農(nóng)村飲水安全工程廠區(qū)設(shè)計探析

張玲一 （安徽省水利水電勘測設(shè)計研究總院有限公司，安徽 合肥 230088）

近年來，農(nóng)村飲水安全作為改善農(nóng)村生產(chǎn)生活的首要問題和發(fā)展水利的重中之重，實施農(nóng)村飲水安全工程，是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和全面建成小康社會的重要內(nèi)容，對于保障廣大農(nóng)民群眾身體健康和生命安全，改善農(nóng)村人居環(huán)境，提高農(nóng)民生活質(zhì)量，加快實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會目標(biāo)具有重要意義。因此，鞏固提升農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)中小型飲水工程的安全設(shè)計成為了目前的首要問題。以翁墩加壓站安全飲水工程為例，對廠區(qū)平面布置設(shè)計及構(gòu)（建）筑物進行設(shè)計。

1 工程設(shè)計

1.1 工程概況

翁墩加壓站位于六安市金安區(qū)翁墩鄉(xiāng)街道，于2014年建成，設(shè)計供水規(guī)模為3000m/d，現(xiàn)狀供水范圍主要為翁墩鄉(xiāng)夏崗村、桃園村、鄭樓村、花蓮寺村、紅橋村、翁墩村、四清橋村、楊公村、孔樹村合計9個行政村。

翁墩加壓站現(xiàn)狀無制水功能，僅保留清水池和加壓泵站，水源主要來自木廠供水站。木廠供水站取水水源為地下水，能達到設(shè)計95%的取水保證率，現(xiàn)狀仍在正常制水，以滿足供木廠鎮(zhèn)及翁墩鄉(xiāng)大部分區(qū)域居民的用水需求。木廠供水站經(jīng)現(xiàn)狀的配水干管向翁墩鄉(xiāng)北部及南部居民供水。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，目前翁墩加壓站存在的主要問題是：①現(xiàn)狀清水池調(diào)蓄容積較小無法滿足供水需求，且清水池?zé)o分隔，無法滿足清洗、檢修時不斷水的要求；②現(xiàn)狀加壓泵無備用機組且加壓泵流量、揚程較小無法滿足供水需求；③下游配水管網(wǎng)部分用戶水壓達不到最小入戶壓力要求，用水高峰時部分用戶無水；④現(xiàn)狀未配備水質(zhì)化驗室，無法對水廠水質(zhì)進行全程檢測，難以保障水質(zhì)安全；⑤現(xiàn)狀消毒設(shè)備不完善；⑥現(xiàn)狀配水干管損壞次數(shù)達120次，配水支管損壞次數(shù)達800次，管網(wǎng)漏損率較高，達到42%。

1.2 廠區(qū)平面布置設(shè)計

六安市金安區(qū)翁墩加壓站已建工程供水規(guī)模為600m/d。翁墩加壓站為張店供水站的加壓站，隨著翁墩加壓站供水范圍的擴大，供水保證率連續(xù)下降，無法滿足用水需求。因而需對翁墩加壓站進行改建，改建完成后翁墩加壓站供水規(guī)模為2200m/d。

①布置緊湊，以減少制水工藝各構(gòu)（建）筑物占地面積以及其相互之間連接管（渠）的長度，并便于操作管理。

②按照選定的工藝、確定的制水構(gòu)（建）筑物的規(guī)模，合理確定各構(gòu)（建）筑物的相對關(guān)系，使得各建筑物間水頭損失值滿足制水工藝要求。

③充分利用現(xiàn)有地形，挖填土方平衡以減少填、挖土方量和施工費用。

④各構(gòu)筑物之間連接管（渠）簡單、短捷，盡量避免立體交叉。

⑤建筑物布置根據(jù)布置廠區(qū)的朝向和風(fēng)向，尾水、加氯等全部布置在遠離人群活動頻繁的辦公生活區(qū)。

Santy等人提出一致矩陣法，也就是兩兩因素相互比較，確定重要性與非重要性，依此，可以減少在研究過程中面臨的對性質(zhì)不同的諸因素難以進行相互比較的困難，在一定程度上可以保證研究信息的準(zhǔn)確度。

⑥生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)分開，避免非生產(chǎn)人員在生產(chǎn)區(qū)通行和逗留，以確保生產(chǎn)安全。

⑦改建工程不影響已建工程的正常運行、管理、維護，即使有交叉，也能在較短時間內(nèi)解決，減小施工難度和強度。

1.2.2 平面布置設(shè)計

翁墩加壓站廠區(qū)現(xiàn)狀約有1000m左右，平面上整個廠區(qū)地形成矩形，東西方向長25m，南北方向長50m?，F(xiàn)狀已建清水池一座、加壓泵站一座，集中布置在廠區(qū)東側(cè)。但由于現(xiàn)狀構(gòu)筑物規(guī)模不滿足規(guī)劃供水需求，擬拆除現(xiàn)狀清水池、加壓泵站，對廠區(qū)重新進行規(guī)劃改建。本次翁墩加壓站改建工程的主要建設(shè)內(nèi)容是清水池、加壓泵站以及管理房的建設(shè)。依次由北向南布置清水池、加壓泵站（含發(fā)電機室、低壓裝置配電室、加氯間、倉庫）以及相關(guān)的生產(chǎn)、辦公、生活設(shè)施。

翁墩加壓站的進水管道預(yù)留接口在整個廠區(qū)的西北側(cè)，根據(jù)凈水工藝要求在廠區(qū)自北向南依次布置清水池、加壓泵站。新建清水池布置在廠區(qū)最北側(cè)，距離廠區(qū)北側(cè)圍墻約7.0m，新建加壓泵站布置在新建清水池南側(cè)，距離新建清水池2.5m；新建管理房在廠區(qū)的最南側(cè)，距離北側(cè)加壓泵站9.4m，新建管理房與北側(cè)加壓泵站之間新建寬6.0m道路。

1.3 廠區(qū)構(gòu)（建）筑物設(shè)計

本次根據(jù)工藝流程布設(shè)各構(gòu)（建）筑物，包括清水池、加壓泵站和管理房。

翁墩加壓站改建規(guī)模是2200m/d，清水池中間設(shè)隔墻，分為兩個獨立的池子，單池凈長10.40m，凈寬6.48m，清水池末端設(shè)順?biāo)鞣较虻奈?，吸水井凈尺?.20m ×2.42m、2.75m ×2.42m，吸水井與清水池合建；合建后的清水池總長14.01m，總寬11.10m；清水池半地下型式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。加壓泵站泵室凈寬為5.5m，凈長為16.66m；加壓泵站下部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部為框架結(jié)構(gòu)廠房，兩層，加壓泵站為地下式結(jié)構(gòu)。管理房總長為12.24m，寬度為7.54m，為框架結(jié)構(gòu)，三層。

各構(gòu)、建筑物抗浮穩(wěn)定計算成果表 表1

各構(gòu)、建筑物基地應(yīng)力計算成果表 表2

本次改建工程在清水池、加壓泵站地上外露部分均涂刷真石漆美化，管理房采取刷白裝飾，廠區(qū)種植綠植等進行綠化。

1.3.1 抗震計算

抗震驗算工況：各構(gòu)筑物在正常運行設(shè)計水位時遭遇地震。

本次翁墩加壓站改建工程制水凈水構(gòu)筑物包括：清水池和加壓泵站；根據(jù)《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50032-2003）第 6.1.3條條文，清水池、加壓泵站屬于地下式結(jié)構(gòu)；根據(jù)第6.1.4條條文，本工程中清水池屬于平面長寬比小于1.5、無變形縫構(gòu)造的鋼筋混凝土有蓋水池，滿足構(gòu)造要求可不進行抗震驗算。加壓泵站屬于地下式敞口結(jié)構(gòu)，滿足抗震構(gòu)造要求時可不進行抗震驗算。

根據(jù)地質(zhì)報告清水池、加壓泵站基礎(chǔ)作用在①層粉質(zhì)黏土層上，該層的地基承載力特征值為220kPa，具有中等壓縮性，土質(zhì)均勻，是良好的天然地基，基礎(chǔ)承載力和均勻性均能滿足設(shè)計要求。

1.3.2 穩(wěn)定計算

翁墩加壓站內(nèi)清水池、加壓泵站、管理房等構(gòu)、建筑物中清水池、加壓泵站基礎(chǔ)埋深較深，構(gòu)筑物均為整體式結(jié)構(gòu)，且四周均為覆土，其水平向受的力相對其自重很小，滿足抗滑穩(wěn)定要求。管理房為框架結(jié)構(gòu)房屋，其基礎(chǔ)為獨立柱，水平向受的力相對其自重很小，滿足抗滑穩(wěn)定要求。同樣，以上各構(gòu)、建筑物抗傾覆穩(wěn)定性均不存在問題。

1.3.2.1 抗浮穩(wěn)定計算

清水池、加壓泵站部分位于地下水位以下，因此需要進行抗浮穩(wěn)定驗算，本工程中構(gòu)、建筑物抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)采用《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T50265-2010）中公式(6.3.6)計算：

式中：

Kf——抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)；

∑V——作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部重力（kN）；

∑U——作用于泵房基礎(chǔ)底面上的揚壓力（kN）；

根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T50265-2010）第 6.3.7條規(guī)定，泵站抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)的允許值，不分泵站級別和地基類別，基本荷載組合下不應(yīng)小于1.10。

翁墩加壓站的廠區(qū)地面高程為41.80m，根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭示，地下水位高程為39.33m～40.67m。

經(jīng)計算，清水池、加壓泵站各構(gòu)筑物抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)均大于《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T50265-2010）中的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)的允許值，滿足規(guī)范要求。

1.3.2.2 基底應(yīng)力計算

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）對加壓站的清水池、加壓泵站以及管理房等構(gòu)、建筑物承受的各項荷載進行計算；并根據(jù)每個構(gòu)、建筑物施工、使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的荷載，按承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行荷載組合，分別取最不利的效應(yīng)組合進行設(shè)計和驗算。

翁墩加壓站內(nèi)新建清水池中間設(shè)隔墻，分為兩個獨立的池子，單池凈長10.40m，凈寬6.48m，清水池總長14.01m，總寬11.10m，正常運行期時兩池在設(shè)計水位下同時工作，檢修期時一池關(guān)閉運行進行檢修，一池在設(shè)計水位下運行，因此清水池需要計算在完建期、運行期、檢修期三個工況下的基礎(chǔ)應(yīng)力。加壓泵站需要計算在完建期、運行期兩個工況下的基礎(chǔ)應(yīng)力。管理房只需要計算在運行期的基礎(chǔ)應(yīng)力。

其中，管理房的基底應(yīng)力按照獨立柱基礎(chǔ)的基底應(yīng)力計算。三層管理房邊柱基礎(chǔ)的基底面按擬定尺寸2.0m×2.5m、中間柱基礎(chǔ)的基底面按擬定尺寸3.0m×3.0m，其計算出的獨立柱基礎(chǔ)的基底應(yīng)力為 142.13kPa、140.71kPa，滿足地基承載力要求，為了防止不均勻沉降，相鄰獨立柱基礎(chǔ)的基地應(yīng)力差在20%以內(nèi)。

2 結(jié)語

翁墩加壓站平面設(shè)計上分區(qū)明確，在滿足廠區(qū)內(nèi)工藝要求、交通運輸?shù)惹疤嵯率箯S區(qū)建筑物、構(gòu)筑物、道路、綠地等融為一體，廠區(qū)內(nèi)各構(gòu)筑物在滿足布置要求下，結(jié)構(gòu)設(shè)計需滿足規(guī)范要求。構(gòu)建和諧社會，保障飲水安全，維護人的生命健康，是水利工作的第一任務(wù)，且農(nóng)村飲水安全問題是脫貧攻堅“兩不愁三保障一安全”的核心指標(biāo)，關(guān)系脫貧攻堅戰(zhàn)任務(wù)的完成和脫貧攻堅的成色，對翁墩加壓站進行改建，并入木廠供水站供水系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管護，是實現(xiàn)規(guī)模水廠集中供水、構(gòu)建農(nóng)村供水良性發(fā)展格局的必要條件。