月季園東園某應急排水工程設計要點

任 燁

（河南靈捷水利勘測設計研究有限公司，河南 南陽 473000）

1 工程概況

南陽市月季園東園面積44 hm2，園區(qū)澇水通過北側水系排入月季大道市政雨水管道；月季大道雨水管道設計流量不足以容納東園排澇流量，雨季存在排澇安全隱患，將給園區(qū)內基礎設施造成嚴重影響。為此，南陽市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)啟動“南陽市月季園東園應急排水及白桐干三支渠恢復工程”項目。

以下就北側出水口工程、東側排水溝、排水涵及東溝橋涵工程等五部分設計要點展開分析研究。

2 北側出水口工程設計

2.1 北側出水口布置

北側出水口由連接段、泄水閘、倒虹吸組成。泄水閘前采用連接段與東園北側水系相連，連接段長3.72 m。泄水閘采用液壓壩型式，壩長3 m，壩高1.10 m，C25 鋼筋混凝土結構。泄水閘后接倒虹吸，長124 m，采用頂管型式，管材為DN2000C50鋼筋混凝土Ⅲ級管，壁厚0.20 m。工作井布置在倒虹吸出口處，采用鋼板樁支護；接收井布置在倒虹吸進口處，采用沉井法施工。倒虹吸出口工作井后采用Mu60M7.5漿砌石扭面與現狀排水溝相接。扭面段長4 m，底寬由4 m漸變?yōu)? m。

2.2 倒虹吸水力計算

2.2.1 倒虹吸管徑計算

2.2.2 倒虹吸管輸水能力復核

2.2.3 倒虹吸總水頭損失

選定公式：hw=（Σξ+λL/D），經計算為0.13 m。

2.3 工作井設計

2.3.1 工作井深度計算選定

按《給水排水工程頂管技術規(guī)程》公式H=hs+D1+h：，工作井深度經計算為6.50 m，結合地形綜合設計工作井頂高程125.80 m，取底板面高程118.50 m，即工作井深7.30 m。

2.3.2 基坑支護設計

①鋼板樁強度計算。經計算，鋼板樁邊緣正應力為75 145.60 kPa，鋼板樁抗彎強度設計值265 000.00 kPa。σ<［σ］，樁身強度滿足要求。②抗傾覆計算。經計算，ke=1.78>1.2，抗傾覆滿足要求。③整體穩(wěn)定性驗算。按瑞典條分法總應力法公式：經計算ks=2.00>1.3，整體穩(wěn)定滿足要求。④墻底抗隆起計算。經計算，Kq=4.85>1.60，滿足要求。⑤坑底抗隆起計算。經計算，KL=2.27>1.90，滿足要求。

2.4 接收井設計

接收井采用矩形C25鋼筋混凝土結構。尺寸為4 m×4.50 m（長×寬）。按公式：B=D1+2×1000，經計算，接收井內凈最小寬度為4.40 m，此次設計取4.50 m。

2.5 管道結構計算

據上述水力計算所確定的管徑，結合《給水排水工程頂管技術規(guī)程》對鋼筋混凝土頂管材料要求，管道擬選用預制C50鋼筋混凝土Ⅲ級管，內徑2.00 m，壁厚0.20 m，單節(jié)長2 m。

按公式：Fdc=，經計算，所選用的預制C50鋼筋混凝土管頂管傳力面允許最大頂力Fdc為24 969 kN。

2.6 管道強度計算

2.6.1 計算條件根據前述水力計算及工程布置，管道選用預制C50鋼筋混凝土Ⅲ級管，內徑2.00 m，壁厚0.20 m，管道共1 排，長124 m。管道內底標高119.70 m，管頂外標高121.90 m，路面高程125.45 m，管頂至路面覆土厚度3.55 m。

2.6.2 計算工況

①空管期；②渠道加大流量運行期。荷載組合表（此略）。

2.6.3 荷載計算

沿管道縱向取1 m 長度進行荷載計算：①管道自重。經計算，管道自重標準值G1k=34.54 kN，設計值=1.2G1k=41.45 kN。②豎向土壓力。經計算Bt=4.14 m，Cj=0.73，豎向土壓力Fsv=144.68 kN，設計值=1.27Fsv=183.75 kN。③管道側向土壓力。經計算，側向土壓力標準值Fh=112.06 kN，設計值=1.27Fh=142.32 kN。④水壓力。非均勻內水壓力標準值Pw=πγwD2/4=3.14×10×2.02/4=31.40 kN；非均勻內水壓力設計值=1.27Pw=39.88 kN。均勻內水壓力標準值PB=γwh=10×4.5=45 kN/m；均勻內水壓力設計值=1.27PB=57.15 kN。⑤地面荷載。地面作用傳遞至管頂的壓力標準值取地面堆積荷載的作用標準值qk=10 kN/m2。則qkD1=24 kN/m，設計值=1.4qkD1=33.60 kN/m。

2.6.4 內力計算

表1 管道內力計算表 單位：kN/m、kN

2.6.5 核定預制管道的破壞荷載

根據前述計算所確定的管徑，查《頂管用鋼筋混凝土管標準》，所選預制C50 鋼筋混凝土Ⅲ級圓管的裂縫荷載為203.50 kN/m，破壞荷載為327.30 kN/m。

預制圓管產品的破壞荷載，按三邊支承法測定，圓管最大彎矩公式：M=0.381Pr0，據此計算，可將上述計算的M 值代入，計算相應的管頂集中線荷載：p=M/0.318r0=23.851/（0.318×1.1）=68.18 kN/m＜327.30 kN/m。計算可知，管道強度滿足要求。

3 東側排水工程其他工程設計

3.1 東側排水溝

東側排水溝清淤疏浚保持排水溝平面布置不變，全長3.12 km。排水支溝長0.56 km，設計比降1/1 000，設計底寬不小于1.20 m，設計邊坡1∶1。

3.2 東溝橋涵工程設計

①東側排水溝工程重建生產橋3 座，設計標準為農橋－Ⅰ級。②東側排水溝工程重建排水涵10座，總寬5.00 m，凈寬4.40 m，跨2 m。③橋梁橋臺承載力驗算。經計算，橋梁σmax為71.89 kPa，σmin為22.33 kPa，小于地基容許承載力［δ］120 kPa。④排水涵橋臺承載力驗算。經計算，排水涵σmax為131.91 kPa，σmin為11.29 kPa，平均基地應力71.60 kPa，小于地基容許承載力［δ］120 kPa。

3.3 東側排水工程相關管線遷建保護設計

①污水管道。采用DN400PE63 級聚乙烯管材，外套DN457 鋼管，壁厚9 mm，管道底高程與原工程一致，遷建長度35 m。②弱電線路。穿管保護，具體長度據工程施工情況確定。

4 結語

綜上所述，了解工程概況，就北側出水口工程、東側排水溝、排水涵及東溝橋涵工程等五部分完成工程設計目標。