晴隆縣西泌河提水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

摘 要：本文以晴隆縣西泌河提水工程為實(shí)例對(duì)取水建（構(gòu)）筑物、凈水廠建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

關(guān)鍵詞：凈水廠；構(gòu)筑物；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；施工配合

引 言

除對(duì)水池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)之外，在凈水廠水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要按照一定的設(shè)計(jì)措施，進(jìn)行一定構(gòu)造設(shè)計(jì)，確保水廠水處理構(gòu)筑物的耐久性及安全性。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)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(guī)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(guó)城市供水中是提水揚(yáng)程最高的。從供水安全可靠性、運(yùn)行費(fèi)用和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行工程布置，確定5級(jí)提水方案比較合理。本工程提水方案是將低處河道水通過(guò)5座泵站提升到水廠處理后供給城市管網(wǎng)，各級(jí)泵站采用串聯(lián)布置，泵站前設(shè)置調(diào)節(jié)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(jí)加壓泵站泵房完全相同，尺寸：22×7.5×5.5m，揚(yáng)程為H=255～225m。2～4級(jí)加壓泵房前均設(shè)置容積為200m3的調(diào)節(jié)水池，尺寸為7.5×7.5×4m，以保證輸水安全。

1.2 主要結(jié)構(gòu)工作內(nèi)容

取水工程內(nèi)容包括5座泵站，4座200m3調(diào)節(jié)水池和3875m輸水管線。凈水廠在原有老水廠基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)建，主要建、構(gòu)筑物有綜合樓、機(jī)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(zhì)概況

工程區(qū)屬抗震設(shè)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(qū)。以地表溶蝕地貌形態(tài)為主，主要表現(xiàn)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(guī)模的淺層覆蓋層滑坡，一般為公路開挖邊坡放坡不當(dāng)引起，其規(guī)模較小，對(duì)工程影響不大。

一級(jí)取水泵站，地基巖土地基巖體為中三迭統(tǒng)關(guān)嶺組第一段的泥質(zhì)白云巖夾泥巖，巖體強(qiáng)風(fēng)化層厚3～6m；輸水管線及其余三級(jí)泵站沿西泌河右岸斜坡布置，管道沿地面鋪設(shè)，全長(zhǎng)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(wěn)定，主要為殘坡積的粘土夾碎石，基巖為三迭系中統(tǒng)關(guān)嶺組第一段的白云巖、泥質(zhì)白云巖夾泥巖；水廠場(chǎng)地內(nèi)無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象，地下水埋深均在建基面以下，廠區(qū)為巖溶弱發(fā)育區(qū)，場(chǎng)地穩(wěn)定性較好。基坑開挖邊坡主要為覆蓋層邊坡，擬建工程廠區(qū)新增建（構(gòu)）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(gòu)）筑物；根據(jù)地勘方建議，根據(jù)覆蓋層厚度及建（構(gòu)）筑物特點(diǎn)采用紅黏土層或強(qiáng)風(fēng)化基巖作為持力層，以強(qiáng)風(fēng)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(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r[R]=1000～1200kPa。

3 取水及輸水管線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)原則

取水構(gòu)筑物應(yīng)保證在枯水季節(jié)能取水，并保證在枯水保證率下取得所需的設(shè)計(jì)水量。取水構(gòu)筑物的位置選擇應(yīng)該全面掌握河流的特點(diǎn)。根據(jù)取水河段的水文、地形、地質(zhì)、衛(wèi)生防護(hù)，河流規(guī)劃和綜合利用因素等條件綜合考慮。

3.2 取水構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)河床及岸坡的地形條件：河床岸坡陡，且主流近岸時(shí)，宜采用岸邊式取水構(gòu)筑物；河床岸坡平緩，且主流離岸時(shí)，宜采用河床式取水構(gòu)筑物。取水規(guī)模及安全度：大型取水泵房當(dāng)安全度要求較高時(shí)，一般采用集水井與泵房合建的形式；小型取水泵房當(dāng)條件許可時(shí)，可采用水泵吸水管直接取水。岸邊式取水構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)，根據(jù)洪水設(shè)計(jì)高程上部取水泵房采用鋼筋混土框架結(jié)構(gòu)。本取水井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還注意到抗浮設(shè)計(jì)，經(jīng)計(jì)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(qiáng)度等級(jí)細(xì)石混凝土灌漿錨入基巖持力層中。

3.3 輸水管線土建設(shè)計(jì)及三級(jí)泵房土建設(shè)計(jì)

由于本工程輸水管道為泵站出水壓力管，泵站提水揚(yáng)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(shè)計(jì)輸水能力為20000m3/d，采用兩條DN400輸水管并行輸水，敷設(shè)形式主要為架設(shè)，支墩每隔6.0m設(shè)一個(gè)，土建設(shè)計(jì)支墩材料考慮漿砌和加筋混土兩種，根據(jù)管道轉(zhuǎn)角及坡度等具體選用。過(guò)公路段采用埋設(shè)，埋深1.0m，管道基礎(chǔ)為0.3m厚的砂石墊層，基槽深2.0m，底寬1.2m，邊坡根據(jù)地質(zhì)資料為1：0.5～1：0.75，采用雜土回填。

其余2、3、4各級(jí)泵站及調(diào)節(jié)水池選址位置位于相對(duì)平緩場(chǎng)地，建筑物為一層，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；調(diào)節(jié)水池為無(wú)頂蓋鋼筋混凝土水池，荷載均不大，根據(jù)場(chǎng)地覆蓋層條件，均采用至于紅粘土層上，要求地基均勻，結(jié)構(gòu)計(jì)算采用常規(guī)設(shè)計(jì)，根據(jù)受力計(jì)算及最大裂縫寬度允許值配筋，做到安全、合理、經(jīng)濟(jì)。

4 水廠建筑（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 基本原則

建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)計(jì)算采用承載能力極限狀態(tài)計(jì)算和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，對(duì)水池的配筋和裂縫進(jìn)行控制，采用經(jīng)濟(jì)合理的配置滿足構(gòu)筑物使用要求。構(gòu)筑物分別按池內(nèi)有水、池外無(wú)土和池內(nèi)無(wú)水、池外有土工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，無(wú)保溫措施的地面式構(gòu)筑物需考慮溫、濕度應(yīng)力的影響，壁面濕度當(dāng)量溫差按10℃采用。池內(nèi)最高計(jì)算水位取至壁頂處。結(jié)構(gòu)按承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算強(qiáng)度及穩(wěn)定性和驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)下的變形和裂縫寬度。

4.2 建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水廠建筑物主要包括一棟兩層樓的綜合樓、倉(cāng)庫(kù)機(jī)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(wù)，造型比較規(guī)則，結(jié)合建筑物層高、層數(shù)、開間格局及建筑外立面造型，對(duì)于綜合樓上部結(jié)構(gòu)采用磚混結(jié)構(gòu)，根據(jù)地質(zhì)情況采用毛石混凝土墻下條形基礎(chǔ)；其余單體建筑開間較大，均采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。

4.3 構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.3.1 基本概念

水池是給水排水和水處理結(jié)構(gòu)工程中最重要的土建工程，掌握水池選型和結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)性是水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)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(qū)，因此裂縫一般不會(huì)貫通，只需控制最大裂縫滿足抗裂要求。在水池設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員和工藝設(shè)計(jì)人員要求非常良好的溝通，而不能閉門造車，對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)造加腋（八字角）要求是否會(huì)對(duì)工藝設(shè)備運(yùn)行有否影響，如若工藝不允許，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)靈活變通，對(duì)于構(gòu)造措施區(qū)別情況采用。該工程水廠構(gòu)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(nèi)力計(jì)算

（1）頂板和底板：對(duì)于有頂蓋水池，頂蓋計(jì)算參同鋼筋混凝土樓蓋的計(jì)算方法，對(duì)于圓形頂板，根據(jù)支承條件可查靜力計(jì)算手冊(cè)計(jì)算。底板計(jì)算時(shí)，視水池底板的結(jié)構(gòu)形式而定，當(dāng)水池池壁采用獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，底板的反力按直線分布考慮；對(duì)于一般水處理結(jié)構(gòu)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(jì)算內(nèi)力，進(jìn)行組合疊加。

（2）池壁的內(nèi)力計(jì)算：矩形水池池壁的內(nèi)力按彈性理論計(jì)算，根據(jù)池壁壁板的長(zhǎng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（以下稱為《規(guī)程》）第6.1和6.2條規(guī)定計(jì)算；對(duì)于敞口水池池壁和頂板為預(yù)制而擱置在池壁頂端且無(wú)連接措施時(shí)，池壁頂端應(yīng)視為自由端；當(dāng)預(yù)制板與池壁頂端設(shè)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(shí)，池壁與頂板的連接應(yīng)視為鉸接；當(dāng)池壁與頂板整體澆筑，并配置連續(xù)鋼筋時(shí)，池壁與頂板節(jié)點(diǎn)應(yīng)視為彈性固定，而當(dāng)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(shí)，頂板相對(duì)于池壁來(lái)說(shuō)可視為鉸接。

5 結(jié)束語(yǔ)

在取水工程建（構(gòu)）筑物的設(shè)計(jì)過(guò)程中，除對(duì)水池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)之外，還需要進(jìn)行一定構(gòu)造設(shè)計(jì)，按照一定的設(shè)計(jì)措施，確保工程單體的的耐久性及安全性。

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[4]CECS138：2002給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程.

作者簡(jiǎn)介：譚妮娟（1973-），女，本科，高級(jí)工程師，從事工業(yè)與民用建筑設(shè)計(jì)工作多年。