摘要：以华南地区某海洋乐园配套的海水取水工程为研究背景，从工程概况、管道材质、海底管道敷设、取水头及取水头构筑物等方面进行了技术总结，在此基础上，确定了海底管道敷设方案以及海水取水构筑物方案，保证海水取水安全可靠。
关键词：海底管道；海水取水；取水构筑物；取水管
1工程概况
本工程为华南地区某海洋乐园配套的海水取水工程。取水系统的布置分为三部分：第一部分为海域段取水管，以取水头部为起始点，陆上泵站的提升水池外墙为终点，管道取水采用满管自流方式取水；第二部分为取水泵房；第三部分为陆域段取水管，以泵房出水口为起点，海洋乐园的海水蓄水池进水口为终点。其中海域段取水管采用2根DN450管道平行敷设，泵站提升水池的池底标高-4.80m，海域段取水管终点处中心标高-3.50m，海域段取水管的海侧起始点位置布置在泥面标高约-7.90m处，单根取水管长度1050m（水平投影长度）。
海域段取水管分为4部分，分别为接泵房处陆域开挖段、穿堤段、近岸开挖段、深海段。
2管道材质
海域段取水管道范围为自泵房外墙外边线至取水头端部，共设置2根DN450 HDPE取水管道，管道间距1.0～7.4m，单根管道总长度1050m，两根管道基本等长，总长度约2100m。管道规格为PE100级，SDR21，电热熔连接。
3海底管道敷设
3.1接泵房处陆域开挖段
本分段取水管道位于泵房外墙侧至现状堤，此段管道中心标高均为-3.50m，管道采用平坡，管道平均埋深为9.1m，管道需外套钢管。此处现状地面标高较为均匀，平均标高为5.3m，周围施工条件良好，故铺管方法采用放坡开挖方法，采用三级放坡，坡度为1：2或稳定坡度，两侧采用钢板桩形成止水帷幕。
3.2穿堤段
本工程管道进入外海时，需穿越现状土堤一座，此堤规划为防洪堤，本分段取水管道正位于此堤身下。根据建设时序，本段工程穿堤段先由堤坝施工单位预埋DN700钢套管，取水管道平面长度115m/根，管道中心标高均为-3.50m，管道采用平坡。本段钢套管为先预埋到位，钢套管预埋时做好管道防腐措施，并在钢管两端采用法兰盲板堵头。本工程管道施工时，通过拖管工艺将套管内的取水管道实施完毕。
3.3近岸开挖段
在穿堤段以外向外海侧，有一段近岸区域，本段管道所在区域现有海床面标高在1.00m~-4.50m之间，表层为堆石结构，该段区域堆石结构为临时结构，后期将开挖作为其它用途。近岸开挖段取水管道中心标高为-3.50m~-7.75m，管道纵坡坡向外海侧。为降低非开挖施工难度和总体工程造价，结合后期该区域的开挖，该区域采用开挖施工方式。开挖施工可考虑采用止水支护措施的干施工方案以及直接开挖水上施工的方案。干施工方案需要增加支护止水结构，造价加高，同时该区域有一定抛石，将对相关支护结构及止水结构的施工质量造成影响，因此，本阶段暂不推荐干施工方式，而采用直接开挖而后结合深海段水上铺管进行施工，该段将与穿堤段管道结构在水下进行法兰连接。
本段管道同时设置配重块，并在灌水下沉后铺设于挖槽内。配重块采用方形预制钢筋砼块，沿管道以一定距离间隔布置，配重块重量为管道排水重量的60%，间距4m。考虑到近岸破波带段影响，可能对海床有掏空作用，故在本段管道上部表层回填一定厚度的块石护面，以作防护。
3.4深海段
深海段管道中心标高在-7.75m以下，其敷设有两种方案：①方案一：管道采用配重块直接敷设在海床面上，为了保证管道的安全可靠，此方案敷设要求避开波浪影响区，可在海域泥沙稳定区敷设，海域泥沙稳定区需进行专门的研究确定；②方案二：管道加配重块埋设在海床底，管顶覆土不小于2米，此方案适用于波浪影响区，当在海域泥沙稳定区，考虑管道更加安全可靠或其他因素（如船锚可能对管道的破坏等），也可采用此方式敷设。
两种敷设方案示意图如下：
根据本工程的水文泥沙专题研究报告：“影响该海区的风主要有 NNE—ENE 及 SSW—WSW。前者是强风，但该向为离岸方向，故吹程小而不能形成大浪。SW 向风来自开敞海区，形成大浪，促使海岸侵蚀。比如重现期为50年的大浪，整个研究海域的泥沙仍都能被起动。”得知本工程管道所在海域泥沙在50年大浪下是不稳定的。虽然方案二较方案一建安费有所增加，但为了保证本工程取水管道安全可靠，深海段管道采用方案二，管道加配重块埋设在海床底，相应的取水头部样式采用箱式取水口。
采用方案二后，深海段管道采用加配重块埋设在海床底，配重块拟采用方形预制钢筋砼块，沿管道以一定距离间隔布置，配重块重量为管道排水重量的60%，间距4m。深海段管道端部及末端考虑设置警示标志（浮标），以防相关经过船只对本工程管道造成破坏。
图1 方案一：管道采用配重块直接敷设在海床面上
图2 方案二：管道加配重块埋设在海床底
4取水头及取水头构筑物
取水头所使用材料需考虑外力、耐久性、安全性、使用年限、结构形式、施工性及经济性能等因素。取水头主要承受取水管的进水负载。钢结构虽然刚度和韧性均较好，但是易受海水腐蚀，且存在长期维护的费用。考虑取水头工程的长久使用和在整个工程中的重要性特点，本工程采用钢筋混凝土永久结构作为取水头。
由于深海段管道布置方案二，取水头采用重力式椭圆筒结构，本工程有两根取水管，每根取水头独立地设置一座取水头构筑物。
取水头构筑物采用抛石基床，基底开挖至-13.40m，抛填10~100kg抛石基床进行夯实整平，上方安装预制C40钢筋混凝土椭圆筒结构，横向宽度4.8m，纵向长度8.2m，侧壁壁厚0.35m，底板厚0.5m，底板设有直径200mm的排气孔4个，圆筒侧边缘边长1.2m，边缘上方用膜袋混凝土进行反压镇脚，后在外再抛填300~500kg的块石护面。预制钢筋混凝土圆筒侧壁预埋2根长3m、内径450mm的钢筋砼管外套法兰盘，与HDPE取水管顺接。取水井上部侧壁设置进口处设置6个1×1m的取水窗口，窗口外侧布置不锈钢格栅（防海水腐蚀处理）。此外每座取水头构筑物另设2处检修人孔，人孔外设置钢格栅闸门。椭圆筒内分为2个隔舱，近岸侧为取水专用，近外海侧为回收管道清洗装置专用，中部有隔墙，以防清洗后污水回灌。同时，取水头位置设置防撞警示浮标。
图3 取水头示意图
5结论
本工程根据现状实际情况及通过方案比选确定了海底管道敷设方案以及海水取水构筑物方案，保证海水取水安全可靠，可以为类似工程提供参考。
参考文献：
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[2] GB 50788-2012，城镇给水排水技术规范[S]
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[5]给水排水设计手册，第3册，城镇给水（第三版）[M]
论文作者:高逸成,俞梅欣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/17
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