瓶型取水泵房工程設(shè)計與研究

湯瑋

（重慶市設(shè)計院，重慶 400015）

0 引言

重慶地區(qū)長江、嘉陵江河段的洪枯水位落差可達(dá)40m左右，在這樣的河岸建造固定圓形干式豎井取水泵房，會使造價偏高。實(shí)際上很多單位的需水量大，需要建固定式取水泵房，而資金又很緊張。比如，北碚紅工水廠取水泵站在建設(shè)時，業(yè)主資金緊張，但又需要在北碚嘉陵江邊建取水規(guī)模為5萬噸/日的取水泵站，并將原水用管道送至十幾公里外的歇馬場，若按傳統(tǒng)的干式深井泵站設(shè)計，資金缺口會很大。筆者在接受該設(shè)計任務(wù)后，進(jìn)行了一系列的調(diào)查研究，對取水泵房、水廠位置、處理工藝、構(gòu)筑物以及輸配水管進(jìn)行調(diào)研、比選、優(yōu)化，得出了各方面都較為可行的、合理的、經(jīng)濟(jì)的、安全的方案。經(jīng)設(shè)計、施工、安裝，于1972年建成至今，運(yùn)行正常、反映良好。其中，江邊取水構(gòu)筑物采用了干式薄壁瓶型豎井取水泵房，其主要設(shè)計研究可為類似項(xiàng)目設(shè)計提供參考。

1 江河的水文資料

長江、嘉陵江在重慶地區(qū)的水位落差大，洪水位較高，100年一遇的洪水位高達(dá)35～40m。

2 傳統(tǒng)干式豎井取水泵房

傳統(tǒng)的干式豎井取水泵房，通過自重來抗浮，通常為圓形直筒，壁厚為洪水位高度的1/30，如洪水位為30m，則壁厚為1.0m。其通過井壁的厚度來抗?jié)B，底板厚度為3～5m；泵房埋深為井筒高度的1/3。設(shè)計為了不架設(shè)天橋，一般建在河岸內(nèi)，埋深大，土石方多，泵房均設(shè)有吸水間，泵房直徑大，取水設(shè)備一般采用臥式或立式離心水泵向取水間吸水，泵房取水頭部埋設(shè)于河心，重力自流入泵房吸水間，進(jìn)水管和吸水頭埋深大，水下工程量大，施工困難，泵房設(shè)備一般就地控制。

3 薄壁圓形干式豎井取水泵房

薄壁圓形干式豎井取水泵房的形式分為瓶型 （型如花瓶）和直筒型兩類。

3.1 薄壁瓶型干式豎井取水泵房

瓶型干式豎井取水泵房如圖1所示。

圖1 瓶型干式豎井取水泵房

為了減少體積，減小泵房在水下的浮力，在不影響使用的前提下，把筒體上部直徑減小，形如花瓶，同時減少了投資，增加了泵房的穩(wěn)定性。筆者從1970年設(shè)計的薄壁瓶型豎井取水泵房開始研究，首例為長風(fēng)化工廠，在長江支流龍溪河岸，建了試驗(yàn)性的干式薄壁瓶型豎井取水泵房，泵房洪水位深度為25m，泵房直徑上部6m，下部10m，壁厚只有0.35m，建成后使用效果良好。在此基礎(chǔ)上，隨后設(shè)計了規(guī)模更大、洪水位更高的紅工水廠等薄壁豎井取水泵房。

3.2 薄壁直筒型干式豎井取水泵房

為了減少混凝土用量、節(jié)約投資，設(shè)計將壁厚減至最小。筆者經(jīng)多年調(diào)查研究后，設(shè)計了薄壁直筒干式豎井泵房。

4 設(shè)計研究重點(diǎn)

（1）泵房設(shè)計洪水位按100年一遇計算，按200年校核，枯水位按30年一遇設(shè)計，使用安全。

（2）泵房位置：設(shè)計將泵房定位在江邊較完整的巖層上，一般埋深為3～5m，按有關(guān)規(guī)范規(guī)定不得小于泵房高度的1/3，致使埋深大、土石方多、造價高、施工難度大，為滿足功能要求，設(shè)計采用天橋?qū)哆吪c泵房連接，這樣較經(jīng)濟(jì)、合理、可行。

（3）泵房取水設(shè)備及取水形式：干式和淹沒式取水采用臥式離心泵，由吸水管直接向河心深水區(qū)取水，充分利用泵的吸水高度，減少水下工程量，同時減少水泵房深度，節(jié)省投資。泵房內(nèi)未設(shè)吸水間，減少了泵房的直徑，因而可減少土建費(fèi)用，節(jié)約投資。吸水管一般設(shè)置兩根，吸水管在泵房外安裝檢修閥，枯水季節(jié)維修，在泵房內(nèi)每臺泵吸水管上設(shè)檢修閥，閥后設(shè)沖洗閥，維修時打開沖洗閥沖洗吸水管和吸水頭，吸水頭一般采用鐘罩式帶格柵。濕式泵房采用深井泵，進(jìn)水管直接由河心進(jìn)水進(jìn)入深井泵房內(nèi)。

（4）泵房內(nèi)交通：泵房深度高達(dá)40m左右，工作人員上下較困難，瓶形泵房設(shè)計采用折轉(zhuǎn)摟梯，直筒泵房設(shè)計采用拆轉(zhuǎn)樓梯加電梯，供工作人員上下。

（5）設(shè)備安裝與維修：泵房外天橋上采用滾動運(yùn)輸，瓶形泵房內(nèi)在±0.00層設(shè)電動葫蘆，并在下部設(shè)備層偏吊就位，直筒泵房在±0.00層設(shè)桁車，旋轉(zhuǎn)起吊。

（6）泵房排風(fēng)：干式泵房一般采用送風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)研比選后選擇采用排風(fēng)系統(tǒng)，直接將設(shè)備熱量排出泵房外。筒體排風(fēng)，在下部筒體上開進(jìn)風(fēng)口，利用筒體自然抽力換氣，進(jìn)風(fēng)口設(shè)防潮門，洪水期關(guān)閉。使用效果良好，節(jié)省了送風(fēng)系統(tǒng)。

（7）泵房的控制：控制室設(shè)于泵房上部±0.00以上，遠(yuǎn)距離控制和就地控制。

（8）泵房的壁厚：按有關(guān)規(guī)定泵房壁厚不小于洪水位高度的1/30，如果洪水位為30m水深的干式泵房，其最小壁厚應(yīng)是1.00m。鑒于業(yè)主的資金緊張，經(jīng)查閱調(diào)研后，設(shè)計壁厚0.3m～0.35m，減少了土建工程量，節(jié)約投資20%～30%，使用至今仍然安全。

（9）泵房抗浮：按規(guī)范規(guī)定，干式泵房的自重考慮到重慶地段江邊地質(zhì)條件多為完整基巖，設(shè)計采用混凝土沿基槽澆灌，把筒底和筒壁嵌固在巖石上，增加基巖與鋼筋混凝土井壁的粘結(jié)力來抗浮。當(dāng)埋深不夠，達(dá)不到設(shè)計要求時，則在底板設(shè)置抗拔錨筋或抗拔錨樁，來滿足抗浮要求，或作球形底殼以克服滲透產(chǎn)生的彎矩。瓶型泵房上部直徑減小，體積減小，則浮力也會相應(yīng)減少。增大浮力，即重力抗浮、壁厚減少以后，自重減小。

（10）泵房的抗?jié)B：按有關(guān)規(guī)范規(guī)定，干式泵房用結(jié)構(gòu)厚度來抗?jié)B，但由于井筒壁厚度和底板減薄以后達(dá)不到規(guī)范抗?jié)B要求，設(shè)計采用P8抗?jié)B混凝土，使用至今無一滲漏。

（11）泵房施工：泵房埋深不大，土石方少，冬季枯水期施工較方便，唯有吸水頭部及吸水管在水下施工較困難。水下部分采用水下混凝土圍堰施工，筒體部分較高，施工有一定難度，經(jīng)調(diào)研和比選采用滑模或翻模，連續(xù)施工一次建成。

5 泵房運(yùn)行

泵房至今運(yùn)行正常，使用良好。只是有的業(yè)主已更換，有的名稱已改變，如重慶紅工水已改為重慶北碚二水廠，屬于北碚自來水公司所有。有的設(shè)備、設(shè)施已換代升級、規(guī)模擴(kuò)大。

6 結(jié)論

薄壁豎井取水泵房與傳統(tǒng)的干式深井泵站相比具有投資少、見效快、占地面積少的優(yōu)點(diǎn)，適合在江河水位落差大的區(qū)域修建，該設(shè)計可為類似深井取水泵站設(shè)計提供參考。