摘要：在城市自来水厂取水工程的设计中，取水头部设置在取水点，通过引水管将原水送入取水泵站，已是一种常规的取水工程设计方法。特别是近些年随着顶管技术的迅速发展和日趋成熟，使得取水工程变得愈发简单易行。本文主要结合工程实例分析了水厂取水头部的结构设计。
关键词：水厂取水头部；结构设计；标准
1工程概况
某水厂取水头部工程现有生产能力为16万m3/d，因此本工程规模确定为16万m3/d。本工程场址土层形成的地质年代，应属新生代，第四纪。以河流出海处的三角洲相的冲积、淤积为主，伴随滨海相沉积为付，厚度较大，大于50m。本工程内容包括取水泵房、取水头部、引水管、配电间（包括PLC室、变压器室、低压配电间等）、储物间和交通栈桥。
2 设计标准
（1）本工程结构设计使用年限为50 年。
（2）本工程构（建）筑物结构安全等级为二级；工程重要性等级为二级
（3）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）查得：本区是国家地震烈度区划的8度区，设计基本地震加速度值为0.2g，设计特征周期为0.35s，设计地震分组为第一组。
a．取水泵房、取水头部、引水管、配电间（包括PLC 室、变压器室、低压配电间等）：均为乙类建筑，按抗震设防烈度9 度的要求采取抗震措施。
b．交通栈桥：为丙类建筑，按抗震设防烈度8 度的要求采取抗震措施。
3设计主要参数
（1）建筑物使用荷载按规范（GB50009-2012）选用，水、土荷载和设备荷载按实际情况选用。
（2）风荷载按规范（GB50009-2012）中全国基本风压分布，查得该地区基本风压值为0.8kN/m2。
（3）构筑物抗浮安全系数Kf≥1.05。
（4）构筑物周边场地堆载按10kN/m2或视具体实际情况取值。
（5）构（建）筑物的沉降值及相邻构（建）筑物的沉降差满足《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）的要求。
4场地条件
根据《水厂取水头部迁移工程岩土工程勘察报告》，场地自然地面标高为2.650~4.680m。场址土层形成的地质年代，应属新生代，第四纪。以河流出海处的三角洲相的冲积、淤积为主，伴随滨海相沉积为付，两者交替作用所形成，厚度较大，大于50米。由于没有拟建场地工程地质报告，通过现场踏勘，结合已收集的该区域工程地质资料综合分析，拟建场址地处韩江的河漫滩一级阶地地带，根据土的物理力学性质可将场地土划分为软弱土、中软土及中硬土等结构层。第2、3 层中的饱和砂类土在遭遇8度烈度地震时、近震时多数会液化，综合液化指数3.9，为轻微液化。应根据拟建场地详细工程地质报告确定，并对基础形式进行合理的调整。建筑场地类别为Ⅲ类。
5 地基基础
根据岩土工程勘察报告，本工程构（建）筑物的基础设计选型时，基底落在软弱土层上，并且考虑地下水对基础的影响，应进行地基处理。
（1）取水泵房：采用混凝土沉井结构，因地质条件很差，以河流出海处的三角洲相的冲积、淤积为主，沉井结构底板所在的土层为淤泥层，沉井在下沉时摩擦力小于重力，为防止突沉，在沉井刃脚处先采用旋喷桩进行地基处理，以保证沉井在开挖时能控制下沉。
（2）取水头部、配电间、储物间、交通栈桥：浅基础对位于存在冲刷的河道中（构筑物不稳定）是不合适的，故基础均采用桩基进行设计，以确保构筑物稳定。
6 结构选型
（1）取水泵房
取水泵房为半地下式泵房，下部结构为直径19.6m圆形水泵间，高度约12m，埋深9m为沉井结构；平台上部结构为现浇框架结构，并设置一台吊车。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆取水泵房下部结构可采用以下二种施工方法：
a．第一种为沉井施工：沉井是一种在地面制作后，通过从井内取土下沉到设计标高的结构。沉井施工方法是修筑地下构筑物或深基础工程特殊的施工方法。
优点：沉井的开挖土方量大部分限制在沉井的范围内，相对于基坑支护开挖土方量最小、工期较短、投资省。
缺点：沉井下沉过程如发生偏移影响施工。
b．第二种基坑支护开挖施工：由于取水泵房埋深大、为深基坑工程，为确保安全，不可能采取放坡开挖，须采取钻孔灌注桩基坑支护、并且采用两排高压旋喷桩作为止水帷幕。这样整个基坑工程费用较大。两种方案比较、有如下特点：
优点：基坑支护施工安全、可控性强。
缺点：基坑支护工期较长、投资较大且对堤坝的影响很大。
因在该工程取水泵房一半在河堤堤岸，一半在河中，如采用第二种基坑开挖方式需先围堰再开挖，影响河道运输及堤坝破坏，经比选论证及在该工程的经验，采用沉井方式施工成本少，缩短工期。故本工程拟采用沉井施工方案，并选择在枯水期施工。
（2）配电间、储物间、交通栈桥：采用抗震性能好、造价低、结构布置灵活的现浇钢筋混凝土框架结构进行设计。为最大限度减少河道阻洪截面，在河道滩涂至建筑物地面之间采用架空层形式。基础均采用桩基础设计。
（3）取水头部：为减少大笔围堰费用、采用最方便水中作业的钢管桩进行施工，在头部范围内设8根钢管桩，头部顶和底部采用钢结构形式，即设纵横钢构件，形成水平框架，以保证头部结构的稳定性和整体性。
7 加强结构设计的措施
（1）稳定措施：
泵房体量大、埋深较大、建筑物采用桩基础，在河道中流水压力、泥沙压力、波浪压力受力面积较小，构筑物高度低故地震作用横向力矩小，经验算，本工程采用上述结构均能满足稳定要求。
（2）抗浮措施：
抗浮的措施有：自重加配重的抗浮、桩基抗浮、锚杆抗浮、运行管理抗浮。抗浮设计时，采用何种措施抗浮需要结合构筑物的结构特点、地质情况等因素综合考虑。本工程泵房的壁厚较大，又有上部结构重量，这样利用自重加配重的抗浮满足。
（3）大堤加固：
a．交通栈桥方案的补救措施
建议交通栈桥的方案调整为：交通栈桥连接泵房和堤防，在河道滩涂至建筑物地面之间采用架空现浇桥面，靠近泵房端布置两排φ800 钻孔灌注桩作为桥墩基础；靠近堤防端堤脚下处增加一排桥墩。
b．输水管穿堤的补救措施
建议按下列措施进行接口处理：
穿堤处需要破堤安装输水管道，设计破堤处破口底宽7.20m，底高程4.556m，破口两侧按坡比1：3.0 放坡，破堤处堤顶口宽20m。按《堤防工程施工规范》SL260-98 要求，新老堤相接时，垂直堤轴线方向的各种接缝，应以斜面相接，坡度可采用1：3.0～1：5.0。因此，本设计要求：破口两侧坡比按1：3.0 放坡。在大堤破口段内，输水管道设置2 道混凝土截水环，混凝土截水环采用C20钢筋砼，宽400mm，高500mm；配置6Φ14 主钢筋和Φ8@200 箍筋。混凝土截水环内侧与输水管道设置的钢截水环现浇为一体。
管道安装完成后，按下列设计断面恢复一八围堤防：
管道安装完成后，浇筑混凝土截水环，之后填筑恢复堤防。要求上堤土料应满足设计要求，质量不得低于原堤上堤料，土堤填筑应分层压实，压实度不低于0.93。对原大堤堤面进行清基处理，清坡深度不小于300mm，要求清除草根等杂物。大堤防洪标准按50年一遇设计。大堤恢复断面为：堤顶高程6.696m，堤顶宽度为4.68m，堤顶两侧采用C20砼路缘石，路缘石断面尺寸为150mm×400mm，堤顶设置泥结石路面，厚度200mm。迎水侧边坡坡比为1：0.5，采用M7.5 浆砌石挡墙结构，尺寸不小于原堤浆砌石护坡。背水侧按边坡坡比1：1.50 恢复，草皮护坡。
8结束语
综上所述，本工程的取水方式对于大多数具有土质岸堤的取水工程来说是行之有效的，而对于少数具有土质水源岸堤为基岩的取水工程是不适合的。本文主要以某水厂取水头部工程为例进行结构设计，以期为同类工程提供参考与借鉴。
论文作者:黎张仁
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/2/26
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