大冶水庫分層取水工程施工特征

劉雪芹，徐 美

（濟南市水利工程服務中心，山東 濟南 271108）

1 工程概況

大冶水庫位于山東省濟南市萊蕪區口鎮大冶村北，大汶河支流方下河上，水庫建成于1958 年7 月，上游控制流域面積163km2，總庫容5293 萬m3，原興利庫容2870 萬m3，增容后興利庫容3860 萬m3，是一座具有防洪、灌溉、供水等功能的中型水庫。2010 年12 月完成除險加固工程，主要實施了壩基灌漿防滲、改建放水洞、新建溢洪閘，以及完善辦公和觀測設備等，水庫防洪標準提高到千年一遇。2015 年10 月至2017 年10 月實施了水庫增容工程，提高興利水位1.5m。2016 年完成了灌區改造工程，恢復灌溉面積1.5 萬畝。

2 實施分層取水工程改造的必要性與可行性

由于本地區降水時空分布不均、年際變化大，造成水庫水源各分層水質差別很大。汛期有效降雨會使庫水面快速上漲，造成水庫各分層水質發生明顯變化。同時夏季氣溫高，容易滋生藻類等水生植物，有些年份甚至有微量藍藻生成。庫水淺表多有樹葉、枯枝等淤積雜物，取水攔污柵容易被堵塞，形成淤泥甚至是黑臭水，從而增加水處理的難度。汛期流域內河道源短流急，攪動水庫底部泥沙、淤泥等，致使水體渾濁，甚至有“異重流現象”，出現最難處理的低溫低濁水，水庫底層水便是這種低溫低濁水質層。生化分析表明，底層水比表層水有更高濃度的氨、氮、硫化氫、磷酸鹽等。水庫淺表水與底層水的水質均較差，水中的異味與新生有害物質增加了水處理的成本和難度。

城源水廠從大冶水庫放水洞取水供給萊蕪市區居民的生活用水屬底層水，原水水質較差，處理成本很高，存在水質不安全因素。為確保飲用水安全，降低水處理成本，在取水口實行分層取水十分必要。

通過分析相關資料，廣西西云江水庫（最大壩高21.5m）豎井和3 層閘門的分層取水塔，3 層閘門底坎高程分別為147m、152m 和157m。經分析，大冶水庫現取水口工程現狀與廣西西云江水庫取水口工程現狀相似，完全可以借鑒其分層取水方案。為保證萊蕪區城市居民供水安全，提供優質水資源，結合大冶水庫取水口工程實際，并經省、市水利專家研究討論和實地踏勘，確定了大冶水庫放水洞分層取水改造方案。

3 該分層取水工程方案特征

3.1 分層取水口設置

分層取水口在原放水洞上方設置6 個，分別在：（1）高程234.46m，取水口尺寸DN1000；（2）高程232.46m，取水口尺寸DN1000；（3）高程230.46m，取水口尺寸DN1000；（4）高程228.46m，取水口尺寸DN1000；（5）高程226.46m，取水口尺寸DN1000；（6）原有取水口高程223.19m，取水口尺寸DN1300。分層取水口對原有取水口及興利水口沒有影響。

3.2 施工方案

3.2.1 管道施工安裝方案

（1）豎井式取水管安裝。經現場實地踏勘，放水口管底高程221.69m，放水口管徑DN1300，引流部位為錐形喇叭口暗渠導入。本方案擬從放水洞內側立面向水庫中心位置沿錐形喇叭口暗渠延伸至8.75m 處，設直徑DN1300 鋼制導流管；延伸部分鋼管采用水下自密實混凝土澆筑穩管，穩管長度6.3m，澆筑高度為暗渠上沿，混凝土等級不低于C30；擬在延伸至1.5m 位置為中心點向上開DN1300×DN1500 三通口，安裝直徑DN1500 豎井式鋼管作為取水干管，安裝鋼管頂部高程240.00m；取水口分別安裝同口徑拍門，用懸臂吊控制拍門開啟，拍門和懸臂吊之間采用不銹鋼鋼絲繩鏈接；拍門取水口設格柵防護；取水口位置以垂直于原放水洞鋼筋混凝土墻為軸線，從最底層依次在軸線中心設置1 個，與軸線夾角45°處各設2 個，與軸線夾角90°處各設2 個，以防止懸臂吊與拍門之間鋼絲繩出現“絞絲現象”。

（2）豎井式取水管加固。豎向立柱為直徑22mmH 型鋼，斜撐和橫向筋為直徑18mm 槽鋼，頂部為平臺采用10mm 花紋板焊接；原放水洞內側面植入直徑20mm 膨脹螺絲，焊接厚度為12mm 鋼板作為焊接連接件，各連接件橫向間距800mm，豎向間距1000mm；鋼制件連接部位均采用氬弧焊打底；井架與原鋼筋混凝土用膨脹栓連接，豎向間距1500mm，橫向間距1000mm，焊接連接。

（3）豎井式取水管吊裝。①對施工人員進行現場安全教育，必須正確佩戴安全帽，高空作業人員必須正確佩戴安全帶和其他安全防護用品；②對工程施工機械設備、工機具做好提前檢修和保養工作，確保完好無損進入施工現場；③按照施工順序，依次將機械設備、工機具落實到位；④吊裝過程中，設總指揮一名，依照現場安裝順序分單元依次吊裝，并在吊裝中安裝側拉繩穩控組件。

3.2.2 電器設備組安裝工藝

懸臂吊電機組的選型：懸臂吊型號DJB-P500，荷載500kg，臂長6000mm，通過3 組電機分別控制左右、上下、前后3 個方向（左右電機1 組，功率0.75kW；上下電機1 組，功率4kW；前后電機1組，功率0.4kW）。控制柜安放于原有放水洞操作間，并設置啟停開關及大于63A 漏電保護裝置；懸臂吊安放于操作平臺中心位置，懸臂吊立柱采用圓管制造，兩端分別焊接底板和旋轉軸，上部安裝腰圈軌道。底板通過化學螺栓與鋼板地面連接固定，保證懸臂吊的穩定性。旋轉軸上開有通孔，實現電纜從立柱內部隱蔽穿線。腰圈軌道用于懸臂吊旋轉，軌道上有若干通孔，用于安裝旋轉限位擋塊，可以實現0°～360°角度限制。

3.2.3 混凝土澆筑施工工藝

（1）隔板阻斷。從放水洞內側向里延伸至10m位置用定尺寸鋼板阻斷水流，阻斷部位靜態水流自然流出，以保證基底清理時人員和設備安全。

（2）基底清理。澆筑混凝土部位原有碎石、淤泥、藻類等沉積物需在澆筑前徹底清理，以保證新舊混凝土良好的結合。

（3）沉管施工。施工現場采用25t 吊車將水下部分預制管按預定方案沉入引流部位錐形喇叭口暗渠內，在暗渠頂部用焊接型鋼固定水下沉管，下部DN1300 拍門處于打開狀態，以便滲出部分水流通過。

（4）混凝土澆筑。澆筑用混凝土標號C30。澆筑前對與原放水洞接觸面膠墊圈和鋼管焊接部位進行檢查，確保膠墊圈未老化、破損及焊縫未開裂。澆筑混凝土應連續澆筑，因故中斷時間不宜超過45min；流動性及和易性不合格的混凝土不得使用；澆筑時采用分層澆筑、分層振搗，并一次性澆筑至設計標高。

3.3 型鋼支撐專項方案

施工順序：施工準備→土方開挖→立柱施工→鋼圍檁施工→鋼橫梁施工→支撐安裝施工→預應力施加→土方工程和支撐工程循環施工。本工程裝配式組合內支撐鋼構件安裝，采用分件吊裝的方法，吊裝圍檁、角撐以及對撐，結合現場出土計劃，按照從南、北兩邊同時推進的方式拼裝；在完成管道豎向型鋼支撐后，為防止冬季水面出現“凍漲”現象，本工程擬從原設計支撐南北兩側各安裝3 道450 斜撐加固，采用22mmH 型鋼；橫撐采用18mmH 型鋼，間距1000mm；支撐底部預埋件預埋于600mm×600mm×1000mmC30 混凝土內，預埋鋼板厚度20mm。

3.4 鋼絲繩的選用

經過對鋼絲繩的破斷控力計算與安全系數確定，選擇確定出安全系數較高的吊裝用鋼絲繩。

4 結語

分層取水工程實施后，有效避免了因汛期洪水歷時長、來水量大、水中泥沙、淤泥含量高而導致的停水現象，明顯地提升了水質，極大地降低了水廠水處理成本，節約了運行費用，有效提高了供水保證率，為萊蕪區城市居民飲用水安全提供了有力保障■