，取為0.80 m；土樣3沉沙池工作寬度為0.88 m，取為1.00 m。

沉沙池工作長度：

式中：LP為沉沙池工作長度，m；δ為安全系數(shù)（取1.2）；Hp為沉沙池工作水深，取1.05 m；V為沉沙池平均流速，土樣1取為0.10 m/s，土樣2取為0.20 m/s，土樣3取為0.15 m/s；ω為泥沙沉降速度，按水溫20 ℃查《灌溉及排水工程設(shè)計規(guī)范》附錄D得土樣1為6.12 mm/s，土樣2為17.90 mm/s，土樣3為11.80 mm/s。

經(jīng)計算得土樣1沉沙池工作長度為20.59 m，取為21.00 m；土樣2沉沙池工作長度為14.08 m，取為15.00 m；土樣3沉沙池工作長度為16.02 m，取為17.00 m。

綜合以上土樣1沉沙池尺寸取為長21.00 m×寬1.50 m×深1.50 m，土樣2沉沙池尺寸取為長15.00 m×寬0.80 m×深1.50 m，土樣3沉沙池尺寸取為長17.00 m×寬1.00 m×深1.50 m。

3.2 蓄排引水規(guī)范方法

結(jié)合城市項目實際，沉沙池型式采用人工清淤的沉沙池擬用長方形矩形斷面沉沙池，為便于后期清淤，沉沙池深度取為1.50 m。

與沉沙池配套布置的臨時排水溝采用梯形斷面，底寬0.40 m，深0.40 m，邊坡1∶0.5，頂寬0.80 m，溝身采用2 cm厚M7.5砂漿抹面。

排水溝尺寸及過流能力利用明渠均勻流公式計算。排水溝過流能力按照明渠均勻流計算公式進(jìn)行復(fù)核。明渠均勻流計算見公式(4)：

式中：Q為流量，m3/s；A為斷面面積，m2；n為糙率，砂漿抹面排水溝取0.013；R為水力半徑，m；J為比降，取0.002。

經(jīng)計算，臨時排水溝過水能力為0.269 m3/s＞0.139 m3/s，滿足設(shè)計流量。

根據(jù)GB/T 16453.4 — 2008《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范小型蓄排引水工程》，沉沙池寬度取為排水溝寬度的2倍，長度為池體寬度的2倍。則沉沙池池體計算寬度為1.60 m，取為2.00 m，沉沙池長度為4.00 m。

綜合以上沉沙池尺寸取為長4.00 m×寬2.00 m×深1.50 m。

4 結(jié)果分析

綜合上述計算結(jié)果，設(shè)計選型成果見表2。

表2 設(shè)計選型成果表

在考慮便于人工清淤而采用同樣沉沙池深度的情況下，按《灌溉及排水工程設(shè)計規(guī)范》計算的沉沙池容積比《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范小型蓄排引水工程》設(shè)計沉沙池要大，且泥沙顆粒粒徑越小時越大，當(dāng)設(shè)計泥沙最小沉降粒徑為0.200 mm時較為接近。主要原因在于《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范小型蓄排引水工程》中對沉沙池沉降率的要求相對較低，適用于非居民密集區(qū)水土保持綜合治理項目，且下游水質(zhì)要求相對較低；而按《灌溉及排水工程設(shè)計規(guī)范》時設(shè)計泥沙最小沉降粒徑取為0.100 ～ 0.200 mm，主要是為滿足《水利水電工程沉沙池設(shè)計規(guī)范》中沉沙池泥沙沉降率大于80%的要求，防止泥沙對下游水利項目泵站水泵或水電站水輪機(jī)造成磨損，適用于下游水質(zhì)要求較高，布置有泵站或水電站的項目。

城市建設(shè)項目的工程區(qū)來水經(jīng)沉沙池緩流沉沙后，主要排放到城市市政排水管網(wǎng)或周邊水渠中，對來水含沙量的要求較水土保持綜合治理項目高，在水土保持沉沙池設(shè)計時，可按《灌溉及排水工程設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行，但受場地限制，條帶型的沉沙池布置存在一定難度，可采取迷宮式多級沉沙池的設(shè)計[5]，利用沉沙池隔墻的阻擋作用，延長沉沙池工作長度，加大各廂室沿沉沙池軸線方向?qū)Τ辽吵氐淖枇?，在盡量提高沉沙池沉降率的情況下縮短沉沙池長度。

5 結(jié) 語

根據(jù)城市建設(shè)項目工程場地布置條件有限、周邊敏感點較多、對水體含沙量要求高的實際情況，為提高水土保持設(shè)計精度，可在調(diào)查項目周邊水體和市政管網(wǎng)對水體含沙量要求的情況下，確定沉沙池設(shè)計泥沙最小沉降粒徑，當(dāng)最小沉降泥沙粒徑小于0.20 mm時參考《灌溉及排水工程設(shè)計規(guī)范》設(shè)計沉沙池，同時可采取迷宮式多級沉沙池的布局縮短沉沙池長度。

[1] 中華人民共和國水利部.GB 50433 — 2008開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2008．

[2] 水利部山西水利水電勘測設(shè)計研究院.SL 269 — 2001水利水電工程沉沙池設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2001.

[3] 水利部水土保持司.GB/T 16453.4 — 2008水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范小型蓄排引水工程[S].北京：中國計劃出版社，2009．

[4] 中華人民共和國水利部.GB 50288 — 99灌溉及排水工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，1999．

[5] 蔣定生，高鵬，徐學(xué)遠(yuǎn)，等.水窖沉沙池形式試驗設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2001(9)：27 - 31．

（責(zé)任編輯 黃 超）

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：B

：1008 - 701X(2017)01 - 0025 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.01.008

2016-10-31

喻 謙(1984 - )，男，工程師，大學(xué)本科，主要從事水土保持方案編制、水土保持監(jiān)測、水土保持設(shè)計及驗收評估工作。E - mail：yu_q3@ecidi.com