山西省农村小型饮水安全工程调节建筑物设计综述

2017-01-20常晓亮

山西水利 2016年1期

关键词：水塔蓄水池构筑物

常晓亮

（山西省水利水电勘察设计研究院，山西太原 030024）

山西省农村小型饮水安全工程调节建筑物设计综述

常晓亮

（山西省水利水电勘察设计研究院，山西太原 030024）

对农村小型饮水安全工程中的调节构筑物进行了概述，分别对工程中主要调节建筑物水塔及高位蓄水池进行了分析。结合山西省农村小型饮水安全工程实际，阐述了各建筑物选用条件、设计思路及方法，提出了各建筑物的标准化模式。

调节构筑物；水塔；高位蓄水池

农村小型饮水安全工程主要建筑物标准化设计包括取水构筑物、调节构筑物、输配水线路及附属建筑物。为实现全省农村小型饮水工程前期规划设计及后期建设的规范管理，对全省小型单村供水和分散式供水为主的农村小型饮水安全工程中的调节构筑物建设进行标准化设计。

1 调节构筑物分类

调节构筑物是指用于储存和调节水量，以提高供水保证率的构筑物，包括清水池、水塔、高位水池等。根据位置不同，可分为厂内式和厂外式。按照布置形式，可分为高位布置和低位布置，高位布置包括高位水池、水塔，低位布置主要为清水池。

清水池布置于厂内水位，适用条件为：取用地表水源的净水厂，需处理的地下水水厂；无需在管网内设置调节构筑物；需连续供水，并可用水泵调节负荷的水厂；进水厂内滤池需反冲洗水源。

高位水池布置于厂外水位，适用条件为：有可利用的地形适宜条件；调节容量后，可就地取材；供水区所要求的压力和范围变化不大。

水塔主要布置在厂内、外高位，适用条件为：无可利用的地形条件；用水量变化大，有时不需要供水或低峰时无法用水泵调节；调节容量较小；厂内水塔可兼作滤池反冲洗水箱。

2 调节构筑物设计

根据山西省农村实际供水情况，结合调节构筑物优缺点，主要考虑在平川区采用水塔和在有地形条件的山丘区采用高位水池来实现整个乡村的集中供水。

2.1 水塔

水塔一般布设在用水区无高地可利用的平川区，用来调节供水与用水的不平衡。若用水量等于供水量，水塔储水量不变，水塔处于平衡状态；若用水量大于供水量，水塔储水量减少，水塔储存的水向管网供水，水塔处于出水状态；若用水量小于供水量，水塔处于进水状态；若停止供水，向管网的供水全部由水塔的储水供给。

水塔主要由顶部水箱、塔体、基础和各种管道闸阀等组成，水箱分为保温和不保温两种，一般为钢筋混凝土结构。水箱主要用于储存水量，其容积主要包括调节容量和消防储量。水箱可用钢材、钢筋混凝土制成，容积很小时，也可用砌砖砌成。

水箱可设计为平底式水箱和球底式水箱两种。平底式水箱结构简单，施工方便，但由于钢筋混凝土用量较大，受力性能差，只适用于小型水塔。球底式水箱可利用球壳式水箱底承受水压力，其结构较平底合理，但筒壁直径较大，施工较复杂。为防止水箱中的水结冰和水箱壁被破坏，应在水箱外壁做保温防冻层，可贴砌一层厚为8~10cm的泡沫混凝土或膨胀珍珠岩等轻质材料，另外可贴砌一层一砖厚的半空斗墙。

塔体主要用于支撑水箱，其形式有筒壁式和构架式两种，大多采用筒壁式，圆形结构，受力状况较好，可用砖石和钢筋混凝土建造，有利于水塔和水管的保温。水塔基础可用砖石、混凝土、钢筋混凝土建造，其形式有圆环、圆板、球壳、桩基等。水塔水箱容积为水塔的调节容量、水厂的自用水量、消防用水量、安全储量容积之和。其中，水塔的调节容量一般可按最高日用水量的5%~10%确定，最高日用水量包含居民生活用水、牲畜用水、公共建筑用水、消防用水等，可根据《村镇供水工程技术规范》中对居民生活用水及牲畜用水额定标准进行计算；水厂的自用水量可由用水量曲线和给水量曲线计算确定，当缺乏资料时，一般为最高日用水量的10%~15%；安全储量一般按最高日用水量的5%考虑。本次设计农村饮水工程主要以中小村庄为主，根据分析计算，建30m3水塔能够满足规模为1000人/d村庄的需水量；建50m3水塔能够满足规模为2000人/d村庄的需水量。

水塔中水箱底部高度应保证在最高日最高时用水量时，管网内控制点具有所要求的自由水压。高度为控制点要求的自由水压与最高日最高时用水量计算的全部水头损失之和减去地形高差。

2.2 高位蓄水池

根据地形和土质条件，蓄水池可修建在地上或地下，即分为开敞式和封闭式两大类。

开敞式蓄水池池体由池底和池墙两部分组成。该蓄水池不具备防冻、防蒸发功效。圆形池结构受力条件好，在相同蓄水量条件下所用建筑材料省，投资少。开敞式圆形浆砌石水池池底板可为混凝土，池壁为浆砌石，其厚度根据荷载条件按标准设计或有关规范确定，现阶段逐步向全池采用钢筋混凝土结构发展。

矩形蓄水池的池体组成、附属设施、墙体结构与圆形蓄水池基本相同，不同的是根据地形条件将圆形变为矩形。但矩形蓄水池的结构受力条件差，拐角处需采取防范加固措施。当蓄水量在60m3以内时，其形状近似正方形布设，当蓄水池长宽比超过3时，在中间需布设隔墙，以防侧压力过大，使边墙失去稳定性，将一池分二，在隔墙上部留水口，可有效沉淀泥沙。

封闭式蓄水池分为圆形和矩形两种，其适应性强，可根据地形、蓄水量要求采用不同的规格尺寸和结构形式，蓄水量变化幅度大。池体大部分设在地面以下，可增加防冻保温功效，保温防冻层厚度设计应根据当地气候情况和最大冻土层深度确定，保证池水不发生结冰和冻胀破坏。由于封闭式蓄水池结构较复杂，建议采用钢筋混凝土结构。

圆形蓄水池和方形蓄水池均采用钢筋混凝土结构，配有进水管、出水管、溢流管、排水管、通气管。进水管管径按最高日平均时水量确定，一般采用钢管，进水管的出口标高应在池内平均水位以下。出水管又称配水管，用于分配池内水流，管径按最高日平均时水量确定，一般管中心线与最低水位相同。溢流管是池中水位高出最高水位时用于溢流的管道，进口为喇叭状，与最高水位相同。排水管用于排泄池中水以便检修及清除池底沉淀之用。进口设在池中集水坑内，其管径需按2h放尽池中水计算，但不得小于100mm。通气管设在池顶，顶部向下弯曲头上罩有网丝。

本设计主要为地下式钢筋混凝土方形、圆形蓄水池，其适用于储盛常温、无侵蚀性水。由于农村人口较少，蓄水池所需容量不大，方形及圆形蓄水池容积分别选择了30m3，50m3，100m3，150m3，200m3五种，蓄水池结构为钢筋混凝土结构。本蓄水池设计条件为：水池池顶及池壁外均考虑覆土，覆土总厚度1000m。蓄水池抗震设防烈度包括8°及其以下烈度场地。蓄水池设计使用年限50年。

地下水位：30m3，50m3圆形封闭蓄水池允许最高地下水位至设计地面以下500mm；100m3，150m3圆形封闭蓄水池允许最高地下水位在水池底板底面以上2500mm；200m3圆形封闭蓄水池允许最高地下水位在水池底板底面以上1800mm。30m3，50m3方形封闭蓄水池允许最高地下水位在水池底板底面以上4400mm；100m3方形封闭蓄水池允许最高地下水位在水池底板底面以上4000mm；150m3，200m3方形封闭蓄水池允许最高地下水位在水池底板底面以上2400mm。

土壤条件：抗浮验算时池顶覆土重度取16kN/m3；强度计算时池顶覆土重度取20kN/m3；池壁侧向土压力计算时地下水以上土的重度取18kN/m3；地下水以下土的重度取20kN/m3；土的折算内摩擦角取20°。

混凝土重度：抗浮验算混凝土重度取24kN/m3；强度计算混凝土重度取25kN/m3。

圆形蓄水池和方形蓄水池结构技术参数见表1。