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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.
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