CN113202062B - 一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期的排洪方法 - Google Patents

一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期的排洪方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期的排洪方法，属于水利水电工程领域。堆渣前，在渣场底部修建排水盲沟；堆渣期间，在渣场一侧靠近山坡部位的渣面上预留临时排洪通道，将渣场上游洪水集中排至渣场下游，当渣面填筑一定高度后，在非洪水期回填此临时排洪通道，预留填高后的渣面临时排洪通道，以保证下一洪水期堆渣体上形成新的排洪通道，如此往复直至弃渣结束；堆渣完成后，在渣场顶部靠近山体处修建永久排洪渠。优点是在渣面上修建排洪渠，施工更安全、简单、快捷、成本低；在渣面上修建排洪渠，减少了对两侧山坡的扰动，有利于减少水土流失；在渣面上修建排洪渠，减少了在两侧山坡上修建排洪渠的征地。

Description

一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期的排洪方法
技术领域
本发明涉及水利水电工程领域，尤其是指一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期排洪的方法。
背景技术
目前，沟道型弃渣场排洪常规设计是：堆渣前在沟道两侧山坡上修建排洪渠或在渣体底部修建排洪箱涵。
堆渣前在山坡上修建排洪渠，施工难度大、成本高，且在山坡上修建排洪渠受地形、地质条件影响较大，如两侧山坡陡峭、岩石破碎或有顺层倾向等不良地形地质条件时，修建排洪渠代价较大甚至无法修建排洪渠。另外，弃渣过程中常因渣量的变化导致渣场实际堆高与设计高程不符，从而使堆渣前修建在山坡上的排洪渠因渣量减少而成为渣场上空的“悬渠”，或因渣量的增加致使修建的排洪渠被埋没而无法使用。
若弃渣前在渣体底部修建箱涵，箱涵顶部大量堆渣常造成箱涵基础不均匀沉降，导致箱涵出现破坏而影响使用功能，且水利水电工程弃渣场规模大、渣体堆置厚，经计算的涵洞结构尺寸大，造价较高。另外，箱涵运行期间，箱涵内堆积块石、树枝、漂木等杂物影响泄流能力。因此，箱涵在运行、维护、检修、造价等方面均无优势。
发明内容
本发明提供一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期的排洪方法，即施工期采用临时排洪，弃渣完成后再在渣面上修建永久排洪渠的方法。以解决因两侧山体地形陡峭、地质条件不良修建排洪渠难度大、造价高、因渣场设计高程与实际堆渣高程不符的问题。
本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：
(一)渣体底部排水盲沟
堆渣前，在渣体底部布设排水盲沟，盲沟沿原始沟道地面最低处布置，盲沟为梯形断面，内部填充块石和砂砾石，盲沟顶部包裹400g/m2无纺布；
(二)临时排洪通道
(1)临时排洪通道布置；
(2)排洪通道断面尺寸确定；
根据弃渣场级别确定洪水标准，并根据实测水文资料或各省(自治区、直辖市)《暴雨洪水图集》计算设计洪峰流量Qm；
(三)永久排洪渠
为保证排洪渠长期稳定运行，永久排洪渠采用矩形钢筋混凝土结构，排洪渠下游陡坡段底面布置交错式糙条、末端出口处布置消力池消能。
本发明所述步骤(二)中(1)临时排洪通道布置包括：
渣场堆渣期间，在渣场一侧靠近山坡部位的渣面上预留第一洪水期排洪通道，并对排洪通道进行平整后采用400～700g/m2的PVC防水涂层帆布进行铺衬，用U型钉对PVC防水涂层帆布进行加固，在排洪通道进口处布置浆砌石结构的导流翼墙，将渣场上游洪水集中导入排洪通道，再排至渣场下游，当渣面填筑一定高度后，在非洪水期回填第一洪水期排洪通道，预留填高后的相同结构形式的第二洪水期排洪通道，以保证每一洪水期洪水顺利排至渣体下游，排洪通道中铺衬的PVC防水涂层帆布可重复利用，如此往复预留第三洪水期、第四洪水期排洪通道，直至弃渣结束。
本发明所述步骤(二)中(2)排洪通道断面尺寸确定如下：
拟定排洪通道采取梯形断面形式，通道的底坡i＝0.01，边坡系数m＝2，底宽b1、高h1，根据设计洪水Qm按公式(1)计算：
Figure BDA0003081560040000021
式中：
Qm：设计流量，单位m3/s；
A：过水面积m2，A＝(b1+mh1)h1，其中b1为底宽，单位m，m为边坡系数，
h1：设计水深，单位m；
C：谢才系数，用公式C＝R1/6/n计算，其中n为糙率；
R：水力半径，单位m，R＝A/S，其中S为湿周m，
Figure BDA0003081560040000022
i：通道的底坡。
本发明所述步骤(三)永久排洪渠修建方法如下：
(1)永久排洪渠的底坡i＝0.005，底宽b2、高h2根据设计洪水Qm按公式(1)计算；
(2)永久排洪渠下游陡坡段渠道底面交错式糙条高度δ、宽度α、长度e和间距λ尺寸按公式(2)、(3)、(4)、(5)计算：
δ＝(1/4～1/2.5)hc (2)
α＝δ (3)
e＝1/3b2 (4)
λ＝(8～10)δ (5)
式中：
δ：糙条高度，单位m；
α：糙条宽度，单位m；
e：糙条长度，单位m；
b2：渠道底宽，单位m；
λ：糙条间距，单位m；
hc：未加糙条时陡坡段末端水深，单位m；
(3)排洪渠出口处消力池池深S0、长度Lk尺寸按公式(6)、(7)、(8)计算：
S0＝σ0h〞-ht (6)
Lk＝(0.7～0.8)Lj (7)
Lj/hˊ＝9.5(Fr1-1) (8)
式中：
S0：消力池深，单位m；
σ0：取1.0～1.05；
h〞：跃后水深，单位m；
ht：下游水深，单位m；
Lk：消力池长度，单位m；
Lj：水跃长度，单位m；
hˊ：跃前水深，单位m；
Fr1：跃前断面水流的弗劳德数，单位m。
本发明无需征用在两侧山坡上修建排洪渠的占地，减少了对两侧山坡的扰动，有利于减少水土流失，施工也更安全、简单、快捷。
本发明具有以下优点：在渣面上修建排洪渠，解决了因两侧山体地形陡峭、地质条件不良修建排洪渠难度大的问题；在渣面上修建排洪渠，解决了因渣场设计高程与实际堆渣高程不符的问题；在渣面上修建排洪渠，施工更安全、简单、快捷、成本低，减少了对两侧山坡的扰动，有利于减少水土流失，减少了在两侧山坡上修建排洪渠的征地。
附图说明
图1是堆渣期排洪通道动态布置示意图；
图2是每一洪水期排洪通道进口导流翼墙平面布置示意图；
图3是渣体底部排水盲沟断面示意图；
图4是每一洪水期临时排洪通道断面示意图；
图5是永久排洪渠断面示意图；
图6是永久排洪渠下游陡坡段糙条布置三维示意图；
图7是永久排洪渠出口消力池断面示意图。
具体实施方式
(一)渣体底部排水盲沟
堆渣前，在渣体底部布设排水盲沟，盲沟沿原始沟道地面最低处布置，考虑施工方便，盲沟为梯形断面，内部填充块石和砂砾石，底宽2.0m，坡比1:1，高1.0m，0.8m块石+0.2m砂砾石，盲沟顶部包裹400g/m2无纺布，防止细碎土石料堵塞盲沟；
(二)临时排洪通道
(1)临时排洪通道布置
渣场堆渣期间，在渣场一侧靠近山坡部位的渣面上预留第一洪水期排洪通道，并对排洪通道进行平整后采用400～700g/m2的PVC防水涂层帆布进行铺衬，用U型钉对PVC防水涂层帆布进行加固，在排洪通道进口处布置浆砌石结构的导流翼墙，将渣场上游洪水集中导入排洪通道，再排至渣场下游，为保证堆渣场总体弃渣规划，当渣面填筑一定高度后，在非洪水期回填第一洪水期排洪通道，预留填高后的相同结构形式的第二洪水期排洪通道，以保证每一洪水期洪水顺利排至渣体下游，排洪通道中铺衬的PVC防水涂层帆布可重复利用，如此往复预留第三洪水期、第四洪水期排洪通道，直至弃渣结束；
(2)排洪通道断面尺寸确定
根据弃渣场级别确定洪水标准，并根据实测水文资料或各省(自治区、直辖市)《暴雨洪水图集》计算设计洪峰流量Qm；
拟定排洪通道采取梯形断面形式，通道的底坡i＝0.01，边坡系数m＝2，底宽b1、高h1，根据设计洪水Qm按公式(1)计算：
Figure BDA0003081560040000041
式中：
Qm：设计流量，单位m3/s；
A：过水面积m2，A＝(b1+mh1)h1，其中b1为底宽，单位m，m为边坡系数，
h1：设计水深，单位m；
C：谢才系数，用公式C＝R1/6/n计算，其中n为糙率；
R：水力半径，单位m，R＝A/S，其中S为湿周m，
Figure BDA0003081560040000051
i：通道的底坡；
(三)永久排洪渠
为保证排洪渠长期稳定运行，永久排洪渠采用矩形钢筋混凝土结构，排洪渠下游陡坡段底面布置交错式糙条、末端出口处布置消力池消能；
(1)永久排洪渠的底坡i＝0.005，底宽b2、高h2根据设计洪水Qm按公式(1)计算；
(2)永久排洪渠下游陡坡段渠道底面交错式糙条高度δ、宽度α、长度e和间距λ尺寸按公式(2)(3)(4)(5)计算：
δ＝(1/4～1/2.5)hc (2)
α＝δ (3)
e＝1/3b2 (4)
λ＝(8～10)δ (5)
式中：
δ：糙条高度，单位m；
α：糙条宽度，单位m；
e：糙条长度，单位m；
b2：渠道底宽，单位m；
λ：糙条间距，单位m；
hc：未加糙条时陡坡段末端水深，单位m；
(3)排洪渠出口处消力池池深S0、长度Lk尺寸按公式(6)(7)(8)计算：
S0＝σ0h〞-ht (6)
Lk＝(0.7～0.8)Lj (7)
Lj/hˊ＝9.5(Fr1-1) (8)
式中：
S0：消力池深，单位m；
σ0：取1.0～1.05；
h〞：跃后水深，单位m；
ht：下游水深，单位m；
Lk：消力池长度，单位m；
Lj：水跃长度，单位m；
hˊ：跃前水深，单位m；
Fr1：跃前断面水流的弗劳德数，单位m。

Claims (3)

1.一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期的排洪方法，其特征在于，包括下列步骤：
(一)渣体底部排水盲沟
堆渣前，在渣体底部布设排水盲沟，盲沟沿原始沟道地面最低处布置，盲沟为梯形断面，内部填充块石和砂砾石，盲沟顶部包裹400g/m2无纺布；
(二)临时排洪通道
(1)临时排洪通道布置；
弃渣场堆渣期间，在弃渣场一侧靠近山坡部位的渣面上预留第一洪水期排洪通道，并对排洪通道进行平整后采用400～700g/m2的PVC防水涂层帆布进行铺衬，用U型钉对PVC防水涂层帆布进行加固，在排洪通道进口处布置浆砌石结构的导流翼墙，将弃渣场上游洪水集中导入排洪通道，再排至弃渣场下游，当渣面填筑一定高度后，在非洪水期回填第一洪水期排洪通道，预留填高后的相同结构形式的第二洪水期排洪通道，以保证每一洪水期洪水顺利排至弃渣场下游，排洪通道中铺衬的PVC防水涂层帆布可重复利用，如此往复预留第三洪水期、第四洪水期排洪通道，直至弃渣结束；
(2)排洪通道断面尺寸确定；
根据弃渣场级别确定洪水标准，并根据实测水文资料或各省、自治区、直辖市《暴雨洪水图集》计算设计洪峰流量Qm；
(三)永久排洪渠
为保证排洪渠长期稳定运行，永久排洪渠采用矩形钢筋混凝土结构，排洪渠下游陡坡段底面布置交错式糙条、末端出口处布置消力池消能。
2.根据权利要求1所述的一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期的排洪方法，其特征在于，步骤(二)中(2)排洪通道断面尺寸确定如下：
拟定排洪通道采取梯形断面形式，排洪通道的底坡i＝0.01，边坡系数m＝2，底宽b1、设计水深h1，根据设计洪峰流量Qm按公式(1)计算：
Figure FDA0003831153510000011
式中：
Qm：设计洪峰流量，单位m3/s；
A：过水面积，单位m2，A＝(b1+mh1)h1，其中b1为底宽，单位m，m为边坡系数，
h1：设计水深，单位m；
C：谢才系数，用公式C＝R1/6/n计算，其中n为糙率；
R：水力半径，单位m，R＝A/S，其中S为湿周，单位m，
Figure FDA0003831153510000021
i：通道的底坡。
3.根据权利要求2所述的一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期的排洪方法，其特征在于，步骤(三)永久排洪渠修建方法如下：
(1)永久排洪渠的底坡i＝0.005，底宽b2、高h2根据设计洪峰流量Qm按公式(1)计算；
(2)永久排洪渠下游陡坡段渠道底面交错式糙条高度δ、宽度α、长度e和间距λ按公式(2)、(3)、(4)、(5)计算：
δ＝(1/4～1/2.5)hc (2)
α＝δ (3)
e＝1/3 b2 (4)
λ＝(8～10)δ (5)
式中：
δ：糙条高度，单位m；
α：糙条宽度，单位m；
e：糙条长度，单位m；
b2：渠道底宽，单位m；
λ：糙条间距，单位m；
hc：未加糙条时陡坡段末端水深，单位m；
(3)排洪渠出口处消力池池深S0、长度Lk按公式(6)、(7)、(8)计算：
S0＝σ0h〞-ht (6)
Lk＝(0.7～0.8)Lj (7)
Lj/hˊ＝9.5(Fr1-1) (8)
式中：
S0：消力池池深，单位m；
σ0：取1.0～1.05；
h〞：跃后水深，单位m；
ht：下游水深，单位m；
Lk：消力池长度，单位m；
Lj：水跃长度，单位m；
hˊ：跃前水深，单位m；
Fr1：跃前断面水流的弗劳德数。
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