晴隆縣西泌河提水工程結構設計探討

摘 要：本文以晴隆縣西泌河提水工程為實例對取水建（構）筑物、凈水廠建（構）筑物結構設計進行重點分析。

關鍵詞：凈水廠；構筑物；結構設計；施工配合

引 言

除對水池的結構進行合理設計之外，在凈水廠水處理構筑物的設計過程中，還需要按照一定的設計措施，進行一定構造設計，確保水廠水處理構筑物的耐久性及安全性。

1 項目簡介

1.1 工程概況

晴隆縣西泌河提水工程主要解決縣城供水，提水規模20000m3/d，由于城市所在位置控制高程1530.0m水源位置高程650.0m高差近900.0m，在全國城市供水中是提水揚程最高的。從供水安全可靠性、運行費用和經濟性等方面進行工程布置，確定5級提水方案比較合理。本工程提水方案是將低處河道水通過5座泵站提升到水廠處理后供給城市管網，各級泵站采用串聯布置，泵站前設置調節水池。

取水泵站采用深井泵井筒式取水，取水井上部為泵房，面積約為70m2。2～4級加壓泵站泵房完全相同，尺寸：22×7.5×5.5m，揚程為H=255～225m。2～4級加壓泵房前均設置容積為200m3的調節水池，尺寸為7.5×7.5×4m，以保證輸水安全。

1.2 主要結構工作內容

取水工程內容包括5座泵站，4座200m3調節水池和3875m輸水管線。凈水廠在原有老水廠基礎上進行擴建，主要建、構筑物有綜合樓、機修間、加藥加氯間、沉淀池、濾池、1000m3清水池、500m3回收水池、以及邊坡處理、擋土墻等。

2 工程地質概況

工程區屬抗震設防6度第三組，位于北盤江支流西泌河右岸，屬侵蝕—溶蝕型河谷地貌區。以地表溶蝕地貌形態為主，主要表現為巖溶洼地、溶蝕槽谷、溶丘、溶蝕裂隙等，偶見小型溶洞，滑坡主要為一些小規模的淺層覆蓋層滑坡，一般為公路開挖邊坡放坡不當引起，其規模較小，對工程影響不大。

一級取水泵站，地基巖土地基巖體為中三迭統關嶺組第一段的泥質白云巖夾泥巖，巖體強風化層厚3～6m；輸水管線及其余三級泵站沿西泌河右岸斜坡布置，管道沿地面鋪設，全長約3.75km。沿線地形坡度陡緩相間，管道沿線基巖出露，覆蓋層零星分布，自然邊坡穩定，主要為殘坡積的粘土夾碎石，基巖為三迭系中統關嶺組第一段的白云巖、泥質白云巖夾泥巖；水廠場地內無不良地質現象，地下水埋深均在建基面以下，廠區為巖溶弱發育區，場地穩定性較好。基坑開挖邊坡主要為覆蓋層邊坡，擬建工程廠區新增建（構）筑物主要有平流沉淀池、濾池、清水池、綜合樓、加藥加氯間等建（構）筑物；根據地勘方建議，根據覆蓋層厚度及建（構）筑物特點采用紅黏土層或強風化基巖作為持力層，以強風化中下部巖體作地基巖體持力層，建議地基巖土承載力：粘土[R]=150kPa；強風化灰巖[R]=1000～1200kPa。

3 取水及輸水管線結構設計要點

3.1 設計原則

取水構筑物應保證在枯水季節能取水，并保證在枯水保證率下取得所需的設計水量。取水構筑物的位置選擇應該全面掌握河流的特點。根據取水河段的水文、地形、地質、衛生防護，河流規劃和綜合利用因素等條件綜合考慮。

3.2 取水構筑物的結構設計

根據河床及岸坡的地形條件：河床岸坡陡，且主流近岸時，宜采用岸邊式取水構筑物；河床岸坡平緩，且主流離岸時，宜采用河床式取水構筑物。取水規模及安全度：大型取水泵房當安全度要求較高時，一般采用集水井與泵房合建的形式；小型取水泵房當條件許可時，可采用水泵吸水管直接取水。岸邊式取水構筑物分為合建式與分建式兩種形式，詳見表1。

本工程采用合建式岸邊式取水構筑物，取水泵房采用井筒布置，底部為取水井，取水井上部為泵房，面積約為70m2。水泵選用深井泵。上部為泵房。取水井由取水塔和沉砂井組成：取水井為方形建筑，尺寸為：L×B×H=8.9m×4.4m×10.5m；取水井采用鋼筋混凝土底板及剪力墻結構，根據洪水設計高程上部取水泵房采用鋼筋混土框架結構。本取水井結構設計還注意到抗浮設計，經計算采用在底板下布置間隔800mm梅花型布置直徑25mm螺紋鋼筋，以及高強度等級細石混凝土灌漿錨入基巖持力層中。

3.3 輸水管線土建設計及三級泵房土建設計

由于本工程輸水管道為泵站出水壓力管，泵站提水揚程200m左右，管道壓力較大，因此只能用剛性管道，本輸水管道設計輸水能力為20000m3/d，采用兩條DN400輸水管并行輸水，敷設形式主要為架設，支墩每隔6.0m設一個，土建設計支墩材料考慮漿砌和加筋混土兩種，根據管道轉角及坡度等具體選用。過公路段采用埋設，埋深1.0m，管道基礎為0.3m厚的砂石墊層，基槽深2.0m，底寬1.2m，邊坡根據地質資料為1：0.5～1：0.75，采用雜土回填。

其余2、3、4各級泵站及調節水池選址位置位于相對平緩場地，建筑物為一層，鋼筋混凝土框架結構；調節水池為無頂蓋鋼筋混凝土水池，荷載均不大，根據場地覆蓋層條件，均采用至于紅粘土層上，要求地基均勻，結構計算采用常規設計，根據受力計算及最大裂縫寬度允許值配筋，做到安全、合理、經濟。

4 水廠建筑（構）筑物結構設計

4.1 基本原則

建（構）筑物結構計算采用承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態驗算，對水池的配筋和裂縫進行控制，采用經濟合理的配置滿足構筑物使用要求。構筑物分別按池內有水、池外無土和池內無水、池外有土工況進行結構內力計算，無保溫措施的地面式構筑物需考慮溫、濕度應力的影響，壁面濕度當量溫差按10℃采用。池內最高計算水位取至壁頂處。結構按承載力極限狀態驗算強度及穩定性和驗算正常使用極限狀態下的變形和裂縫寬度。

4.2 建筑物結構設計

水廠建筑物主要包括一棟兩層樓的綜合樓、倉庫機修間、加藥加氯間、變配電房等。各建筑物功能主要為工藝流程服務，造型比較規則，結合建筑物層高、層數、開間格局及建筑外立面造型，對于綜合樓上部結構采用磚混結構，根據地質情況采用毛石混凝土墻下條形基礎；其余單體建筑開間較大，均采用鋼筋混凝土框架結構，鋼筋混凝土柱下獨立基礎。

4.3 構筑物結構設計

4.3.1 基本概念

水池是給水排水和水處理結構工程中最重要的土建工程，掌握水池選型和結構布置的科學性是水池結構設計的關鍵。矩形水池的池壁主要是受彎，除小的偏心受拉外，一般截面存在受壓區，因此裂縫一般不會貫通，只需控制最大裂縫滿足抗裂要求。在水池設計中，結構設計人員和工藝設計人員要求非常良好的溝通，而不能閉門造車，對于結構構造加腋（八字角）要求是否會對工藝設備運行有否影響，如若工藝不允許，結構設計人員應靈活變通，對于構造措施區別情況采用。該工程水廠構筑物主要包括有沉淀池、濾池、清水池、回收水池等，清水池為矩形有頂蓋鋼筋混凝土水池，其余為敞口矩形鋼筋混土水池。

4.3.2 內力計算

（1）頂板和底板：對于有頂蓋水池，頂蓋計算參同鋼筋混凝土樓蓋的計算方法，對于圓形頂板，根據支承條件可查靜力計算手冊計算。底板計算時，視水池底板的結構形式而定，當水池池壁采用獨立基礎時，底板的反力按直線分布考慮；對于一般水處理結構水池，由于平面尺寸較小，底板多為等厚平板，須按不同荷載情況計算內力，進行組合疊加。

（2）池壁的內力計算：矩形水池池壁的內力按彈性理論計算，根據池壁壁板的長度LB和壁板的高度HB的比值和壁板邊界條件按《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》（以下稱為《規程》）第6.1和6.2條規定計算；對于敞口水池池壁和頂板為預制而擱置在池壁頂端且無連接措施時，池壁頂端應視為自由端；當預制板與池壁頂端設有抗剪鋼筋連接或池壁與頂板整體澆筑，僅配置抗剪鋼筋時，池壁與頂板的連接應視為鉸接；當池壁與頂板整體澆筑，并配置連續鋼筋時，池壁與頂板節點應視為彈性固定，而當池壁與頂板整澆，且池壁的線剛度與頂板線剛度比值大于5時，頂板相對于池壁來說可視為鉸接。

5 結束語

在取水工程建（構）筑物的設計過程中，除對水池的結構進行合理設計之外，還需要進行一定構造設計，按照一定的設計措施，確保工程單體的的耐久性及安全性。

參考文獻

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[4]CECS138：2002給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程.

作者簡介：譚妮娟（1973-），女，本科，高級工程師，從事工業與民用建筑設計工作多年。