安溪县市政公用事业管理局 福建安溪 362400
摘要：伴随着城市化进程及河道功能的演变，城镇河道功能的多样化变化，使河道综合整治的任务己由单纯的满足引水、灌溉等功能向以防洪排水功能为主、兼具生态、景观和休闲旅游等功能的转变。城镇排洪河道的任务就是及时、通畅的排除设计标准下的暴雨洪水。找到合乎实际的排洪河道设计方法是进行河道综合整治、实现河道功能的先决条件。基于此，文章探讨分析了高覆土大断面排洪渠设计要点，以供参考。
关键词：高覆土；大断面；排洪渠设计；方法
引言
城市排洪是城市市政工程的一部分，在日新月异的城市建设中，将排洪渠融入景观设计势在必行，也是摆在我们建筑设计工作者面前的一项新任务。本文排洪渠方案设计，就是这样一项集城市排洪、道路、交通、桥梁、蓄水、休闲等功能的景观水渠工程。
1.工程概况
1.1主体工程概况
本项目位于泉州市安溪县城关，当地山地辽阔，植被良好，以丘陵为主要地貌特征。由于山区地形坡度大，集水时间短，洪水历时短，所以水流急，流势猛，且水流中还携带着砂石等杂质，冲刷力大，容易使山坡下用地受到破坏而造成严重损失。安溪历史上发生过多次洪涝灾害，自1167-1948年共发生26次洪水，平均30年一次，以1935年为最大，推算西溪洪峰流量8500m3/s，相当于80年一遇洪水灾害。
既有的排洪渠道由于渠道淤积、过水断面较小等种种原因，已经远远不能满足当地防护排涝的需求，为防治洪水危害，保障城市防洪安全，结合该片区防洪排规划进行了该排洪渠的设计，该排洪渠用于收集上游山洪水及地势较高场地雨水，使得片区排水体系更加顺畅、完善，对于促进安溪县的医疗、教育产业的开发建设和经济发展具有重要的意义。
1.2水文地质状况
安溪地处南亚热带，3～6月为雨季，10月至次年2月为干季，7～9月为台风季节，3～9月为光、热资源高度集中的时期，占全年降雨量的83～88％。
炭坑溪流域地表径流来自天然降水补给，径流丰富，年径流空间分布呈上游大下游小的趋势。径流年际间变幅大，年内分配受季节性降水的制约有明显的丰枯变化，但径流相对降水有滞后的现象，3月份降水主要补充土壤含水量，4月份以后径流量明显地增加，进入了汛期，10月份以后逐渐进入了枯水期。
1.2.2工程地质条件
根据钻孔揭露深度范围内的资料，拟建道路地层自上而下依次为：杂填土①1（Q4ml）、素填土①2（Q4ml）、填石①3（Q4ml）、粉质粘土②（Q4al-pl）、卵石③（Q4al-pl）、圆砾④（Q4al-pl）、粉质粘土⑤（Qdl）、残积砂质粘性土⑥（Qel）、全风化花岗岩⑦（γ53b）、砂土状强风化花岗岩⑧（γ53b）、碎块状强风化花岗岩⑨（γ53b）、中风化花岗岩⑩（γ53b）。
1.3原炭坑溪存在的问题
（1）因高速路和西二环建设，松动土壤下泄沉积，河道淤积严重。
（2）既有排洪箱涵已经远远不能满足当地防护排涝的需求。由于排洪渠上需填筑中山大桥道路路基土，且既有排洪箱涵不能满足远期场平覆土承载力要求。
②有水压（满流）、无覆土压力作用下弯矩
经计算结果对比可以明显看出，第①种情况下的弯矩最大值为1634KNm，第②种情况下的弯矩最大值为233KNm，两种工况下内力方向相反，且土压力及汽车荷载作用的内力组合远大于仅有管内水压力情况下的结构内力，因此结构实际使用过程中，圆管内的水压起到抵消土压力及汽车荷载的作用。
综上所述，第①种工况为所有可能工况中结构的最不利工况，并据此结果进行结构设计。管涵结构在承载力、扰度、裂缝各项指标均符合要求，因此圆管涵由非满流无压状态转变为满管有压情况下，结构能够满足受力要求。
5.炭坑溪改造工程涵洞水力计算及净过水面积的确定
Q=AV
V=R2/3I1/2/n
式中：Q－设计流量（m3/s）；
A－水流有效断面面积（m2）；
V－流速（m/s）；
R－水力半径（m）；
I－水利坡度；
n－粗糙系数。
计算结果：炭坑溪改造工程涵洞为圆形断面，直径D=6.2m，以最小坡度0.5%，粗糙系数按0.013进行检算，设计流量153.06m3/s，设计流速7.87m/s；过水断面面积19.443m2，占圆涵满流面积的61.41%。
5.P=1%洪水校核
Qp=φ（h-Z）3/2F4/5βγδ
=0.07*（65-5）3/210.024/50.95*1*1
=195.32（m3/s）
涵洞为圆形断面，直径D=6.2m，以最小坡度0.5%，粗糙系数0.013，按满流进行检算，设计流量195.32m3/s，设计流速8.23m/s，过水断面面积23.733m2，占圆涵满流面积的73.348%。
100年一遇洪峰流量Q100=195.32（m3/s），占圆涵满流面积的73.348%。
因此本次设计的圆管涵可满足100年一遇洪水排水要求。
6.冲刷问题
本设计炭坑溪改造工程流速较大，涵洞衬砌砼选用C35标号，迎水面钢筋保护层厚度为5cm，满足《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-2009要求，但持续且长久的水流冲刷必然会对结构造成不利影响，考虑减少糙率和砼表面磨损，增加2cm厚环氧砂浆抹面，并定期对结构进行维护。
经查阅环氧砂浆的材料性能，其冲磨速度为40m/s，管涵全线最大流速为15.91m/s，小于其冲磨速度，因此环氧砂浆抹面具有良好的抗冲刷性能，能显著起到保护结构安全的效果。
7结论
1、根据对炭坑溪水文分析及计算结果，本次炭坑溪改造工程设计的排洪圆涵可满足100年一遇洪水排水要求；根据对本次炭坑溪改造工程设计的排洪圆涵进行过流能力分析复核，其断面过水能力均可满足炭坑溪排洪要求。
2、本次技术设计在既有5cm钢筋保护层的基础上，抹贴2cm环氧砂浆，经验算，在最大流速的最不利状态下结构均可满足抗冲刷要求及耐久性。
3、本次炭坑溪改造工程对箱型、三圆型和平圆型钢筋砼结构进行了详尽的结构分析及比较，确定采用直径为6.2m的平圆型钢筋砼结构断面，经验算，圆管涵由非满流无压状态转变为满管有压情况等各种工况下，结构均可满足受力要求。
参考文献：
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论文作者:谢远景
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/13
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