农村饮水安全工程厂区设计探析

张玲一 （安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088）

近年来，农村饮水安全作为改善农村生产生活的首要问题和发展水利的重中之重，实施农村饮水安全工程，是实施乡村振兴战略和全面建成小康社会的重要内容，对于保障广大农民群众身体健康和生命安全，改善农村人居环境，提高农民生活质量，加快实现全面建设小康社会目标具有重要意义。因此，巩固提升农村乡镇中小型饮水工程的安全设计成为了目前的首要问题。以翁墩加压站安全饮水工程为例，对厂区平面布置设计及构（建）筑物进行设计。

1 工程设计

1.1 工程概况

翁墩加压站位于六安市金安区翁墩乡街道，于2014年建成，设计供水规模为3000m/d，现状供水范围主要为翁墩乡夏岗村、桃园村、郑楼村、花莲寺村、红桥村、翁墩村、四清桥村、杨公村、孔树村合计9个行政村。

翁墩加压站现状无制水功能，仅保留清水池和加压泵站，水源主要来自木厂供水站。木厂供水站取水水源为地下水，能达到设计95%的取水保证率，现状仍在正常制水，以满足供木厂镇及翁墩乡大部分区域居民的用水需求。木厂供水站经现状的配水干管向翁墩乡北部及南部居民供水。

根据现场调查，目前翁墩加压站存在的主要问题是：①现状清水池调蓄容积较小无法满足供水需求，且清水池无分隔，无法满足清洗、检修时不断水的要求；②现状加压泵无备用机组且加压泵流量、扬程较小无法满足供水需求；③下游配水管网部分用户水压达不到最小入户压力要求，用水高峰时部分用户无水；④现状未配备水质化验室，无法对水厂水质进行全程检测，难以保障水质安全；⑤现状消毒设备不完善；⑥现状配水干管损坏次数达120次，配水支管损坏次数达800次，管网漏损率较高，达到42%。

1.2 厂区平面布置设计

六安市金安区翁墩加压站已建工程供水规模为600m/d。翁墩加压站为张店供水站的加压站，随着翁墩加压站供水范围的扩大，供水保证率连续下降，无法满足用水需求。因而需对翁墩加压站进行改建，改建完成后翁墩加压站供水规模为2200m/d。

①布置紧凑，以减少制水工艺各构（建）筑物占地面积以及其相互之间连接管（渠）的长度，并便于操作管理。

②按照选定的工艺、确定的制水构（建）筑物的规模，合理确定各构（建）筑物的相对关系，使得各建筑物间水头损失值满足制水工艺要求。

③充分利用现有地形，挖填土方平衡以减少填、挖土方量和施工费用。

④各构筑物之间连接管（渠）简单、短捷，尽量避免立体交叉。

⑤建筑物布置根据布置厂区的朝向和风向，尾水、加氯等全部布置在远离人群活动频繁的办公生活区。

Santy等人提出一致矩阵法，也就是两两因素相互比较，确定重要性与非重要性，依此，可以减少在研究过程中面临的对性质不同的诸因素难以进行相互比较的困难，在一定程度上可以保证研究信息的准确度。

⑥生产区和生活区分开，避免非生产人员在生产区通行和逗留，以确保生产安全。

⑦改建工程不影响已建工程的正常运行、管理、维护，即使有交叉，也能在较短时间内解决，减小施工难度和强度。

1.2.2 平面布置设计

翁墩加压站厂区现状约有1000m左右，平面上整个厂区地形成矩形，东西方向长25m，南北方向长50m。现状已建清水池一座、加压泵站一座，集中布置在厂区东侧。但由于现状构筑物规模不满足规划供水需求，拟拆除现状清水池、加压泵站，对厂区重新进行规划改建。本次翁墩加压站改建工程的主要建设内容是清水池、加压泵站以及管理房的建设。依次由北向南布置清水池、加压泵站（含发电机室、低压装置配电室、加氯间、仓库）以及相关的生产、办公、生活设施。

翁墩加压站的进水管道预留接口在整个厂区的西北侧，根据净水工艺要求在厂区自北向南依次布置清水池、加压泵站。新建清水池布置在厂区最北侧，距离厂区北侧围墙约7.0m，新建加压泵站布置在新建清水池南侧，距离新建清水池2.5m；新建管理房在厂区的最南侧，距离北侧加压泵站9.4m，新建管理房与北侧加压泵站之间新建宽6.0m道路。

1.3 厂区构（建）筑物设计

本次根据工艺流程布设各构（建）筑物，包括清水池、加压泵站和管理房。

翁墩加压站改建规模是2200m/d，清水池中间设隔墙，分为两个独立的池子，单池净长10.40m，净宽6.48m，清水池末端设顺水流方向的吸水井，吸水井净尺寸1.20m ×2.42m、2.75m ×2.42m，吸水井与清水池合建；合建后的清水池总长14.01m，总宽11.10m；清水池半地下型式，钢筋混凝土结构。加压泵站泵室净宽为5.5m，净长为16.66m；加压泵站下部为钢筋混凝土结构，上部为框架结构厂房，两层，加压泵站为地下式结构。管理房总长为12.24m，宽度为7.54m，为框架结构，三层。

各构、建筑物抗浮稳定计算成果表 表1

各构、建筑物基地应力计算成果表 表2

本次改建工程在清水池、加压泵站地上外露部分均涂刷真石漆美化，管理房采取刷白装饰，厂区种植绿植等进行绿化。

1.3.1 抗震计算

抗震验算工况：各构筑物在正常运行设计水位时遭遇地震。

本次翁墩加压站改建工程制水净水构筑物包括：清水池和加压泵站；根据《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》（GB50032-2003）第 6.1.3条条文，清水池、加压泵站属于地下式结构；根据第6.1.4条条文，本工程中清水池属于平面长宽比小于1.5、无变形缝构造的钢筋混凝土有盖水池，满足构造要求可不进行抗震验算。加压泵站属于地下式敞口结构，满足抗震构造要求时可不进行抗震验算。

根据地质报告清水池、加压泵站基础作用在①层粉质黏土层上，该层的地基承载力特征值为220kPa，具有中等压缩性，土质均匀，是良好的天然地基，基础承载力和均匀性均能满足设计要求。

1.3.2 稳定计算

翁墩加压站内清水池、加压泵站、管理房等构、建筑物中清水池、加压泵站基础埋深较深，构筑物均为整体式结构，且四周均为覆土，其水平向受的力相对其自重很小，满足抗滑稳定要求。管理房为框架结构房屋，其基础为独立柱，水平向受的力相对其自重很小，满足抗滑稳定要求。同样，以上各构、建筑物抗倾覆稳定性均不存在问题。

1.3.2.1 抗浮稳定计算

清水池、加压泵站部分位于地下水位以下，因此需要进行抗浮稳定验算，本工程中构、建筑物抗浮稳定安全系数采用《泵站设计规范》（GB/T50265-2010）中公式(6.3.6)计算：

式中：

Kf——抗浮稳定安全系数；

∑V——作用于泵房基础底面以上的全部重力（kN）；

∑U——作用于泵房基础底面上的扬压力（kN）；

根据《泵站设计规范》（GB/T50265-2010）第 6.3.7条规定，泵站抗浮稳定安全系数的允许值，不分泵站级别和地基类别，基本荷载组合下不应小于1.10。

翁墩加压站的厂区地面高程为41.80m，根据地质钻孔揭示，地下水位高程为39.33m～40.67m。

经计算，清水池、加压泵站各构筑物抗浮稳定安全系数均大于《泵站设计规范》（GB/T50265-2010）中的抗浮稳定安全系数的允许值，满足规范要求。

1.3.2.2 基底应力计算

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）对加压站的清水池、加压泵站以及管理房等构、建筑物承受的各项荷载进行计算；并根据每个构、建筑物施工、使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载力极限状态和正常使用极限状态进行荷载组合，分别取最不利的效应组合进行设计和验算。

翁墩加压站内新建清水池中间设隔墙，分为两个独立的池子，单池净长10.40m，净宽6.48m，清水池总长14.01m，总宽11.10m，正常运行期时两池在设计水位下同时工作，检修期时一池关闭运行进行检修，一池在设计水位下运行，因此清水池需要计算在完建期、运行期、检修期三个工况下的基础应力。加压泵站需要计算在完建期、运行期两个工况下的基础应力。管理房只需要计算在运行期的基础应力。

其中，管理房的基底应力按照独立柱基础的基底应力计算。三层管理房边柱基础的基底面按拟定尺寸2.0m×2.5m、中间柱基础的基底面按拟定尺寸3.0m×3.0m，其计算出的独立柱基础的基底应力为 142.13kPa、140.71kPa，满足地基承载力要求，为了防止不均匀沉降，相邻独立柱基础的基地应力差在20%以内。

2 结语

翁墩加压站平面设计上分区明确，在满足厂区内工艺要求、交通运输等前提下使厂区建筑物、构筑物、道路、绿地等融为一体，厂区内各构筑物在满足布置要求下，结构设计需满足规范要求。构建和谐社会，保障饮水安全，维护人的生命健康，是水利工作的第一任务，且农村饮水安全问题是脱贫攻坚“两不愁三保障一安全”的核心指标，关系脱贫攻坚战任务的完成和脱贫攻坚的成色，对翁墩加压站进行改建，并入木厂供水站供水系统统一规划、统一建设、统一管护，是实现规模水厂集中供水、构建农村供水良性发展格局的必要条件。