辽阳市城市污水处理排水干渠改造设计

陈 妍，孙贵军

(1.灯塔市水务局，辽宁灯塔111300;2.锦州北镇市水土保持站，辽宁北镇121300)

1 辽阳市污水厂排水干渠现状

随着辽阳市城市规模的扩大及近年来辽阳地区降水量加大，排水量大幅增加，造成排干排水能力不足;加上附近农户公民意识较差，随意乱倒垃圾，挤占渠道，造成渠道断面缩小，过水能力不足和排水不畅，给城区和沿渠居民带来很大的损失和不便，工程改造迫在眉睫。

排水干渠形成于20世纪70年代，上段为辽阳市排水干渠城市段，起点在辽阳市城市排干排水泵站出口，终点为南排干与柳壕河交汇排水出口，全长3 900.00 m。为土渠梯形断面，渠底宽平均6.00 m，上口宽10.00 m，沿途跨渠道有9座桥梁，渠道为滩槽分明的复式河槽。

2 排水干渠工程

本工程主要为渠道衬砌工程，总长3 900.00 m。桩号0+000至3+900，渠底净宽8.00 m;柳壕河出口处两侧设置长度为40.00 m钢筋混凝土护坡。在交通桥前后设置了渐变段。渐变段桥前后各10.00m与桥宽顺接。纵断面比降采用1/1 800;横断面采用重力式素混凝土墙为边坡，素混凝土底板的结构形式。具体为，墙顶宽为0.30 m，底宽1.80 m，墙高2.76 m，底板截面厚度0.15 m，渠道净宽8.00 m，墙背填土高与墙顶持平。

根据南排排水量为9.30 m3/s，北排排水量为8.00 m3/s，污水流量2.00 m3/s，稻田泄水量为4.00 m3/s，合计流量23.30 m3/s。

远期南排流量18.50 m3/s，污水流量3.00 m3/s，稻田泄水量为3.00 m3/s，合计流量24.50 m3/s。所以取设计流量为24.50 m3/s。

改造后的排水干渠过水断面为矩形素混凝土断面，糙率取为0.016。此工程主要为渠道衬砌工程，主要任务是保证排水干渠过流通畅，增大排水能力、护坡、固脚和减糙为主。

3 渠道断面

根据确定后的渠道设计流量24.50 m3/s，进行渠道断面设计，要求渠道有足够的水位，保证渠道有足够的过水能力和稳定的渠床，及时通过设计流量，保证城市排水要求。

3.1 渠道纵断面

1)排水干渠控制水位推求。以污水厂出口处水位为控制水位，向下推求，沈大高速桥下排水泵站出口处水位为15.92 m。

按照排水渠道设计的两种典型流量，即渠道设计流量、渠道最小流量，对南排干渠进行水位推求。

2)干渠纵断面的水位衔接。一般衔接位置在入水口或桥处，为了保证水流平顺，需修建足够的渐变段。

3)纵断面的绘制。根据渠道纵断面设计成果，集中反映在纵断面图上，可作为渠道施工放样，计算土方量之用。

3.2 渠道横断面

根据现场情况，由于干渠(沈大高速桥～沙岭台村段)左岸为106省道，右岸为村庄和农田，断面很小，为了更大限度地扩展过水断面和保证过水能力，断面形式选用矩形断面。

3.2.1 断面尺寸的确定

按照已确定的渠道设计流量，通过水力计算，确定渠道的断面尺寸。采用明渠均匀流基本公式计算，即:

式中:Q为渠道设计流量;ω为渠道过水断面面积;R为水力半径，m;i为水面比降，在均匀流中与渠底比降一致;C为谢才系数，一般用曼宁公式C=1/nR1/6，n为渠床糙率。

3.2.2 渠床造率的选择

渠床糙率n值的选择，应尽量符合或接近渠床的糙率0.016。

3.2.3 渠道的边坡系数m的选择改造后的排水干渠为矩形断面，m=0。排水干渠水利要素表见表1。

表1 排水干渠水利要素表

4 衬砌形式

4.1 横断面选取原则

排水干渠两侧地面与渠底高差在2.00～3.50 m，渠底临近或低于地下水位，右侧水田的旁渗水大部分时间处于补给渠道状态，自然渠坡在扬压力和冲刷力作用下，造成了坍塌破坏，冬季渠道属于强冻胀，在春融期，渠道边坡经常出现冻融滑塌，致使过水断面逐渐较小;附近农户随意乱倒垃圾，挤占渠道，造成渠道断面进一步缩小，加剧了过水能力不足的问题。另外，比降不够、水草滋生、流速减慢也是造成排水不畅的重要原因。

4.2 衬砌方案

4.2.1 基本资料

采用重力式素混凝土墙为边坡，素混凝土底板的结构形式。具体为:墙顶宽为0.30 m，底宽1.80 m，墙高2.76 m，底板截面厚度0.15 m，渠道净宽8.00 m(地勘没有发现地下水，但考虑到排干右岸水田的因素故取该值)，考虑最不利情况墙前水深0.00 m，土的内摩擦角13°，素混凝土强度等级采用C20。

根据《水工混凝土结构设计规范》［1］(SL 191一2008)及SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》［2］规定，对于2级、3级水工建筑物，荷载基本组合时素混凝土受弯构件承载力安全系数为K=2.00，C20混凝土轴心抗拉强度设计值为1.54 N/mm2。

4.2.2 结构计算

本工程主要对重力式挡土墙护坡进行安全验算。由于挡土墙边坡中间为0.15 m厚的渠道底板，起到简支梁作用，能够减小墙土滑动对墙体的影响，因此主要进行墙土的抗倾稳定计算。

挡土墙几何尺寸:顶宽为0.30 m，底宽1.80 m，墙高2.16 m，前趾高0.60 m，前趾长0.80 m，后趾高0.60 m。

基本计算参数:土壤饱和容重2.26 kN/m3，土壤容重1.95 kN/m3，土壤干容重1.55 kN/m3，土壤内摩擦角 13°，土 壤 摩 擦 系 数 0.31，混 凝 土 密度2.45 kN/m3。

经计算挡土墙抗倾安全系数为1.82＞1.5，偏心距为0.43＜B/4=0.45。所以该挡土墙安全。

4.3 衬砌结构形式

如上分析，采用重力式素混凝土墙为边坡，素混凝土底板的结构形式。具体为:墙顶宽为0.30 m，底宽1.80 m，墙高2.76 m，底板截面厚度0.15 m，渠道净宽8.00 m，渠底后0.15 m。为了预防发生危险，矩形槽内墙两侧设置 φ14预埋钢筋扶梯，间距为20.00 m。

4.4 钢筋混凝土护坡结构形式

护坡墙身高3.45 m，基础埋深1.20 m，采用C20混凝土，钢筋采用2级钢筋，基础底部设10 cm厚砂垫层。

5 结论

排水干渠改造工程的实施，既能改善和缓解辽阳市城市排干排水能力不足问题，同时又能改善沿渠居民的生产生活条件，保障沿河人民的生命财产安全，因此建设此工程是十分必要的，污水处理排水干渠改造工程设计为工程建设提供了宝贵依据，为工程建设打下了坚实的基础。

［1］水利部长江水利委员会长江勘测规划设计研究院.SL191—2008水工混凝土结构设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2008.

［2］长江水利委员会长江勘测规划设计研究院.SL2252—2000水利水电工程等级划分及洪水标准［S］.北京:中国水利水电出版社，2000.