水廠取水頭部的結(jié)構(gòu)設(shè)計 黎張仁

水廠取水頭部的結(jié)構(gòu)設(shè)計黎張仁摘要：在城市自來水廠取水工程的設(shè)計中，取水頭部設(shè)置在取水點，通過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)簡單易行。本文主要結(jié)合工程實例分析了水廠取水頭部的結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵詞：水廠取水頭部；結(jié)構(gòu)設(shè)計；標準工程概況某水廠取水頭部工程現(xiàn)有生產(chǎn)能力為16萬m3/d,因此本工程規(guī)模確定為16萬m3/d。本工程場址土層形成的地質(zhì)年代，應(yīng)屬新生代，第四紀。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）、儲物間和交通棧橋。設(shè)計標準（1）本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年。（2）本工程構(gòu)（建）筑物結(jié)構(gòu)安全等級為二級；工程重要性等級為二級（3）根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）查得：本區(qū)是國家地震烈度區(qū)劃的8度區(qū)，設(shè)計基本地震加速度值為0.2g，設(shè)計特征周期為0.35s，設(shè)計地震分組為第一組。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)備荷載按實際情況選用。（2）風(fēng)荷載按規(guī)范（GB50009-2012）中全國基本風(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)筑物周邊場地堆載按10kN/m2或視具體實際情況取值。（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)計規(guī)范》（GB50007-2011）的要求。場地條件根據(jù)《水廠取水頭部遷移工程巖土工程勘察報告》，場地自然地面標高為2.650~4.680m。場址土層形成的地質(zhì)年代，應(yīng)屬新生代，第四紀。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。由于沒有擬建場地工程地質(zhì)報告，通過現(xiàn)場踏勘，結(jié)合已收集的該區(qū)域工程地質(zhì)資料綜合分析，擬建場址地處韓江的河漫灘一級階地地帶，根據(jù)土的物理力學(xué)性質(zhì)可將場地土劃分為軟弱土、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、近震時多數(shù)會液化，綜合液化指數(shù)3.9，為輕微液化。應(yīng)根據(jù)擬建場地詳細工程地質(zhì)報告確定，并對基礎(chǔ)形式進行合理的調(diào)整。建筑場地類別為III類。地基基礎(chǔ)根據(jù)巖土工程勘察報告，本工程構(gòu)（建）筑物的基礎(chǔ)設(shè)計選型時，基底落在軟弱土層上，并且考慮地下水對基礎(chǔ)的影響，應(yīng)進行地基處理。（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行地基處理，以保證沉井在開挖時能控制下沉。（2）取水頭部、配電間、儲物間、交通棧橋：淺基礎(chǔ)對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)均采用樁基進行設(shè)計，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)；平臺上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，并設(shè)置一臺吊車。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，通過從井內(nèi)取土下沉到設(shè)計標高的結(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：沉井的開挖土方量大部分限制在沉井的范圍內(nèi)，相對于基坑支護開挖土方量最小、工期較短、投資省。缺點：沉井下沉過程如發(fā)生偏移影響施工。b第二種基坑支護開挖施工：由于取水泵房埋深大、為深基坑工程，為確保安全，不可能采取放坡開挖，須采取鉆孔灌注樁基坑支護、并且采用兩排高壓旋噴樁作為止水帷幕。這樣整個基坑工程費用較大。兩種方案比較、有如下特點：優(yōu)點：基坑支護施工安全、可控性強。缺點：基坑支護工期較長、投資較大且對堤壩的影響很大。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挖方式需先圍堰再開挖，影響河道運輸及堤壩破壞，經(jīng)比選論證及在該工程的經(jīng)驗，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、儲物間、交通棧橋：采用抗震性能好、造價低、結(jié)構(gòu)布置靈活的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。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。基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)設(shè)計。（3）取水頭部：為減少大筆圍堰費用、采用最方便水中作業(yè)的鋼管樁進行施工，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。加強結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施（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、運行管理抗浮?？垢≡O(shè)計時，采用何種措施抗浮需要結(jié)合構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)特點、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．輸水管穿堤的補救措施建議按下列措施進行接口處理：穿堤處需要破堤安裝輸水管道，設(shè)計破堤處破口底寬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，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)計要求，質(zhì)量不得低于原堤上堤料，土堤填筑應(yīng)分層壓實，壓實度不低于0.93。對原大堤堤面進行清基處理，清坡深度不小于300mm，要求清除草根等雜物。大堤防洪標準按50年一遇設(shè)計。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.