武乡供水工程东干线设计简述

2016-02-05樊亚婷

山西水利 2016年8期

关键词：水池泵站厂房

樊亚婷

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

武乡供水工程东干线设计简述

樊亚婷

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原030024）

武乡县东干线供水工程从关河水库取水，沿浊漳河和蟠洪河布置管线，对供水干线主要建筑物进行了设计，确定了供水方式、供水管道尺寸、管道敷设方法及沿管线布设的相应建筑物。该工程的实施对当地经济发展和水资源的合理利用具有重要作用。

干线管道；供水建筑物；供水工程；武乡县

1 工程概况

武乡县东干线供水工程从关河水库取水，沿浊漳河和蟠洪河布置管线，引水规模1 038.5万m3，其中生活供水流量0.027m3/s，工业供水流量0.201m3/s，农业灌溉面积1 666.67 hm2。工程等别为Ⅳ等，规模为小（一）型，泵站、供水管道等主要建筑物级别均为4级，泵站洪水标准20年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核，供水管道及阀室为10年一遇洪水设计，30年一遇洪水校核，临时建筑物级别为5级。

2 供水线路

供水干线始于关河水库发电洞分水阀室，沿浊漳河和蟠洪河道布置，在李峪村和祥良村设加压泵站扬水。其中在浊漳河河道主要为重力流输水，蟠洪河为管道加压供水，管线在各受水区设分水口分水。

3 主要建筑物设计

供水干线主要建筑物包括取水建筑物、李峪一级泵站、祥良二级泵站、供水管线和事故备用水池等。

3.1 取水建筑物设计

关河水库引水发电洞位于大坝右岸岩基上，首部设进水塔，塔前设拦污栅，中部设调压分水塔，塔内分两条管道。发电洞内壁混凝土出现脱落、钢筋保护层剥离、裂缝等现象，根据类似隧洞修复经验，采用环氧树脂砂浆进行抹面修复。经复核计算，修复后基本不影响原发电引水规模。

根据实际运行情况，调压分水塔灌区分水口已废弃多年，本次设计拟在原位置拆除原分水阀室后重新布置。拟建分水阀室为上下结构，上部为检修控制间，砖混结构，内径2.52m，净高3.0m；下部为C25钢筋混凝土结构，内径2.4m，底板、边壁厚均为0.3m。分水阀取水最高水位964.467m，最低水位951.537m，设计引水流量0.728m3/s（考虑农业）和0.228m3/s（不考虑农业），阀后接直径800mm的球墨铸铁管重力输水。

3.2 李峪一级泵站

李峪一级泵站位于李峪村口北侧浊漳河台地上，厂区地坪905.0m。安装3台水泵，单机流量0.23m3/s，总装机容量3×630 kW。泵站由主厂房、副厂房、压力管道、进出水池等建筑物组成，对外交通与厂房东侧紧邻的南沁公路相连。

主厂房长30m，宽9m，地面高程以上采用排架砖混结构，地面高程以下为钢筋混凝土结构，底板厚1m，边墙厚0.8m。厂房基础为土基，设0.2m厚碎石垫层，上铺0.1m厚C15混凝土垫层。副厂房平行布置于主厂房出水管一侧，为单层砖混结构，长24m，宽11m。

由于工农业供水的不均匀性，为消减富余水头，在进水池前设调节阀。进水池为C25钢筋混凝土矩形结构，长20m，宽6m，设计取水位905.06m，池底高程902.0m，底板厚0.8m，侧墙厚0.6m，侧墙高3.5m。

自水泵出口至出水池进口为直径700mm的钢管压力管道段，出水支管3根，出厂房后至管道起坡点为管道合并和调整管道间距段，合并为1根主管，管径800mm，长3.88 km。

出水管末端连接出水池，水池容积按15min管道设计流量考虑，容积500m3，采用C25钢筋混凝土圆形结构，内径14.0m，高3.5m，底高程1 066.7m，设计水位1 070.0m。

3.3 祥良二级泵站

祥良二级泵站位于祥良村对岸，蟠洪河左岸阶地上，厂区地坪1 041.0m，设计引水流量0.094m3/s，进水池水位1 041.0m，出水池水位1 129.0m，地形扬程88m。安装2台水泵，单机流量0.1m3/s，总装机容量2×160 kW。泵站由主厂房、副厂房、压力管道和进出水池等建筑物组成。

主厂房长18m，宽7.5m，地面高程以上采用排架砖混结构，地面高程以下为钢筋混凝土结构，底板厚1.0m，边墙厚0.8m。厂房基础为碎石土，设0.2m厚碎石垫层，上铺0.1m厚C15混凝土。副厂房平行布置于主厂房右侧，为单层砖混结构，长10.5m，宽9m。

进水池前设调节阀，进水池采用C25钢筋混凝土矩形结构，长5m，宽8m，设计取水位1 041.0m，池底高程1037.0m，底板厚0.8m，侧墙厚0.6m，侧墙高4.5m。

经二级泵站加压后，出水管道沿蟠洪河继续向东北埋设，至庄里桥附近调蓄水池。水泵出水管直径350mm，管中心高程1 037.65m。出水支管2根。出厂房后至管道起坡点为管道合并和调整管道间距段，经并联后的压力主管共1根，合并后的主管管径400mm，长14.94 km。

3.4 供水干线设计

根据方案比选确定，除李峪泵站出水管道为直径800mm钢管外，其余均选用球墨铸铁管。

3.4.1 管道水力计算及管径确定

根据《室外给水设计规范》，本工程管道沿程水头损失计算采用曼宁公式。选择管道损失最大工况作为水力计算结果，各输水区间水力计算成果见表1。

表1 供水干线区间水力计算成果表

3.4.2 管道设计

供水管线为有压重力流和泵站加压方式输水，受地形条件限制，球墨铸铁管承受的最大静压水头为140m，钢管承受的最大静压水头为165m。考虑水锤压力系数为1.4，确定管道最大工作压力。

本工程所处地区为北方寒冷地区，武乡县多年平均气温为8.8℃，最大冻土深度约0.83m。为保证工业供水管线的安全，满足其正常工作，将供水管线埋置于冰冻线以下，确定管顶以上最小覆土厚度为2.0m。冲刷最大深度主要在主河床，设计时应尽量避开，在岸边阶地埋设管道，横穿河道时在管顶采用格栅石笼防护。

根据地质对工程线路评价结果，供水管线穿越的部分土层存在湿陷性，均为非自重湿陷性场地，拟进行3∶7灰土换填处理，换填厚度0.5m。

管道基槽开挖断面在管底高程处，开挖宽度不小于1.0 m，穿河段开挖边坡1∶1，其他管槽开挖边坡1∶0.75，开挖深度超过5m时需加设一级马道。

管槽开挖成形后，进行基础处理、整平，铺设0.2m厚砂砾石垫层，垫层尽量采用天然砂砾石回填，填料最大粒径不大于50mm，粒径大于2mm的颗粒含量，在20%～50%之间，小于0.075的颗粒含量不得大于15%，压实相对密度不小于0.75。

管区回填时，回填材料应沿管道两侧同时均匀回填，每层回填虚铺厚度不大于300mm，不扰动管位，管道两侧的回填高度差不应超过一层填筑厚度。回填材料不应含有机物质及垃圾、废渣，回填材料的最大粒径为150mm。输水管道外径以外300mm范围内的回填材料最大粒径不大于50mm，管顶500mm范围内不得采用大型机械碾压。对需要复耕的区域，回填时回填材料应为原表层土，农田复耕段应留有高度不小于300mm的表层余土，使之高于原地面，以作为自然沉实补偿之用。

3.4.3 管线建筑物设计

根据工程运行和安全管理要求，结合地形及线路布置情况，在输水管线上布设调节阀室5个、排气阀井89个、排水阀井71个、检修阀井12个、分水阀室5个、流量计井10个，穿河（沟）段29处，穿等级公路和铁路段8处。

调节阀室为矩形，地面以下采用现浇C25钢筋混凝土结构，长10.2 m，宽9.0 m，底板厚0.8 m，侧墙厚0.6m。地面以上采用砖混结构，上下层之间设爬梯。

排气阀井设置在管线隆起处，对于管线较为平缓且距离较长段，间隔约700m设一排气阀，C25钢筋混凝土圆形结构，内径2.4m，壁厚0.3m。

管道发生事故时需分段检修，为加快清淤和检修速度，减少弃水损失，需设置检修阀井。检修阀井为C25钢筋混凝土圆形结构，内径4.5m，底板厚0.6m，井壁厚0.5m。

排水阀井设在每段管道的最低凹处。排水时，先关闭检修阀，然后打开排水阀将水通过直径200mm的排水钢管引入排水井，再通过水泵将排水井内的积水排出。阀井和排水井由两个内径1.5m的圆形钢筋混凝土结构相接，底板厚0.5m，壁厚0.3m，顶部设钢筋混凝土预制盖板。排水管中心距排水井底0.4m。

分水阀室为上下结构，上部为检修控制间，砖混圆形结构，内径2.52m，净高3.0m；下部为C25钢筋混凝土圆筒结构，内径2.4m，底板、边壁均厚0.3m，井深随地面高程不同而变化。

为测定输水管道的输水流量，便于输水运行管理，在管道进出口安装流量计。流量计井内径2.5m，底板厚0.5m，壁厚0.3m。

结合河道冲刷计算结果，穿河（沟）段采用大开挖、河（沟）底埋管直接通过方式。管顶埋深不小于2.5m。管道铺设完毕后，管顶覆土0.5m，其上设1m厚的塑料土工格栅笼石防护层，然后回填1m厚以上的卵石至原河床高程。塑料格栅石笼防护宽度7m，设在管道中心线上游侧3m，下游侧4m。

对于管线穿越的非重要交通公路，充分利用施工机具快速施工，以大开挖方式穿越公路为主，管顶埋深不小于1.5m。穿越公路桥和铁路桥时，采用钢板桩支护施工。本工程有大开挖穿路段23处，穿越等级公路2处。

蟠洪河河道内埋设有榆林—济南的输气管道，从武乡县西进入涅河，沿浊漳河北源铺设，经故县、监漳镇进入襄垣境内。经初步统计，该段管道与本工程供水线路共交叉3次，全部采用下穿输气管道通过，两管道垂直距离不小于1m。

3.5 事故备用水池

本工程按事故检修期3 d，供水量按平时供水量的70%确定各调节池容量。根据厂矿企业分布情况，在蟠洪河沿岸设3个备用水池，容积均为1.0万m3。

根据沿线实地勘查，水池均坐落在卵石土基础上，出水池采用C25钢筋混凝土结构，依地形布置为正方形，边长50m，池深4.2m，水深4.0m。为控制水面高度，防止下游管道事故时调蓄池漫顶，在调蓄池内高出正常蓄水位设直径700mm的溢流钢管，将水排入附近沟道，同时为检修清淤，在调蓄池底设排水阀，检修时放空。