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合流干渠上特殊截流井设计

2015-10-21王连平

基层建设 2015年34期

王连平

广西建信工程设计有限公司

摘要:目前,在市政工程设计中,涉及截流井设计计算的规范主要有《室外排水设计规范》(GB50014-2006)、《给水排水设计手册》(第1册和第5册),其中《室外排水设计规范》中设计污水截流管管径为300mm~600mm,管径较小,满足截污的流量小,只能适用于小流量的合流管截污井的计算,在实际的工程中,远不能满足工程中污水量的要求,而《給水排水设计手册》中涉及到的雨水溢流井及堰流的计算,能够满足一般截流井的设计,在实际工程中,受到客观因素制约时有发生,设计时往往不能按部就班的选用计算。因此,本人将做过的柳州市莲花合流干渠截流井的计算进行分析,用以说明特殊截流井的计算。

关键词:合流干渠;截流量;截流井;堰高

具体内容:1、工程概述:该干渠断面大小为BXH=4500X3000,断面大,流量大,且修建于90年代,采用的是雨、污合流制排水体制,雨、污水直接排入柳江,给水环境造成一定的污染,因此需要做截流井设计,截流污水入污水处理厂处理达标排放,雨水溢流入柳江。

2、工程截污井设计难点:本工程设计截污井主要为截流莲花干渠污水。截流井的位置,应该根据污水截流干管的位置、合流管渠位置、溢流管下游水位高程和周围环境等因素确定。截流井设置在排出口处,以便对现状合流渠中的污水截流完全,而本工程中因下游经过隧道入莲花提升泵站,该段无条件设置截流井(没空地设置),因此截污井设置在南环路上莲花干渠与隧道交接处,该处渠底标高为74.66米,低于柳江水面77.8米,平常该干渠为上游雍高下游淹没出流的状态。因此截污井设计为堰式截污井,为防止旱季时柳江水倒灌入截污管中,该溢流堰顶必须高于77.8米的柳州水位,同时由于莲花干渠途径的商业技术学校地面标高为78.5~80.5米,地势较低,设计截流堰后,不能对其造成下雨内涝的影响。莲花合流干渠断面较大,水位受上述客观条件控制,不同于常规的截流井设计。

3、截流井设计:

1)、雨水量计算公式:Q雨=Ψ*q*F(L/S)

2)、污水量计算公式:Q平旱污=qFN/K日(L/s)

3)、雨季截流污水量计算公式:Q截污=(1+n)*Q平旱污

按柳州暴雨强度公式及按目前柳州市综合用水量标准,由上述公式计算得

Q雨=36229.08(l/s),Q污=1451.05(l/s)

Q总=Q雨+Q污=37680.13(l/s)

Q截污=1832.99(l/s)

Q溢流=Q总-Q截污=37680.13-1832.99=35847.14(l/s)=35.847m3/s

4)、截污井标高确定:

本次设计截污井的原则是:实施堰式截流井之后,仍使现状莲花干渠排水基本保持原有水流状态。

因外江水位为77.80m,截污井处原莲花干渠(BXH=4500X3000)底标高为为74.62m,截污井处原莲花干渠下游为原隧道BXH=4.5X4.0(包含上面拱形部分)排入柳江。

原有隧道断面图

根据水力计算公式:Q=A*V

V=1/n*R2/3*i1/2

A=BH+S

X=B+2*H+L

R=A/X

Q----流量(m3/s)采用上述Q溢流量为35847.14(l/s)

V---流速(m/s)

A—水流断面m2,

n---粗糙系数;取0.013

R---水力半径(m)

i---水力坡度;

X—湿周(m)

由图代入数据得:

A=4.5*2.701+(3.14*2.598^2*120/360-1/2*4.5*sin30*2.598

=16.30(m2)

X=4.5+2*2.701+2*3.14*2.598*120/360

=15.34(m)

R=A/X=16.3/15.34=1.0625

V=Q/A=35.847/16.30=2.20(m/s)

V=1/n*R2/3*i1/2

2.20=1/0.013*1.0625^2/3*i^1/2

i=0.00075,取i=0.08%

通过上述水力计算,莲花干渠下游的原隧道(上图形式)排出本设计Q溢流量,需要水力坡度是0.08%,截流井至柳江排出口处长度约为1160米,需要的水位差h=1160x0.08%=0.928m,取1.0m,方可将设计Q溢流量排出,即截流堰的下游水位为78.80m。堰上标高则以旱季截污时能够阻挡外江水控制,外江水位标高为77.80m,因此堰上标高取78.00m。堰上水头按1.0m控制,则堰上水位标高为79.00m,堰的上下游水位差为0.2m,即比不做堰时,上游水位升高0.2m,水位变化不大,基本上保持了原有莲花干渠的水流状态。

5)、截流井堰长计算:

现状排水渠较大,为了少占地,本次设计的截污井是在原有莲花干渠位置改造成三侧堰上出流,溢流水量通过正面及两侧面溢流排出。

根据上述标高的确定,有

H=1.0m,(堰上水头)

h=0.8m,(堰下水头)

Z=0.2m,(堰上下游的水位差)

P=3.30m(堰壁高度)

,,

① Z

根据淹没式矩形堰的计算公式:Q溢流=mbH3/2

=1.05(1+0.2*h/p)3

=0.5412

m=(0.405+0.0027/H)[1+0.55*H2/(H+P)2]

=0.4198