汾河太原段綜合治理三期工程暗涵設(shè)計(jì)

崔攀

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

汾河太原段綜合治理三期工程暗涵設(shè)計(jì)

崔攀

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

根據(jù)汾河一期和二期工程的經(jīng)驗(yàn)及存在的問題，三期工程對(duì)暗涵位置進(jìn)行了重新確定，妥善解決了防洪，蓄水，排沙和美化的矛盾。簡(jiǎn)述了暗涵斷面設(shè)計(jì)、地基處理措施、過流能力和穩(wěn)定的計(jì)算，可為其他類似工程提供借鑒。

汾河太原段；暗涵設(shè)計(jì)；過流能力計(jì)算

1 工程概況

1999年以來，太原市政府對(duì)太原市城區(qū)段的汾河河道進(jìn)行了兩期綜合治理。為配合太原市“南進(jìn)”的發(fā)展規(guī)劃和建設(shè)需求，實(shí)施汾河三期治理工程。治理范圍為二期工程末端向南延伸至?xí)x祠迎賓路南2km，治理總長(zhǎng)12km。擴(kuò)大汾河公園范圍，改善城區(qū)的生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境。

考慮到太原市雨污分流設(shè)施的滯后，部分污水尚無法接入污水處理廠進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放，而是沿汾河兩岸的邊山支溝隨著雨洪一起匯入汾河。為了防止污水對(duì)治理段景區(qū)形成污染，在治理段的東、西兩岸，分別設(shè)置了排污暗涵，對(duì)沿途兩岸邊山支溝內(nèi)污水和初期雨洪進(jìn)行了收集，并集中排泄在治理段下游的汾河河道內(nèi)，總長(zhǎng)為24km。

2 暗涵設(shè)計(jì)

2.1 兩岸支溝排水情況

本工程承接了上游二期工程下泄的污水（主要原因是大部分排水管網(wǎng)為雨污合流，污水伴隨著雨水排入邊山支溝）和初期小流量的較臟雨水，二期工程暗涵的最大下泄流量約20m3/s。

考慮到三期工程?hào)|岸有許坦渠，根據(jù)《太原市城市防洪規(guī)劃》，設(shè)計(jì)排泄雨洪流量為15m3/s。西岸有風(fēng)峪河，匯入小流量洪水按風(fēng)峪河2年一遇洪水考慮，為10m3/s。

2.2 暗涵位置的確定

本工程繼續(xù)將排污暗涵向下游延伸至治理段末端，根據(jù)一、二期工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，暗涵不再臨水布置，而是涵堤分離，為達(dá)到生態(tài)治河、預(yù)留親水空間的目的，即將三期工程的東、西暗涵布置在岸邊平臺(tái)上。此方案優(yōu)點(diǎn)較為突出，分析如下：

根據(jù)一、二期工程多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，暗涵臨水布置，兼做蓄水池岸墻，使河道過分人工化，完全破壞了河道的自然特征，體現(xiàn)在河岸直、硬，隔斷了水、陸兩地的聯(lián)系，破壞了生物多樣性。后雖在暗涵內(nèi)側(cè)局部進(jìn)行過堤岸生態(tài)化處理，如將直墻斜坡化處理等，生態(tài)景觀效果有所改善，但仍不理想。本工程暗涵外移以后，蓄水池岸墻可采用多種生態(tài)護(hù)岸型式，景觀效果好。暗涵布置在二級(jí)臺(tái)地上，為全地下式結(jié)構(gòu)布置，對(duì)景觀無不利影響。暗涵不臨水設(shè)置，冬季堤岸處無須破冰，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)方便。

2.3 暗涵規(guī)模的確定

排污暗涵的作用是截?cái)鄡砂哆吷街辖涤瓿跗谒|(zhì)較差的小流量洪水，以減少對(duì)汾河蓄水池水體污染的機(jī)率。根據(jù)支溝的匯入情況，汾河一期工程排污暗涵的過流能力為15m3/s，汾河二期排污暗涵的過流能力為20m3/s。

汾河三期工程?hào)|岸有許坦渠匯入，設(shè)計(jì)匯入流量15m3/s，考慮到流量的直接疊加會(huì)造成工程浪費(fèi)，鑒于渠道內(nèi)初期雨洪水質(zhì)差且目前仍流有污水，因此支溝匯入后的東暗涵過流能力擬增加5m3/s，即許坦渠匯入前的東暗涵按20m3/s計(jì)，匯入后的東暗涵按25m3/s計(jì)。許坦渠剩余10m3/s洪水由排水泵站抽至汾河蓄水池內(nèi)。

汾河三期工程西岸有風(fēng)峪河匯入，匯入小流量洪水按風(fēng)峪河2年一遇洪水考慮，為10m3/s。考慮到各支溝降雨造洪存在一定的不同期性，流量的直接疊加會(huì)造成工程浪費(fèi)，因此，風(fēng)峪河匯入后的西暗涵過流能力擬增加5m3/s，即風(fēng)峪河匯入前的西暗涵按20m3/s計(jì)，匯入后的西暗涵按25m3/s計(jì)。

2.4 斷面設(shè)計(jì)

2.4.1 縱斷設(shè)計(jì)

東、西暗涵各長(zhǎng)12km，始于祥云橋下游500m處的二期工程暗涵末端，該處內(nèi)底高程與二期工程暗涵末端相同，為773.3m。為盡可能加大暗涵縱坡，以減少泥沙淤積，暗涵出口內(nèi)底高程為764.28m，略底于該處河道現(xiàn)有主槽。

本工程暗涵設(shè)計(jì)縱坡為0.69‰，經(jīng)計(jì)算，暗涵設(shè)計(jì)排水流量25m3/s時(shí)的流速為2.0m/s，滿足《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的最小設(shè)計(jì)流速0.75m/s的要求。

2.4.2 橫斷設(shè)計(jì)

暗涵采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為箱形結(jié)構(gòu)。風(fēng)峪河和許坦渠入口以上斷面凈尺寸為3m×3.5m（寬×高），邊墻厚0.4m，頂板厚0.3m，底板厚0.5m。風(fēng)峪河和許坦渠入口以下斷面凈尺寸為4.0m×3.5m（寬×高），邊墻、頂板厚度均為0.4m，底板厚0.5m。為增加墻體的穩(wěn)定，底板兩側(cè)均向外懸挑0.8m，底板延伸后的基礎(chǔ)總寬分別為5.4m和6.4m。

由于暗涵與防滲墻組成防滲體系，箱涵頂高程需滿足設(shè)計(jì)蓄水加超高0.3m的要求。對(duì)于不滿足的，在箱涵頂加設(shè)懸臂板，板厚為0.4m。

暗涵每隔15m設(shè)一道伸縮縫，縫間設(shè)止水帶，縫內(nèi)填中密度閉孔泡沫板。止水帶采用一體化定位孔定位的B類氯丁橡膠止水帶，寬350mm，厚8mm，中間圓孔內(nèi)徑30mm。

2.4.3 暗涵混凝土設(shè)計(jì)

暗涵混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，抗?jié)B強(qiáng)度等級(jí)W6，抗凍強(qiáng)度等級(jí)F150。根據(jù)地勘報(bào)告，工程區(qū)污水、局部地段地下水對(duì)混凝土具有中等腐蝕性，局部地段地基土對(duì)混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)具有弱～中腐蝕性，為延長(zhǎng)工程的使用壽命，需進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)。水泥優(yōu)先采用礦渣硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，并采用抗腐蝕抗凍防水劑。

2.4.4 暗涵細(xì)部設(shè)計(jì)

為方便暗涵檢修通氣，在暗涵頂部每隔50m設(shè)一通氣孔，孔口尺寸500mm×500mm，并在孔口加蓋鋼板。鋼板上預(yù)留直徑150mm的通氣孔，孔口接通氣管，通氣管高度超過人的嗅覺高度，通氣管外觀可結(jié)合景觀設(shè)計(jì)考慮。

2.5 地基處理

根據(jù)地勘資料，東、西暗涵地基土15m深度范圍內(nèi)以粉細(xì)砂和粉質(zhì)粘土為主，屬嚴(yán)重液化地基。根據(jù)排污箱涵的工程等級(jí)（丙類建筑）及運(yùn)行情況，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）規(guī)定：地基可“采取部分消除液化沉陷，且對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理”。通過對(duì)強(qiáng)夯、換填和擠密樁的綜合比較，采用強(qiáng)夯法處理最為經(jīng)濟(jì)合理可行，故本工程暗涵采用強(qiáng)夯法，處理深度為6.0m，并要求在建基面以下3m深度范圍內(nèi)消除液化，處理寬度按超出基礎(chǔ)邊緣以外3.0m設(shè)計(jì)。根據(jù)試夯成果，在暗涵地基強(qiáng)夯前，需進(jìn)行降水。初擬采用井點(diǎn)降水，共布置3200眼降水井。

2.6 過流能力計(jì)算

根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》，暗涵過流能力按明渠均勻流計(jì)算，見公式（1）。

式中：Q——設(shè)計(jì)排水流量，m3/s；

A——過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

C——謝才系數(shù)；

R——水力半徑，m；

i——暗涵縱坡，取0.00069；

經(jīng)計(jì)算，4m×3.5m暗涵過流能力為25m3/s，水深3.13m，滿足凈空要求。

2.7 暗涵穩(wěn)定計(jì)算

由于本暗涵為地下結(jié)構(gòu)，僅進(jìn)行抗浮穩(wěn)定計(jì)算。暗涵按5級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)為1.1。

2.7.1 計(jì)算單元及計(jì)算工況

暗涵斷面形式分為兩種類型，一種為箱涵頂覆土，覆土厚度按1.7m計(jì)；另一種為箱涵頂不覆土。

2.7.2 荷載及荷載組合

作用在暗涵的荷載為基本荷載組合。

基本荷載：暗涵自重、設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的靜水壓力及揚(yáng)壓力、土壓力。

2.7.3 計(jì)算公式

暗涵抗浮穩(wěn)定采用公式（2）計(jì)算。

式中，Kf——抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)；

V——向下的垂直總和，kN；

U——揚(yáng)壓力總和，kN。

經(jīng)計(jì)算，涵頂無覆土斷面的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kf為1.1，涵頂覆土1.7m時(shí)，斷面抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kf為1.4，滿足規(guī)范要求的安全系數(shù)1.1。

TV85

C

1004-7042（2017）05-0029-02

崔攀（1989-），男，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師。

2017-03-18；

2017-04-23