汾河太原段综合治理三期工程暗涵设计

崔攀

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

汾河太原段综合治理三期工程暗涵设计

崔攀

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

根据汾河一期和二期工程的经验及存在的问题，三期工程对暗涵位置进行了重新确定，妥善解决了防洪，蓄水，排沙和美化的矛盾。简述了暗涵断面设计、地基处理措施、过流能力和稳定的计算，可为其他类似工程提供借鉴。

汾河太原段；暗涵设计；过流能力计算

1 工程概况

1999年以来，太原市政府对太原市城区段的汾河河道进行了两期综合治理。为配合太原市“南进”的发展规划和建设需求，实施汾河三期治理工程。治理范围为二期工程末端向南延伸至晋祠迎宾路南2km，治理总长12km。扩大汾河公园范围，改善城区的生态环境和人居环境。

考虑到太原市雨污分流设施的滞后，部分污水尚无法接入污水处理厂进行达标排放，而是沿汾河两岸的边山支沟随着雨洪一起汇入汾河。为了防止污水对治理段景区形成污染，在治理段的东、西两岸，分别设置了排污暗涵，对沿途两岸边山支沟内污水和初期雨洪进行了收集，并集中排泄在治理段下游的汾河河道内，总长为24km。

2 暗涵设计

2.1 两岸支沟排水情况

本工程承接了上游二期工程下泄的污水（主要原因是大部分排水管网为雨污合流，污水伴随着雨水排入边山支沟）和初期小流量的较脏雨水，二期工程暗涵的最大下泄流量约20m3/s。

考虑到三期工程东岸有许坦渠，根据《太原市城市防洪规划》，设计排泄雨洪流量为15m3/s。西岸有风峪河，汇入小流量洪水按风峪河2年一遇洪水考虑，为10m3/s。

2.2 暗涵位置的确定

本工程继续将排污暗涵向下游延伸至治理段末端，根据一、二期工程的经验教训，暗涵不再临水布置，而是涵堤分离，为达到生态治河、预留亲水空间的目的，即将三期工程的东、西暗涵布置在岸边平台上。此方案优点较为突出，分析如下：

根据一、二期工程多年运行经验，暗涵临水布置，兼做蓄水池岸墙，使河道过分人工化，完全破坏了河道的自然特征，体现在河岸直、硬，隔断了水、陆两地的联系，破坏了生物多样性。后虽在暗涵内侧局部进行过堤岸生态化处理，如将直墙斜坡化处理等，生态景观效果有所改善，但仍不理想。本工程暗涵外移以后，蓄水池岸墙可采用多种生态护岸型式，景观效果好。暗涵布置在二级台地上，为全地下式结构布置，对景观无不利影响。暗涵不临水设置，冬季堤岸处无须破冰，运行费用低，维护方便。

2.3 暗涵规模的确定

排污暗涵的作用是截断两岸边山支沟降雨初期水质较差的小流量洪水，以减少对汾河蓄水池水体污染的机率。根据支沟的汇入情况，汾河一期工程排污暗涵的过流能力为15m3/s，汾河二期排污暗涵的过流能力为20m3/s。

汾河三期工程东岸有许坦渠汇入，设计汇入流量15m3/s，考虑到流量的直接叠加会造成工程浪费，鉴于渠道内初期雨洪水质差且目前仍流有污水，因此支沟汇入后的东暗涵过流能力拟增加5m3/s，即许坦渠汇入前的东暗涵按20m3/s计，汇入后的东暗涵按25m3/s计。许坦渠剩余10m3/s洪水由排水泵站抽至汾河蓄水池内。

汾河三期工程西岸有风峪河汇入，汇入小流量洪水按风峪河2年一遇洪水考虑，为10m3/s。考虑到各支沟降雨造洪存在一定的不同期性，流量的直接叠加会造成工程浪费，因此，风峪河汇入后的西暗涵过流能力拟增加5m3/s，即风峪河汇入前的西暗涵按20m3/s计，汇入后的西暗涵按25m3/s计。

2.4 断面设计

2.4.1 纵断设计

东、西暗涵各长12km，始于祥云桥下游500m处的二期工程暗涵末端，该处内底高程与二期工程暗涵末端相同，为773.3m。为尽可能加大暗涵纵坡，以减少泥沙淤积，暗涵出口内底高程为764.28m，略底于该处河道现有主槽。

本工程暗涵设计纵坡为0.69‰，经计算，暗涵设计排水流量25m3/s时的流速为2.0m/s，满足《室外排水设计规范》中规定的最小设计流速0.75m/s的要求。

2.4.2 横断设计

暗涵采用C30钢筋混凝土结构，为箱形结构。风峪河和许坦渠入口以上断面净尺寸为3m×3.5m（宽×高），边墙厚0.4m，顶板厚0.3m，底板厚0.5m。风峪河和许坦渠入口以下断面净尺寸为4.0m×3.5m（宽×高），边墙、顶板厚度均为0.4m，底板厚0.5m。为增加墙体的稳定，底板两侧均向外悬挑0.8m，底板延伸后的基础总宽分别为5.4m和6.4m。

由于暗涵与防渗墙组成防渗体系，箱涵顶高程需满足设计蓄水加超高0.3m的要求。对于不满足的，在箱涵顶加设悬臂板，板厚为0.4m。

暗涵每隔15m设一道伸缩缝，缝间设止水带，缝内填中密度闭孔泡沫板。止水带采用一体化定位孔定位的B类氯丁橡胶止水带，宽350mm，厚8mm，中间圆孔内径30mm。

2.4.3 暗涵混凝土设计

暗涵混凝土强度等级为C30，抗渗强度等级W6，抗冻强度等级F150。根据地勘报告，工程区污水、局部地段地下水对混凝土具有中等腐蚀性，局部地段地基土对混凝土、钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构具有弱～中腐蚀性，为延长工程的使用寿命，需进行防腐设计。水泥优先采用矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，并采用抗腐蚀抗冻防水剂。

2.4.4 暗涵细部设计

为方便暗涵检修通气，在暗涵顶部每隔50m设一通气孔，孔口尺寸500mm×500mm，并在孔口加盖钢板。钢板上预留直径150mm的通气孔，孔口接通气管，通气管高度超过人的嗅觉高度，通气管外观可结合景观设计考虑。

2.5 地基处理

根据地勘资料，东、西暗涵地基土15m深度范围内以粉细砂和粉质粘土为主，属严重液化地基。根据排污箱涵的工程等级（丙类建筑）及运行情况，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）规定：地基可“采取部分消除液化沉陷，且对基础和上部结构处理”。通过对强夯、换填和挤密桩的综合比较，采用强夯法处理最为经济合理可行，故本工程暗涵采用强夯法，处理深度为6.0m，并要求在建基面以下3m深度范围内消除液化，处理宽度按超出基础边缘以外3.0m设计。根据试夯成果，在暗涵地基强夯前，需进行降水。初拟采用井点降水，共布置3200眼降水井。

2.6 过流能力计算

根据《水力计算手册》，暗涵过流能力按明渠均匀流计算，见公式（1）。

式中：Q——设计排水流量，m3/s；

A——过水断面面积，m2；

C——谢才系数；

R——水力半径，m；

i——暗涵纵坡，取0.00069；

经计算，4m×3.5m暗涵过流能力为25m3/s，水深3.13m，满足净空要求。

2.7 暗涵稳定计算

由于本暗涵为地下结构，仅进行抗浮稳定计算。暗涵按5级建筑物设计，根据《水闸设计规范》，抗浮稳定安全系数为1.1。

2.7.1 计算单元及计算工况

暗涵断面形式分为两种类型，一种为箱涵顶覆土，覆土厚度按1.7m计；另一种为箱涵顶不覆土。

2.7.2 荷载及荷载组合

作用在暗涵的荷载为基本荷载组合。

基本荷载：暗涵自重、设计洪水位时的静水压力及扬压力、土压力。

2.7.3 计算公式

暗涵抗浮稳定采用公式（2）计算。

式中，Kf——抗浮稳定安全系数；

V——向下的垂直总和，kN；

U——扬压力总和，kN。

经计算，涵顶无覆土断面的抗浮稳定安全系数Kf为1.1，涵顶覆土1.7m时，断面抗浮稳定安全系数Kf为1.4，满足规范要求的安全系数1.1。

TV85

C

1004-7042（2017）05-0029-02

崔攀（1989-），男，2011年毕业于太原理工大学水利水电工程专业，工程师。

2017-03-18；

2017-04-23