一种用于沟道型弃渣场施工期及运行期的排洪方法与流程

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。

技术实现要素：

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：

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＝r^1/6/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，

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：

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＝r^1/6/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，

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。