水厂取水头部的结构设计 黎张仁

水厂取水头部的结构设计黎张仁摘要：在城市自来水厂取水工程的设计中，取水头部设置在取水点，通过引水管将原水送入取水泵站，已是一种常规的取水工程设计方法。特别是近些年随着顶管技术的迅速发展和日趋成熟，使得取水工程变得愈发简单易行。本文主要结合工程实例分析了水厂取水头部的结构设计。关键词：水厂取水头部；结构设计；标准工程概况某水厂取水头部工程现有生产能力为16万m3/d,因此本工程规模确定为16万m3/d。本工程场址土层形成的地质年代，应属新生代，第四纪。以河流出海处的三角洲相的冲积、淤积为主，伴随滨海相沉积为付，厚度较大，大于50m。本工程内容包括取水泵房、取水头部、引水管、配电间（包括PLC室、变压器室低压配电间等）、储物间和交通栈桥。设计标准（1）本工程结构设计使用年限为50年。（2）本工程构（建）筑物结构安全等级为二级；工程重要性等级为二级（3）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）查得：本区是国家地震烈度区划的8度区，设计基本地震加速度值为0.2g，设计特征周期为0.35s，设计地震分组为第一组。a.取水泵房、取水头部、引水管、配电间（包括PLC室、变压器室、低压配电间等）：均为乙类建筑，按抗震设防烈度9度的要求采取抗震措施。b交通栈桥：为丙类建筑，按抗震设防烈度8度的要求采取抗震措施。设计主要参数（1）建筑物使用荷载按规范（GB50009-2012）选用，水、土荷载和设备荷载按实际情况选用。（2）风荷载按规范（GB50009-2012）中全国基本风压分布，查得该地区基本风压值为0.8kN/m2。（3）构筑物抗浮安全系数Kf>1.05o（4）构筑物周边场地堆载按10kN/m2或视具体实际情况取值。（5）构（建）筑物的沉降值及相邻构（建）筑物的沉降差满足《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）的要求。场地条件根据《水厂取水头部迁移工程岩土工程勘察报告》，场地自然地面标高为2.650~4.680m。场址土层形成的地质年代，应属新生代，第四纪。以河流出海处的三角洲相的冲积、淤积为主，伴随滨海相沉积为付，两者交替作用所形成，厚度较大，大于50米。由于没有拟建场地工程地质报告，通过现场踏勘，结合已收集的该区域工程地质资料综合分析，拟建场址地处韩江的河漫滩一级阶地地带，根据土的物理力学性质可将场地土划分为软弱土、中软土及中硬土等结构层。第2、3层中的饱和砂类土在遭遇8度烈度地震时、近震时多数会液化，综合液化指数3.9，为轻微液化。应根据拟建场地详细工程地质报告确定，并对基础形式进行合理的调整。建筑场地类别为III类。地基基础根据岩土工程勘察报告，本工程构（建）筑物的基础设计选型时，基底落在软弱土层上，并且考虑地下水对基础的影响，应进行地基处理。（1）取水泵房：采用混凝土沉井结构，因地质条件很差，以河流出海处的三角洲相的冲积、淤积为主，沉井结构底板所在的土层为淤泥层，沉井在下沉时摩擦力小于重力，为防止突沉，在沉井刃脚处先采用旋喷桩进行地基处理，以保证沉井在开挖时能控制下沉。（2）取水头部、配电间、储物间、交通栈桥：浅基础对位于存在冲刷的河道中（构筑物不稳定）是不合适的，故基础均采用桩基进行设计，以确保构筑物稳定。结构选型（1）取水泵房取水泵房为半地下式泵房，下部结构为直径19.6m圆形水泵间，高度约12m埋深9m为沉井结构；平台上部结构为现浇框架结构，并设置一台吊车。取水泵房下部结构可采用以下二种施工方法：a.第一种为沉井施工：沉井是一种在地面制作后，通过从井内取土下沉到设计标高的结构。沉井施工方法是修筑地下构筑物或深基础工程特殊的施工方法。优点：沉井的开挖土方量大部分限制在沉井的范围内，相对于基坑支护开挖土方量最小、工期较短、投资省。缺点：沉井下沉过程如发生偏移影响施工。b第二种基坑支护开挖施工：由于取水泵房埋深大、为深基坑工程，为确保安全，不可能采取放坡开挖，须采取钻孔灌注桩基坑支护、并且采用两排高压旋喷桩作为止水帷幕。这样整个基坑工程费用较大。两种方案比较、有如下特点：优点：基坑支护施工安全、可控性强。缺点：基坑支护工期较长、投资较大且对堤坝的影响很大。因在该工程取水泵房一半在河堤堤岸，一半在河中，如采用第二种基坑开挖方式需先围堰再开挖，影响河道运输及堤坝破坏，经比选论证及在该工程的经验，采用沉井方式施工成本少，缩短工期。故本工程拟采用沉井施工方案，并选择在枯水期施工。（2）配电间、储物间、交通栈桥：采用抗震性能好、造价低、结构布置灵活的现浇钢筋混凝土框架结构进行设计。为最大限度减少河道阻洪截面，在河道滩涂至建筑物地面之间采用架空层形式。基础均采用桩基础设计。（3）取水头部：为减少大笔围堰费用、采用最方便水中作业的钢管桩进行施工，在头部范围内设8根钢管桩，头部顶和底部采用钢结构形式，即设纵横钢构件，形成水平框架，以保证头部结构的稳定性和整体性。加强结构设计的措施（1）稳定措施：泵房体量大、埋深较大、建筑物采用桩基础，在河道中流水压力、泥沙压力、波浪压力受力面积较小，构筑物高度低故地震作用横向力矩小，经验算，本工程采用上述结构均能满足稳定要求。（2）抗浮措施：抗浮的措施有：自重加配重的抗浮、桩基抗浮、锚杆抗浮、运行管理抗浮。抗浮设计时，采用何种措施抗浮需要结合构筑物的结构特点、地质情况等因素综合考虑。本工程泵房的壁厚较大，又有上部结构重量，这样利用自重加配重的抗浮满足。（3）大堤加固：a.交通栈桥方案的补救措施建议交通栈桥的方案调整为：交通栈桥连接泵房和堤防，在河道滩涂至建筑物地面之间采用架空现浇桥面，靠近泵房端布置两排*800钻孔灌注桩作为桥墩基础；靠近堤防端堤脚下处增加一排桥墩。b．输水管穿堤的补救措施建议按下列措施进行接口处理：穿堤处需要破堤安装输水管道，设计破堤处破口底宽7.20m，底高程4.556m,破口两侧按坡比1：3.0放坡，破堤处堤顶口宽20m。按《堤防工程施工规范》SL260-98要求，新老堤相接时，垂直堤轴线方向的各种接缝，应以斜面相接，坡度可采用1：3.0〜1：5.0。因此，本设计要求：破口两侧坡比按1：3.0放坡。在大堤破口段内，输水管道设置2道混凝土截水环，混凝土截水环采用C20钢筋砼宽400mm，高500mm；配置6014主钢筋和①8@200箍筋。混凝土截水环内侧与输水管道设置的钢截水环现浇为一体。管道安装完成后，按下列设计断面恢复一八围堤防：管道安装完成后，浇筑混凝土截水环，之后填筑恢复堤防。要求上堤土料应满足设计要求，质量不得低于原堤上堤料，土堤填筑应分层压实，压实度不低于0.93。对原大堤堤面进行清基处理，清坡深度不小于300mm，要求清除草根等杂物。大堤防洪标准按50年一遇设计。大堤恢复断面为：堤顶高程6.696m，堤顶宽度为4.68m，堤顶两侧采用C20砼路缘石，路缘石断面尺寸为150mmx400mm,堤顶设置泥结石路面，厚度200mm。迎水侧边坡坡比为1：0.5，采用M7.