水廠取水頭部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 黎張仁

水廠取水頭部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)黎張仁摘要：在城市自來(lái)水廠取水工程的設(shè)計(jì)中，取水頭部設(shè)置在取水點(diǎn)，通過(guò)引水管將原水送入取水泵站，已是一種常規(guī)的取水工程設(shè)計(jì)方法。特別是近些年隨著頂管技術(shù)的迅速發(fā)展和日趨成熟，使得取水工程變得愈發(fā)簡(jiǎn)單易行。本文主要結(jié)合工程實(shí)例分析了水廠取水頭部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：水廠取水頭部；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)工程概況某水廠取水頭部工程現(xiàn)有生產(chǎn)能力為16萬(wàn)m3/d,因此本工程規(guī)模確定為16萬(wàn)m3/d。本工程場(chǎng)址土層形成的地質(zhì)年代，應(yīng)屬新生代，第四紀(jì)。以河流出海處的三角洲相的沖積、淤積為主，伴隨濱海相沉積為付，厚度較大，大于50m。本工程內(nèi)容包括取水泵房、取水頭部、引水管、配電間（包括PLC室、變壓器室低壓配電間等）、儲(chǔ)物間和交通棧橋。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（1）本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。（2）本工程構(gòu)（建）筑物結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；工程重要性等級(jí)為二級(jí)（3）根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）查得：本區(qū)是國(guó)家地震烈度區(qū)劃的8度區(qū)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.2g，設(shè)計(jì)特征周期為0.35s，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。a.取水泵房、取水頭部、引水管、配電間（包括PLC室、變壓器室、低壓配電間等）：均為乙類建筑，按抗震設(shè)防烈度9度的要求采取抗震措施。b交通棧橋：為丙類建筑，按抗震設(shè)防烈度8度的要求采取抗震措施。設(shè)計(jì)主要參數(shù)（1）建筑物使用荷載按規(guī)范（GB50009-2012）選用，水、土荷載和設(shè)備荷載按實(shí)際情況選用。（2）風(fēng)荷載按規(guī)范（GB50009-2012）中全國(guó)基本風(fēng)壓分布，查得該地區(qū)基本風(fēng)壓值為0.8kN/m2。（3）構(gòu)筑物抗浮安全系數(shù)Kf>1.05o（4）構(gòu)筑物周邊場(chǎng)地堆載按10kN/m2或視具體實(shí)際情況取值。（5）構(gòu)（建）筑物的沉降值及相鄰構(gòu)（建）筑物的沉降差滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）的要求。場(chǎng)地條件根據(jù)《水廠取水頭部遷移工程巖土工程勘察報(bào)告》，場(chǎng)地自然地面標(biāo)高為2.650~4.680m。場(chǎng)址土層形成的地質(zhì)年代，應(yīng)屬新生代，第四紀(jì)。以河流出海處的三角洲相的沖積、淤積為主，伴隨濱海相沉積為付，兩者交替作用所形成，厚度較大，大于50米。由于沒(méi)有擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)報(bào)告，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，結(jié)合已收集的該區(qū)域工程地質(zhì)資料綜合分析，擬建場(chǎng)址地處韓江的河漫灘一級(jí)階地地帶，根據(jù)土的物理力學(xué)性質(zhì)可將場(chǎng)地土劃分為軟弱土、中軟土及中硬土等結(jié)構(gòu)層。第2、3層中的飽和砂類土在遭遇8度烈度地震時(shí)、近震時(shí)多數(shù)會(huì)液化，綜合液化指數(shù)3.9，為輕微液化。應(yīng)根據(jù)擬建場(chǎng)地詳細(xì)工程地質(zhì)報(bào)告確定，并對(duì)基礎(chǔ)形式進(jìn)行合理的調(diào)整。建筑場(chǎng)地類別為III類。地基基礎(chǔ)根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，本工程構(gòu)（建）筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型時(shí)，基底落在軟弱土層上，并且考慮地下水對(duì)基礎(chǔ)的影響，應(yīng)進(jìn)行地基處理。（1）取水泵房：采用混凝土沉井結(jié)構(gòu)，因地質(zhì)條件很差，以河流出海處的三角洲相的沖積、淤積為主，沉井結(jié)構(gòu)底板所在的土層為淤泥層，沉井在下沉?xí)r摩擦力小于重力，為防止突沉，在沉井刃腳處先采用旋噴樁進(jìn)行地基處理，以保證沉井在開(kāi)挖時(shí)能控制下沉。（2）取水頭部、配電間、儲(chǔ)物間、交通棧橋：淺基礎(chǔ)對(duì)位于存在沖刷的河道中（構(gòu)筑物不穩(wěn)定）是不合適的，故基礎(chǔ)均采用樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保構(gòu)筑物穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)選型（1）取水泵房取水泵房為半地下式泵房，下部結(jié)構(gòu)為直徑19.6m圓形水泵間，高度約12m埋深9m為沉井結(jié)構(gòu)；平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，并設(shè)置一臺(tái)吊車(chē)。取水泵房下部結(jié)構(gòu)可采用以下二種施工方法：a.第一種為沉井施工：沉井是一種在地面制作后，通過(guò)從井內(nèi)取土下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高的結(jié)構(gòu)。沉井施工方法是修筑地下構(gòu)筑物或深基礎(chǔ)工程特殊的施工方法。優(yōu)點(diǎn)：沉井的開(kāi)挖土方量大部分限制在沉井的范圍內(nèi)，相對(duì)于基坑支護(hù)開(kāi)挖土方量最小、工期較短、投資省。缺點(diǎn)：沉井下沉過(guò)程如發(fā)生偏移影響施工。b第二種基坑支護(hù)開(kāi)挖施工：由于取水泵房埋深大、為深基坑工程，為確保安全，不可能采取放坡開(kāi)挖，須采取鉆孔灌注樁基坑支護(hù)、并且采用兩排高壓旋噴樁作為止水帷幕。這樣整個(gè)基坑工程費(fèi)用較大。兩種方案比較、有如下特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：基坑支護(hù)施工安全、可控性強(qiáng)。缺點(diǎn)：基坑支護(hù)工期較長(zhǎng)、投資較大且對(duì)堤壩的影響很大。因在該工程取水泵房一半在河堤堤岸，一半在河中，如采用第二種基坑開(kāi)挖方式需先圍堰再開(kāi)挖，影響河道運(yùn)輸及堤壩破壞，經(jīng)比選論證及在該工程的經(jīng)驗(yàn)，采用沉井方式施工成本少，縮短工期。故本工程擬采用沉井施工方案，并選擇在枯水期施工。（2）配電間、儲(chǔ)物間、交通棧橋：采用抗震性能好、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)布置靈活的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為最大限度減少河道阻洪截面，在河道灘涂至建筑物地面之間采用架空層形式?；A(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。（3）取水頭部：為減少大筆圍堰費(fèi)用、采用最方便水中作業(yè)的鋼管樁進(jìn)行施工，在頭部范圍內(nèi)設(shè)8根鋼管樁，頭部頂和底部采用鋼結(jié)構(gòu)形式，即設(shè)縱橫鋼構(gòu)件，形成水平框架，以保證頭部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施（1）穩(wěn)定措施：泵房體量大、埋深較大、建筑物采用樁基礎(chǔ)，在河道中流水壓力、泥沙壓力、波浪壓力受力面積較小，構(gòu)筑物高度低故地震作用橫向力矩小，經(jīng)驗(yàn)算，本工程采用上述結(jié)構(gòu)均能滿足穩(wěn)定要求。（2）抗浮措施：抗浮的措施有：自重加配重的抗浮、樁基抗浮、錨桿抗浮、運(yùn)行管理抗浮?？垢≡O(shè)計(jì)時(shí)，采用何種措施抗浮需要結(jié)合構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地質(zhì)情況等因素綜合考慮。本工程泵房的壁厚較大，又有上部結(jié)構(gòu)重量，這樣利用自重加配重的抗浮滿足。（3）大堤加固：a.交通棧橋方案的補(bǔ)救措施建議交通棧橋的方案調(diào)整為：交通棧橋連接泵房和堤防，在河道灘涂至建筑物地面之間采用架空現(xiàn)澆橋面，靠近泵房端布置兩排*800鉆孔灌注樁作為橋墩基礎(chǔ)；靠近堤防端堤腳下處增加一排橋墩。b．輸水管穿堤的補(bǔ)救措施建議按下列措施進(jìn)行接口處理：穿堤處需要破堤安裝輸水管道，設(shè)計(jì)破堤處破口底寬7.20m，底高程4.556m,破口兩側(cè)按坡比1：3.0放坡，破堤處堤頂口寬20m。按《堤防工程施工規(guī)范》SL260-98要求，新老堤相接時(shí)，垂直堤軸線方向的各種接縫，應(yīng)以斜面相接，坡度可采用1：3.0?1：5.0。因此，本設(shè)計(jì)要求：破口兩側(cè)坡比按1：3.0放坡。在大堤破口段內(nèi)，輸水管道設(shè)置2道混凝土截水環(huán)，混凝土截水環(huán)采用C20鋼筋砼寬400mm，高500mm；配置6014主鋼筋和①8@200箍筋?；炷两厮h(huán)內(nèi)側(cè)與輸水管道設(shè)置的鋼截水環(huán)現(xiàn)澆為一體。管道安裝完成后，按下列設(shè)計(jì)斷面恢復(fù)一八圍堤防：管道安裝完成后，澆筑混凝土截水環(huán)，之后填筑恢復(fù)堤防。要求上堤土料應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量不得低于原堤上堤料，土堤填筑應(yīng)分層壓實(shí)，壓實(shí)度不低于0.93。對(duì)原大堤堤面進(jìn)行清基處理，清坡深度不小于300mm，要求清除草根等雜物。大堤防洪標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇設(shè)計(jì)。大堤恢復(fù)斷面為：堤頂高程6.696m，堤頂寬度為4.68m，堤頂兩側(cè)采用C20砼路緣石，路緣石斷面尺寸為150mmx400mm,堤頂設(shè)置泥結(jié)石路面，厚度200mm。迎水側(cè)邊坡坡比為1：0.5，采用M7.