水廠取水頭部的結構設計黎張仁摘要：在城市自來水廠取水工程的設計中，取水頭部設置在取水點，通過引水管將原水送入取水泵站，已是一種常規的取水工程設計方法。特別是近些年隨著頂管技術的迅速發展和日趨成熟，使得取水工程變得愈發簡單易行。本文主要結合工程實例分析了水廠取水頭部的結構設計。關鍵詞：水廠取水頭部；結構設計；標準工程概況某水廠取水頭部工程現有生產能力為16萬m3/d,因此本工程規模確定為16萬m3/d。本工程場址土層形成的地質年代，應屬新生代，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。設計標準（1）本工程結構設計使用年限為50年。（2）本工程構（建）筑物結構安全等級為二級；工程重要性等級為二級（3）根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）查得：本區是國家地震烈度區劃的8度區，設計基本地震加速度值為0.2g，設計特征周期為0.35s，設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，按抗震設防烈度8度的要求采取抗震措施。設計主要參數（1）建筑物使用荷載按規范（GB50009-2012）選用，水、土荷載和設備荷載按實際情況選用。（2）風荷載按規范（GB50009-2012）中全國基本風壓分布，查得該地區基本風壓值為0.8kN/m2。（3）構筑物抗浮安全系數Kf>1.05o（4）構筑物周邊場地堆載按10kN/m2或視具體實際情況取值。（5）構（建）筑物的沉降值及相鄰構（建）筑物的沉降差滿足《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）的要求。場地條件根據《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年代，應屬新生代，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報告，通過現場踏勘，結合已收集的該區域工程地質資料綜合分析，擬建場址地處韓江的河漫灘一級階地地帶，根據土的物理力學性質可將場地土劃分為軟弱土、中軟土及中硬土等結構層。第2、3層中的飽和砂類土在遭遇8度烈度地震時、近震時多數會液化，綜合液化指數3.9，為輕微液化。應根據擬建場地詳細工程地質報告確定，并對基礎形式進行合理的調整。建筑場地類別為III類。地基基礎根據巖土工程勘察報告，本工程構（建）筑物的基礎設計選型時，基底落在軟弱土層上，并且考慮地下水對基礎的影響，應進行地基處理。（1）取水泵房：采用混凝土沉井結構，因地質條件很差，以河流出海處的三角洲相的沖積、淤積為主，沉井結構底板所在的土層為淤泥層，沉井在下沉時摩擦力小于重力，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：淺基礎對位于存在沖刷的河道中（構筑物不穩定）是不合適的，故基礎均采用樁基進行設計，以確保構筑物穩定。結構選型（1）取水泵房取水泵房為半地下式泵房，下部結構為直徑19.6m圓形水泵間，高度約12m埋深9m為沉井結構；平臺上部結構為現澆框架結構，并設置一臺吊車。取水泵房下部結構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，通過從井內取土下沉到設計標高的結構。沉井施工方法是修筑地下構筑物或深基礎工程特殊的施工方法。優點：沉井的開挖土方量大部分限制在沉井的范圍內，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，經比選論證及在該工程的經驗，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、結構布置靈活的現澆鋼筋混凝土框架結構進行設計。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。基礎均采用樁基礎設計。（3）取水頭部：為減少大筆圍堰費用、采用最方便水中作業的鋼管樁進行施工，在頭部范圍內設8根鋼管樁，頭部頂和底部采用鋼結構形式，即設縱橫鋼構件，形成水平框架，以保證頭部結構的穩定性和整體性。加強結構設計的措施（1）穩定措施：泵房體量大、埋深較大、建筑物采用樁基礎，在河道中流水壓力、泥沙壓力、波浪壓力受力面積較小，構筑物高度低故地震作用橫向力矩小，經驗算，本工程采用上述結構均能滿足穩定要求。（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。抗浮設計時，采用何種措施抗浮需要結合構筑物的結構特點、地質情況等因素綜合考慮。本工程泵房的壁厚較大，又有上部結構重量，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澆橋面，靠近泵房端布置兩排*800鉆孔灌注樁作為橋墩基礎；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，設計破堤處破口底寬7.20m，底高程4.556m,破口兩側按坡比1：3.0放坡，破堤處堤頂口寬20m。按《堤防工程施工規范》SL260-98要求，新老堤相接時，垂直堤軸線方向的各種接縫，應以斜面相接，坡度可采用1：3.0?1：5.0。因此，本設計要求：破口兩側坡比按1：3.0放坡。在大堤破口段內，輸水管道設置2道混凝土截水環，混凝土截水環采用C20鋼筋砼寬400mm，高500mm；配置6014主鋼筋和①8@200箍筋。混凝土截水環內側與輸水管道設置的鋼截水環現澆為一體。管道安裝完成后，按下列設計斷面恢復一八圍堤防：管道安裝完成后，澆筑混凝土截水環，之后填筑恢復堤防。要求上堤土料應滿足設計要求，質量不得低于原堤上堤料，土堤填筑應分層壓實，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年一遇設計。大堤恢復斷面為：堤頂高程6.696m，堤頂寬度為4.68m，堤頂兩側采用C20砼路緣石，路緣石斷面尺寸為150mmx400mm,堤頂設置泥結石路面，厚度200mm。迎水側邊坡坡比為1：0.5，采用M7.