沉井式一體化污水提升泵站設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

摘" 要：沉井式一體化污水提升泵站具有用地集約、投資小等顯著優(yōu)勢(shì)。該文通過(guò)對(duì)比研究，并結(jié)合工程實(shí)例，探討污水管網(wǎng)系統(tǒng)中沉井式一體化污水提升泵站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以期為同類項(xiàng)目技術(shù)方案的制定提供參考。

關(guān)鍵詞：一體化污水提升泵站；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；污水管網(wǎng)系統(tǒng)；沉井；對(duì)比研究

中圖分類號(hào)：TU992.25" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）31-0117-05

Abstract： The caisson type integrated sewage lifting pumping station has obvious advantages such as intensive land use and small investment. Through comparative study and combined with engineering examples， this paper discusses the design points of caisson integrated sewage lifting pumping station in sewage pipe network system， in order to provide reference for the formulation of technical schemes of similar projects.

Keywords： integrated sewage lifting pumping station; design points; sewage pipe network system; open caisson; comparative study

污水提升泵站是污水管網(wǎng)系統(tǒng)中的重要節(jié)點(diǎn)設(shè)施。因污水管道采用重力流，在設(shè)計(jì)時(shí)有一定的坡度，隨污水管網(wǎng)的距離長(zhǎng)度增加，管網(wǎng)埋深變大，一般在埋深大于10 m或者污水管需要穿越河涌、堤防、地鐵等重力流無(wú)法穿越的情況時(shí)，需增設(shè)污水提升泵站。傳統(tǒng)污水提升泵站一般采用松散庭院半地下式，占地面積較大[1]，造價(jià)高；成品一體化污水提升泵站常采用玻璃鋼外殼，其耐久性、規(guī)范相符性相對(duì)較差。此外，污水提升泵站一般深度較深，基坑開(kāi)挖難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)大。綜上因素，提出一種沉井式一體化污水提升泵站，本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)沉井式一體化污水提升泵站設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究探討，以期為類似工程項(xiàng)目的開(kāi)展提供參考。

1" 工程概況

潮州某污水處理廠工程新建1座粗格柵及進(jìn)水泵站（以下簡(jiǎn)稱“CZ泵站”），泵站規(guī)模按0.058 m3/s（0.50萬(wàn)m3/d）一次建設(shè)，設(shè)備按近期0.029 m3/s配置。廣州南沙某市政污水管節(jié)點(diǎn)新建中途污水提升泵站（以下簡(jiǎn)稱“NS泵站”），泵站規(guī)模按0.233 m3/s（1.28萬(wàn)m3/d）一次建設(shè)，設(shè)備按0.233 m3/s配置。根據(jù)GB/T 50265-97《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》，CZ泵站和NS泵站均屬于小型泵站。

2" 地理?xiàng)l件

CZ泵站位于河涌邊，原屬于潮州某污水處理廠的污水泵站，因污水處理廠周邊存在外江堤防、橋梁等因素，無(wú)法采用傳統(tǒng)重力流進(jìn)污水廠，因此采用污水泵站提升后用壓力管過(guò)外江堤防和橋梁橋墩群。CZ泵站進(jìn)水管管徑D600，管底標(biāo)高6.63 m，地面標(biāo)高11.24 m，埋深約4.61 m。

NS泵站位于河涌邊，原河涌岸邊的市政污水管管徑D600，管底標(biāo)高-1.8 m，地面標(biāo)高6.70 m，埋深約8.5 m，因污水管建成年代久遠(yuǎn)，存在較多的結(jié)構(gòu)性隱患，河涌水涌入污水管網(wǎng)，修復(fù)難度較大、施工倒流難度大，通過(guò)增設(shè)污水提升泵站的形式增加備用管形式，替代原有重力流污水管的污水轉(zhuǎn)輸功能。

3" 泵站設(shè)計(jì)

3.1" 技術(shù)要求

3.1.1" 具備攔渣功能

污水中含有大量的固體殘?jiān)?，為保護(hù)水泵，避免垃圾堵塞水泵葉輪導(dǎo)致過(guò)載損壞，污水提升泵站應(yīng)設(shè)置格柵機(jī)。

3.1.2" 符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求

污水提升泵站是污水系統(tǒng)的重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)設(shè)施，對(duì)于污水系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)具有重要意義，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保泵間距、泵與側(cè)壁的凈距、水泵運(yùn)行時(shí)間等應(yīng)滿足規(guī)范要求。

3.1.3" 使用壽命較好

污水泵站屬于城建基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)具有良好的使用壽命。

3.1.4" 用地集約，無(wú)突出地表明顯構(gòu)筑物

污水提升泵站一般在城鎮(zhèn)建成區(qū)，土地資源珍貴，應(yīng)集約用地，并減少對(duì)城市景觀的影響。

3.2" 方案比選

污水泵站主要形式為傳統(tǒng)污水提升泵站、成品一體化污水提升泵站、沉井式一體化污水提升泵站等，具體對(duì)比情況見(jiàn)表1。3種方案中傳統(tǒng)污水提升泵站占地面積最大，投資最高，施工周期長(zhǎng)，且不利于城市景觀，暫不予考慮。根據(jù)勘察資料及現(xiàn)場(chǎng)情況，擬設(shè)泵站位置場(chǎng)地相對(duì)狹小、靠近河涌，采用開(kāi)挖施工方式會(huì)帶來(lái)諸多不可預(yù)見(jiàn)的情況。考慮到泵站規(guī)模、場(chǎng)地條件等因素，初步采用沉井式一體化污水泵站。對(duì)方案的應(yīng)用考慮如下。

3.2.1" 占地面積

沉井式一體化污水泵站的占地面積相比傳統(tǒng)污水提升泵站占地面積更小，集約用地，投資相應(yīng)更小，對(duì)城市景觀的影響也比較小。

3.2.2" 耐久性和使用壽命

成品一體化污水提升泵站一般采用玻璃鋼筒體，內(nèi)部的粉碎格柵、水泵等附屬設(shè)施依附在玻璃鋼筒體上，在受到震動(dòng)或運(yùn)輸不當(dāng)磕碰時(shí)，易出現(xiàn)破損，給后續(xù)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)隱患，同時(shí)由于制作工藝限制，筒體直徑不能做得太大，集水池較小、水泵頻繁啟動(dòng)，耐久性和使用壽命存在一定的缺陷。

總體來(lái)看，沉井式一體化污水提升泵站既具備傳統(tǒng)污水提升泵站的使用壽命較長(zhǎng)、可靠的特點(diǎn)，又兼具成品一體化污水提升泵站的高度集成性，具有比較廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

3.3" 方案設(shè)計(jì)

3.3.1" 工程規(guī)模

CZ泵站設(shè)計(jì)規(guī)模0.50萬(wàn)m3/d，旱季最大規(guī)模0.95萬(wàn)m3/d，共設(shè)置了3個(gè)泵位，安裝2臺(tái)。根據(jù)污水量及揚(yáng)程的特點(diǎn)，水泵采用蝸殼式潛水排污泵。單臺(tái)流量為Q=198 m3/h，揚(yáng)程H=20 m，功率N=22 kW，近期旱季1用1備，雨季2用，遠(yuǎn)期加裝1臺(tái)泵，2用1備，均變頻。安裝回轉(zhuǎn)式粗格柵1臺(tái)，柵寬B=700 mm，柵隙b=20 mm，安裝角度α=75°，功率N=0.37 kW。

NS泵站設(shè)計(jì)規(guī)模1.28萬(wàn)m3/d，旱季最大規(guī)模2.06萬(wàn)m3/d，共設(shè)置了3個(gè)泵位，安裝3臺(tái)。根據(jù)污水量及揚(yáng)程的特點(diǎn)，水泵采用蝸殼式潛水排污泵。單臺(tái)流量為Q=430 m3/h，揚(yáng)程H=14 m，功率N=30 kW，近期旱季1用1備，雨季2用1備，遠(yuǎn)期時(shí)2用1備，均變頻。安裝粉碎格柵1臺(tái)，流量Q=860 m3/h，功率N=5.5 kW。

3.3.2" 工程布置

CZ泵站采用矩形布置，占地面積約76 m2。泵站整體采用鋼筋混凝土箱體結(jié)構(gòu)，L×B×H=7.4 m×7.6 m×8.6 m，泵站采用半地埋形式，設(shè)置4類檢修孔，分別為水泵檢修孔L×B=1.0 m×1.0 m、前閘門(mén)檢修口L×B=1.0 m×0.8 m、后閘門(mén)檢修口Φ700和格柵檢修孔L×B=2.35 m×0.8 m，平面和剖面布置示意圖如圖1所示。

NS泵站采用矩形布置，占地面積約49 m2。泵站整體采用鋼筋混凝土箱體結(jié)構(gòu)，L×B×H=6.0 m×7.0 m×7.5 m，泵站采用全地埋形式，設(shè)置3類檢修孔，分別為水泵檢修孔L×B=1.8 m×0.8 m、清淤孔Φ700、格柵檢修口L×B=1.2 m×1.2 m，平面和剖面布置示意圖如圖2所示。為避免同一區(qū)域開(kāi)挖大基坑，泵前檢修閘門(mén)設(shè)置閘站上游20 m污水檢查井內(nèi)，采用圓形閘門(mén)，無(wú)漏出地埋的操作桿。

3.3.3" 水泵啟停方式

CZ泵站共安裝3臺(tái)水泵，采用“分水位開(kāi)啟、分水位?！狈绞?，即第一臺(tái)水泵啟泵水位即是第二臺(tái)水泵的停泵水位，每臺(tái)水泵按5 min設(shè)置啟停，停泵液位5.50 m、單泵啟泵液位6.05 m（也即第二臺(tái)停泵液位）、雙泵啟泵液位6.50 m。

NS泵站共安裝2臺(tái)水泵，采用“分水位開(kāi)啟、同水位?！狈绞?，即第一臺(tái)水泵啟動(dòng)后，如水位仍繼續(xù)上升，則設(shè)定水位接近充滿度時(shí)開(kāi)啟第二臺(tái)水泵，第二臺(tái)水泵與第一臺(tái)水泵停泵水位相同。NS泵站停泵液位0.70 m，第一臺(tái)水泵啟泵水位1.90 m，第二臺(tái)水泵啟泵水位2.36 m，2臺(tái)水泵共用停泵液位。

3.3.4" 沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

CZ泵站和NS泵站沉井有一定的相似性。以NS泵站為例，沉井尺寸L×B×H=6.0 m×7.0 m×7.5 m，采用直壁式側(cè)壁，側(cè)厚度500 mm，底板厚500 mm。采用“不排水下沉”法，水下素砼封底厚1 100 mm，主體結(jié)構(gòu)采用C30混凝土，封底采用C25混凝土。地質(zhì)揭露存在淤泥質(zhì)土，地基處理進(jìn)行Φ500@1 000高壓旋噴樁處理。NS泵站下沉開(kāi)挖土層主要為填土、淤泥質(zhì)土，無(wú)鄰近需保護(hù)建構(gòu)筑物，不未設(shè)擋土周樁。NS泵站底板與側(cè)壁之間的止水措施采用2道遇水膨脹止水條，效果較好。做法如圖3所示。

3.4" 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.4.1" 泵站的集約化布置

經(jīng)對(duì)比研究，沉井式一體化污水提升泵站主要有以下3種布置形式（圖4），其中布置形式一采用回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵，將格柵及格柵檢修、泵站檢修閥門(mén)設(shè)置在沉井內(nèi)部，通過(guò)內(nèi)部隔墻分為不同的功能區(qū)，不同功能區(qū)的高程差異通過(guò)素混凝土二次填充實(shí)現(xiàn)；布置形式二和布置形式三均采用粉碎格柵，將格柵安裝在沉井內(nèi)壁，將泵站檢修閥門(mén)井設(shè)置在沉井外的第一個(gè)污水檢查井內(nèi)，相比布置形式一，布置形式二和布置形式三用地更加集約。3種布置形式的共性是閥門(mén)井二次施工澆筑。本研究案例中的CZ泵站屬于布置形式一、NS泵站屬于布置形式二，從實(shí)際設(shè)計(jì)來(lái)看，雖然NS泵站規(guī)模遠(yuǎn)大于CZ泵站，但得益于粉碎格柵的使用，NS泵站占地面積比CZ泵站更小。

3.4.2" 泵站揚(yáng)程設(shè)計(jì)

水泵揚(yáng)程確定是水泵選型的重要考慮因素，水泵的揚(yáng)程主要由靜揚(yáng)程、沿程損失和局部損失構(gòu)成，此外，為保障水泵運(yùn)營(yíng)安全，一般預(yù)留一定的富余水頭。在計(jì)算水泵揚(yáng)程時(shí)，應(yīng)分別按近期、遠(yuǎn)期的旱季平均和旱季高峰等工況進(jìn)行計(jì)算，按最大值選取水泵。當(dāng)計(jì)算的水泵揚(yáng)程過(guò)高時(shí)，應(yīng)通過(guò)調(diào)整出水管管徑的方式降低流速，從而降低揚(yáng)程。在計(jì)算沿程損失時(shí)，應(yīng)采用海曾威廉公式計(jì)算。以NS泵站為例，不同工況下，揚(yáng)程計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2，計(jì)算泵站揚(yáng)程在6.18～12.07 m，考慮最不利工況揚(yáng)程為12.07 m，預(yù)留2 m左右富余水頭，最終選取水泵揚(yáng)程H=14 m。在選用水泵時(shí)，優(yōu)先選擇帶切削功能的變頻泵。當(dāng)泵站服務(wù)分區(qū)內(nèi)存在合流區(qū)時(shí)，還應(yīng)考慮雨季運(yùn)行工況下?lián)P程的復(fù)核。

3.4.3" 集水池有效容積及水泵啟停

泵站集水池有效容積是水泵可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。集水池的容積不應(yīng)小于最大一臺(tái)水泵5 min的出水量，水泵機(jī)組為自動(dòng)控制時(shí)，每小時(shí)開(kāi)動(dòng)水泵不宜超過(guò)6次[2]。在集水池有效容積設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮水泵總體參數(shù)選型，泵站規(guī)模較小時(shí)建議采用同等規(guī)模的變頻泵。以最大一臺(tái)水泵的5 min出水量作為集水池最小有效容積，結(jié)合泵站平面尺寸設(shè)計(jì)，確定第一臺(tái)水泵的啟泵水位和停泵水位。由于泵站最高水位在進(jìn)水管道充滿度位置，停泵水位在進(jìn)水管底高程以下，因此，不同啟停模式對(duì)泵站基坑深度有明顯影響，“分水位開(kāi)啟、分水位?！眴⑼７绞綍?huì)導(dǎo)致泵坑深度相對(duì)比“分水位開(kāi)啟、同水位?！狈绞礁睿谠O(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇。除此之外，還有“階梯式開(kāi)泵、階梯式停泵”方式，即第一臺(tái)水泵和第二臺(tái)水泵的啟泵水位、停泵水位均不同，分階段啟動(dòng)、分階段停泵，2個(gè)水泵啟泵水位和停泵水位差值相等。研究表明，“階梯式開(kāi)泵、階梯式停泵”方式相比“分水位開(kāi)啟、分水位停”“分水位開(kāi)啟、同水位?！狈绞剿脝⑼Ｗ畈活l繁、最為安全[3]。考慮到“階梯式開(kāi)泵、階梯式停泵”在運(yùn)維階段可在其他 2 種方式上修訂水泵啟停水位實(shí)現(xiàn)，建議在設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮其他 2 種方式。

3.4.4" 沉井設(shè)計(jì)與施工

對(duì)比傳統(tǒng)基坑支護(hù)方式，沉井平面尺寸小，適合場(chǎng)地空間狹小、開(kāi)挖深度大的工況，自身結(jié)構(gòu)可作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)；在地下水豐富地區(qū)，沉井法可水下開(kāi)挖、不排水下沉，節(jié)約降排水措施費(fèi)。沉井法與污水泵站良好匹配的沉井式一體化污水提升泵站具有明顯優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意：①優(yōu)先考慮地質(zhì)資料、周邊環(huán)境情況，評(píng)估是否能夠使用沉井、是否需要設(shè)置擋土周樁及地基處理，周邊有臨近建構(gòu)筑物時(shí)應(yīng)設(shè)置擋土周樁，減少沉井下沉過(guò)程中因超挖、傾斜或存在流沙等造成的周邊地面沉降；②在滿足泵站功能需求的基礎(chǔ)上，合理確定沉井尺寸；③應(yīng)特別注意底板與側(cè)壁之間的止水措施，防止地下水的滲入；④重視施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力配筋、封底厚度、下沉、使用階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力配筋、地基承載力、抗浮穩(wěn)定和裂縫等各個(gè)層面的結(jié)構(gòu)計(jì)算。相較傳統(tǒng)方式由下到上澆筑結(jié)構(gòu)不同，沉井法下沉標(biāo)高較難精準(zhǔn)控制，易產(chǎn)生傾斜，施工時(shí)應(yīng)控制下沉速度，防止突沉，將偏差控制在允許值之內(nèi)，保證泵站標(biāo)高滿足工藝要求。

4" 泵站的運(yùn)行情況

CZ泵站于2020年10月建成通水，至今通水2年多時(shí)間，已基本按近期規(guī)模運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程一切正常，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。NS泵站于2022年1月建成通水，至今通水1年多時(shí)間，運(yùn)行過(guò)程一切正常，已基本按設(shè)計(jì)規(guī)模運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

5" 結(jié)束語(yǔ)

污水泵站的設(shè)計(jì)需綜合考慮功能、用地情況、投資大小和施工影響等各方面的要求及條件，經(jīng)對(duì)比論證，研究確定沉井式一體化污水提升泵站的技術(shù)方案。本文結(jié)合2種不同的泵站布置形式的工程實(shí)例，探討分析設(shè)計(jì)要點(diǎn)。隨著對(duì)沉井式一體化污水提升泵站的研究，其具備的集約用地、易于施工、投資小及規(guī)范相符性較好等綜合優(yōu)勢(shì)，將使其在污水治理工程中發(fā)揮更加重要的作用。

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