晴隆县西泌河提水工程结构设计探讨

摘 要：本文以晴隆县西泌河提水工程为实例对取水建（构）筑物、净水厂建（构）筑物结构设计进行重点分析。

关键词：净水厂；构筑物；结构设计；施工配合

引 言

除对水池的结构进行合理设计之外，在净水厂水处理构筑物的设计过程中，还需要按照一定的设计措施，进行一定构造设计，确保水厂水处理构筑物的耐久性及安全性。

1 项目简介

1.1 工程概况

晴隆县西泌河提水工程主要解决县城供水，提水规模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，在全国城市供水中是提水扬程最高的。从供水安全可靠性、运行费用和经济性等方面进行工程布置，确定5级提水方案比较合理。本工程提水方案是将低处河道水通过5座泵站提升到水厂处理后供给城市管网，各级泵站采用串联布置，泵站前设置调节水池。

取水泵站采用深井泵井筒式取水，取水井上部为泵房，面积约为70m2。2～4级加压泵站泵房完全相同，尺寸：22×7.5×5.5m，扬程为H=255～225m。2～4级加压泵房前均设置容积为200m3的调节水池，尺寸为7.5×7.5×4m，以保证输水安全。

1.2 主要结构工作内容

取水工程内容包括5座泵站，4座200m3调节水池和3875m输水管线。净水厂在原有老水厂基础上进行扩建，主要建、构筑物有综合楼、机修间、加药加氯间、沉淀池、滤池、1000m3清水池、500m3回收水池、以及边坡处理、挡土墙等。

2 工程地质概况

工程区属抗震设防6度第三组，位于北盘江支流西泌河右岸，属侵蚀—溶蚀型河谷地貌区。以地表溶蚀地貌形态为主，主要表现为岩溶洼地、溶蚀槽谷、溶丘、溶蚀裂隙等，偶见小型溶洞，滑坡主要为一些小规模的浅层覆盖层滑坡，一般为公路开挖边坡放坡不当引起，其规模较小，对工程影响不大。

一级取水泵站，地基岩土地基岩体为中三迭统关岭组第一段的泥质白云岩夹泥岩，岩体强风化层厚3～6m；输水管线及其余三级泵站沿西泌河右岸斜坡布置，管道沿地面铺设，全长约3.75km。沿线地形坡度陡缓相间，管道沿线基岩出露，覆盖层零星分布，自然边坡稳定，主要为残坡积的粘土夹碎石，基岩为三迭系中统关岭组第一段的白云岩、泥质白云岩夹泥岩；水厂场地内无不良地质现象，地下水埋深均在建基面以下，厂区为岩溶弱发育区，场地稳定性较好。基坑开挖边坡主要为覆盖层边坡，拟建工程厂区新增建（构）筑物主要有平流沉淀池、滤池、清水池、综合楼、加药加氯间等建（构）筑物；根据地勘方建议，根据覆盖层厚度及建（构）筑物特点采用红黏土层或强风化基岩作为持力层，以强风化中下部岩体作地基岩体持力层，建议地基岩土承载力：粘土[R]=150kPa；强风化灰岩[R]=1000～1200kPa。

3 取水及输水管线结构设计要点

3.1 设计原则

取水构筑物应保证在枯水季节能取水，并保证在枯水保证率下取得所需的设计水量。取水构筑物的位置选择应该全面掌握河流的特点。根据取水河段的水文、地形、地质、卫生防护，河流规划和综合利用因素等条件综合考虑。

3.2 取水构筑物的结构设计

根据河床及岸坡的地形条件：河床岸坡陡，且主流近岸时，宜采用岸边式取水构筑物；河床岸坡平缓，且主流离岸时，宜采用河床式取水构筑物。取水规模及安全度：大型取水泵房当安全度要求较高时，一般采用集水井与泵房合建的形式；小型取水泵房当条件许可时，可采用水泵吸水管直接取水。岸邊式取水构筑物分为合建式与分建式两种形式，详见表1。

本工程采用合建式岸边式取水构筑物，取水泵房采用井筒布置，底部为取水井，取水井上部为泵房，面积约为70m2。水泵选用深井泵。上部为泵房。取水井由取水塔和沉砂井组成：取水井为方形建筑，尺寸为：L×B×H=8.9m×4.4m×10.5m；取水井采用钢筋混凝土底板及剪力墙结构，根据洪水设计高程上部取水泵房采用钢筋混土框架结构。本取水井结构设计还注意到抗浮设计，经计算采用在底板下布置间隔800mm梅花型布置直径25mm螺纹钢筋，以及高强度等级细石混凝土灌浆锚入基岩持力层中。

3.3 输水管线土建设计及三级泵房土建设计

由于本工程输水管道为泵站出水压力管，泵站提水扬程200m左右，管道压力较大，因此只能用刚性管道，本输水管道设计输水能力为20000m3/d，采用两条DN400输水管并行输水，敷设形式主要为架设，支墩每隔6.0m设一个，土建设计支墩材料考虑浆砌和加筋混土两种，根据管道转角及坡度等具体选用。过公路段采用埋设，埋深1.0m，管道基础为0.3m厚的砂石垫层，基槽深2.0m，底宽1.2m，边坡根据地质资料为1：0.5～1：0.75，采用杂土回填。

其余2、3、4各级泵站及调节水池选址位置位于相对平缓场地，建筑物为一层，钢筋混凝土框架结构；调节水池为无顶盖钢筋混凝土水池，荷载均不大，根据场地覆盖层条件，均采用至于红粘土层上，要求地基均匀，结构计算采用常规设计，根据受力计算及最大裂缝宽度允许值配筋，做到安全、合理、经济。

4 水厂建筑（构）筑物结构设计

4.1 基本原则

建（构）筑物结构计算采用承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算，对水池的配筋和裂缝进行控制，采用经济合理的配置满足构筑物使用要求。构筑物分别按池内有水、池外无土和池内无水、池外有土工况进行结构内力计算，无保温措施的地面式构筑物需考虑温、湿度应力的影响，壁面湿度当量温差按10℃采用。池内最高计算水位取至壁顶处。结构按承载力极限状态验算强度及稳定性和验算正常使用极限状态下的变形和裂缝宽度。

4.2 建筑物结构设计

水厂建筑物主要包括一栋两层楼的综合楼、仓库机修间、加药加氯间、变配电房等。各建筑物功能主要为工艺流程服务，造型比较规则，结合建筑物层高、层数、开间格局及建筑外立面造型，对于综合楼上部结构采用砖混结构，根据地质情况采用毛石混凝土墙下条形基础；其余单体建筑开间较大，均采用钢筋混凝土框架结构，钢筋混凝土柱下独立基础。

4.3 构筑物结构设计

4.3.1 基本概念

水池是给水排水和水处理结构工程中最重要的土建工程，掌握水池选型和结构布置的科学性是水池结构设计的关键。矩形水池的池壁主要是受弯，除小的偏心受拉外，一般截面存在受压区，因此裂缝一般不会贯通，只需控制最大裂缝满足抗裂要求。在水池设计中，结构设计人员和工艺设计人员要求非常良好的沟通，而不能闭门造车，对于结构构造加腋（八字角）要求是否会对工艺设备运行有否影响，如若工艺不允许，结构设计人员应灵活变通，对于构造措施区别情况采用。该工程水厂构筑物主要包括有沉淀池、滤池、清水池、回收水池等，清水池为矩形有顶盖钢筋混凝土水池，其余为敞口矩形钢筋混土水池。

4.3.2 内力计算

（1）顶板和底板：对于有顶盖水池，顶盖计算参同钢筋混凝土楼盖的计算方法，对于圆形顶板，根据支承条件可查静力计算手册计算。底板计算时，视水池底板的结构形式而定，当水池池壁采用独立基础时，底板的反力按直线分布考虑；对于一般水处理结构水池，由于平面尺寸较小，底板多为等厚平板，须按不同荷载情况计算内力，进行组合叠加。

（2）池壁的内力计算：矩形水池池壁的内力按弹性理论计算，根据池壁壁板的长度LB和壁板的高度HB的比值和壁板边界条件按《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（以下称为《规程》）第6.1和6.2条规定计算；对于敞口水池池壁和顶板为预制而搁置在池壁顶端且无连接措施时，池壁顶端应视为自由端；当预制板与池壁顶端设有抗剪钢筋连接或池壁与顶板整体浇筑，仅配置抗剪钢筋时，池壁与顶板的连接应视为铰接；当池壁与顶板整体浇筑，并配置连续钢筋时，池壁与顶板节点应视为弹性固定，而当池壁与顶板整浇，且池壁的线刚度与顶板线刚度比值大于5时，顶板相对于池壁来说可视为铰接。

5 结束语

在取水工程建（构）筑物的设计过程中，除对水池的结构进行合理设计之外，还需要进行一定构造设计，按照一定的設计措施，确保工程单体的的耐久性及安全性。

参考文献

[1]刘泽，王领发，田欣，金世玉.晴隆县西泌河提水工程水泵选型设计[C].中国给水排水.2009（09）.

[2]罗云光.某大型水工构筑物结构设计的体会[J].广东建材.2007（09）.

[3]林俊昌.对水工构筑物设计的几点看法[J].科技资讯.2010（27）.

[4]CECS138：2002给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程.

作者简介：谭妮娟（1973-），女，本科，高级工程师，从事工业与民用建筑设计工作多年。