月季园东园某应急排水工程设计要点

2023-11-06任烨

河南水利与南水北调 2023年9期

任烨

（河南灵捷水利勘测设计研究有限公司，河南南阳 473000）

1 工程概况

南阳市月季园东园面积44 hm2，园区涝水通过北侧水系排入月季大道市政雨水管道；月季大道雨水管道设计流量不足以容纳东园排涝流量，雨季存在排涝安全隐患，将给园区内基础设施造成严重影响。为此，南阳市城乡一体化示范区启动“南阳市月季园东园应急排水及白桐干三支渠恢复工程”项目。

以下就北侧出水口工程、东侧排水沟、排水涵及东沟桥涵工程等五部分设计要点展开分析研究。

2 北侧出水口工程设计

2.1 北侧出水口布置

北侧出水口由连接段、泄水闸、倒虹吸组成。泄水闸前采用连接段与东园北侧水系相连，连接段长3.72 m。泄水闸采用液压坝型式，坝长3 m，坝高1.10 m，C25 钢筋混凝土结构。泄水闸后接倒虹吸，长124 m，采用顶管型式，管材为DN2000C50钢筋混凝土Ⅲ级管，壁厚0.20 m。工作井布置在倒虹吸出口处，采用钢板桩支护；接收井布置在倒虹吸进口处，采用沉井法施工。倒虹吸出口工作井后采用Mu60M7.5浆砌石扭面与现状排水沟相接。扭面段长4 m，底宽由4 m渐变为2 m。

2.2 倒虹吸水力计算

2.2.1 倒虹吸管径计算

2.2.2 倒虹吸管输水能力复核

2.2.3 倒虹吸总水头损失

选定公式：hw=（Σξ+λL/D），经计算为0.13 m。

2.3 工作井设计

2.3.1 工作井深度计算选定

按《给水排水工程顶管技术规程》公式H=hs+D1+h：，工作井深度经计算为6.50 m，结合地形综合设计工作井顶高程125.80 m，取底板面高程118.50 m，即工作井深7.30 m。

2.3.2 基坑支护设计

①钢板桩强度计算。经计算，钢板桩边缘正应力为75 145.60 kPa，钢板桩抗弯强度设计值265 000.00 kPa。σ<［σ］，桩身强度满足要求。②抗倾覆计算。经计算，ke=1.78>1.2，抗倾覆满足要求。③整体稳定性验算。按瑞典条分法总应力法公式：经计算ks=2.00>1.3，整体稳定满足要求。④墙底抗隆起计算。经计算，Kq=4.85>1.60，满足要求。⑤坑底抗隆起计算。经计算，KL=2.27>1.90，满足要求。

2.4 接收井设计

接收井采用矩形C25钢筋混凝土结构。尺寸为4 m×4.50 m（长×宽）。按公式：B=D1+2×1000，经计算，接收井内净最小宽度为4.40 m，此次设计取4.50 m。

2.5 管道结构计算

据上述水力计算所确定的管径，结合《给水排水工程顶管技术规程》对钢筋混凝土顶管材料要求，管道拟选用预制C50钢筋混凝土Ⅲ级管，内径2.00 m，壁厚0.20 m，单节长2 m。

按公式：Fdc=，经计算，所选用的预制C50钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力Fdc为24 969 kN。

2.6 管道强度计算

2.6.1 计算条件根据前述水力计算及工程布置，管道选用预制C50钢筋混凝土Ⅲ级管，内径2.00 m，壁厚0.20 m，管道共1 排，长124 m。管道内底标高119.70 m，管顶外标高121.90 m，路面高程125.45 m，管顶至路面覆土厚度3.55 m。

2.6.2 计算工况

①空管期；②渠道加大流量运行期。荷载组合表（此略）。

2.6.3 荷载计算

沿管道纵向取1 m 长度进行荷载计算：①管道自重。经计算，管道自重标准值G1k=34.54 kN，设计值=1.2G1k=41.45 kN。②竖向土压力。经计算Bt=4.14 m，Cj=0.73，竖向土压力Fsv=144.68 kN，设计值=1.27Fsv=183.75 kN。③管道侧向土压力。经计算，侧向土压力标准值Fh=112.06 kN，设计值=1.27Fh=142.32 kN。④水压力。非均匀内水压力标准值Pw=πγwD2/4=3.14×10×2.02/4=31.40 kN；非均匀内水压力设计值=1.27Pw=39.88 kN。均匀内水压力标准值PB=γwh=10×4.5=45 kN/m；均匀内水压力设计值=1.27PB=57.15 kN。⑤地面荷载。地面作用传递至管顶的压力标准值取地面堆积荷载的作用标准值qk=10 kN/m2。则qkD1=24 kN/m，设计值=1.4qkD1=33.60 kN/m。

2.6.4 内力计算

表1 管道内力计算表单位：kN/m、kN

2.6.5 核定预制管道的破坏荷载

根据前述计算所确定的管径，查《顶管用钢筋混凝土管标准》，所选预制C50 钢筋混凝土Ⅲ级圆管的裂缝荷载为203.50 kN/m，破坏荷载为327.30 kN/m。

预制圆管产品的破坏荷载，按三边支承法测定，圆管最大弯矩公式：M=0.381Pr0，据此计算，可将上述计算的M 值代入，计算相应的管顶集中线荷载：p=M/0.318r0=23.851/（0.318×1.1）=68.18 kN/m＜327.30 kN/m。计算可知，管道强度满足要求。

3 东侧排水工程其他工程设计

3.1 东侧排水沟

东侧排水沟清淤疏浚保持排水沟平面布置不变，全长3.12 km。排水支沟长0.56 km，设计比降1/1 000，设计底宽不小于1.20 m，设计边坡1∶1。

3.2 东沟桥涵工程设计

①东侧排水沟工程重建生产桥3 座，设计标准为农桥－Ⅰ级。②东侧排水沟工程重建排水涵10座，总宽5.00 m，净宽4.40 m，跨2 m。③桥梁桥台承载力验算。经计算，桥梁σmax为71.89 kPa，σmin为22.33 kPa，小于地基容许承载力［δ］120 kPa。④排水涵桥台承载力验算。经计算，排水涵σmax为131.91 kPa，σmin为11.29 kPa，平均基地应力71.60 kPa，小于地基容许承载力［δ］120 kPa。