普光气田取水工程供水可靠性设计论文

普光气田取水工程供水可靠性设计摘要：普光气田取水工程普光气田的唯一水源，其供水可靠性
直接影响到普光气田的正常运行。

为了提高供水可靠性，设计方案中采取了一系列保证措施，下面将对设计做法进行论述。

关键词：供水可靠性设计径流特征水位水力计算“三抗”计算土方沉降
中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：
1. 概述
普光气田取水工程位于四川省宣汉县后河普光镇段，工程采用
底格栏栅坝和竖井泵房提升取水形式，日最大供水能力5×104m3，主要为净化厂净水站提供原水。

工程主要建、筑物有挡水坝、取水建筑、泵房、供水管道等永久建筑物按《水利水电工程等级划分及洪水标准》1级设计；设河流水位、水泵运行、压力、流量等自动
监测设施，水锤消除设施等。

2. 洪、枯水标准
根据《防洪标准》gb50201-94，本工程1级建筑物设计洪水标
准采用100年一遇（p=1%），相应洪水流量q=6370m3/s，洪水位341.78m；校核洪水300年一遇（p=0.33%），相应洪水流量q=7330m3/s, 洪水位343.287m。

最枯流量 m3/s, 最低水位318.472m。

取水处设计径流表2-1-1
取水工程特征水位表表2-1-2
3.取水构筑物及供水管线设计
后河普光镇段属于山溪河流，河流洪、枯水期间流量及水位变化大，陡涨陡落；河岸不规整，易产生淤积区、冲刷区及回流区。

根据后河普光镇段河流的地形和水流特性，为保证河流枯水期取水可靠性、洪水期构筑物稳定性及供水管线穿越特殊地段的抗沉降能力，设计采用底格栏栅坝和竖井泵房提升的取水模式。

3.1取水口取水可靠性设计
取水口设计由底栏栅坝、挡水低坝、引水暗渠、沉沙池组成。

底格栏栅坝高2.7m，长10m，坝顶高程319.75，布置在河道中间；挡水低坝采用溢流堰形式。

布置于底格栏栅坝两侧，最大坝高
2.35m，右岸侧挡水低坝长15m，左岸侧坝长110m，在枯季起束窄河流使水流从底栏栅走的作用，堰顶高程较底格栏栅坝高40cm，坝顶高程为320.15m；暗渠前端与底格栏栅坝内廊道相接，穿过右岸挡水低坝向沉沙池供水，暗渠坡比为3/1000，暗渠断面为80×90cm，末端设置节制闸；沉沙池为矩形结构，长8m×3m×3m。

沉沙池底部设置dn=300mm的冲砂放空孔。

当内外具备冲沙水头差时，可以开闸冲沙。

平时河道水位较高，可以采用机械间隙挖沙。

（1）底栏栅口进水流量计算
工程设计采用无压流方式计算。

当过栅水流全部进入廊道时，采用下式计算廊道进水流量：
计算成果如表3-2-1所示：
廊道基本参数计算表表3-2-1
经过比较，考虑到必须到河道中间（水位较低处）取水，挡水建筑本身布置较长，设计选用较长的底格栏栅坝，廊道参数为：
l=10m，b=0.6m。

（2）引水暗渠水力计算
因引水暗渠为无压流形式，采用明渠流计算式对该工程引水暗渠进行水力计算并充分考虑到超高要求，计算结果如表3-2-4所示。

设计暗渠断面为80×90cm。

暗渠水力计算成果表3-2-4
（3）沉沙池水力计算
本工程采用矩形沉沙池。

为使水流均匀分布，控制池厢宽度不超过长度的1/3。

根据以往工程经验，拟定沉沙池的池长、池深、池宽，校核其池内流速，使其平均流速符合泥沙的粒径沉淀要求。

初步选定该工程沉淀泥沙粒径大小为0.6~0.7mm，对应得沉速为62.0~74.0mm/s，经过计算分析，选定沉沙池的基本尺寸如下:：
l=12m，b=3m，h=3m。

沉沙池的长度同时满足四台水泵取水管平行布置的要求。

沉沙池基本尺寸设计计算表表3-2-5
3.2竖井泵房稳定性设计
泵房上部为单层圆形现浇钢筋混凝土框架结构，泵房地面绝对标高为344.2m，直径ф17m，高6.9m，六根框架柱断面为600mm×700mm，框架梁断面为250mm×900mm，屋面为150mm厚钢筋混凝土现浇板。

泵房下部为圆形竖井结构，内径ф14m的钢筋混凝土结构，竖井高28.6m，下部15m井壁厚1.8m，上部13.6m井壁厚1.5m，在332.20m设宽2.5m的检修平台。

（1）泵房防洪高程的确定
泵房防洪墙顶安全超高y＝h1%+hz+hc
根据《泵站设计规范》（gb/t20265－97）的规定：防洪墙顶顶高程应根据设计洪水和校核洪水两种运用情况确定。

设计洪水情况计算风速为p=2%的风速(即50年来最大风速)为18.00m/s；泄校核洪水情况计算风速取多年平均最大风速，12m/s；水面宽f取800m；墙前水深d取24.0m。

风浪要素由莆田公式计算：
用下式计算波浪高，hp=h×r
安全加高a按根据《泵站设计规范》（gb/t20265－97）规定取值，设计洪水情况下0.7m，校核洪水情况下0.5m。

具体计算见表3-2-6。

泵房防洪墙顶超高计算表表3-2-6
（2）泵房稳定及应力计算
1）计算要求
取水泵房的的整体稳定和基础应力计算包括，在不平衡回填土的作用下的整体稳定，设计或校核洪水作用下的抗浮计算和基础应力计算。

用于泵房稳定分析的荷载应包括自重、静水压力、扬压力、土压力、泥沙压力、波浪压力及其它荷载等。

本取水口位于vi度设防区。

不进行抗震设计。

2)稳定、基础应力、抗浮计算公式
抗滑安全系数计算公式：
式中：k1—按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；正常运用不小于1.35，非常运用（i）不小于1.2，非常运用（ii）不小于1.1；
垂直正应力计算公式：
抗浮安全系数计算公式：
泵房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为1.10,特殊荷载组合下为1.05。

（3）取水泵房计算结果
泵房基础置于河床沙卵石上，其抗滑稳定安全计算时采用沙卵石抗剪指标进行计算，f＝0.4，基础最大应力不大于0.3mpa。

计算结果详见表3-2-7。

取水泵房抗滑稳定和基础垂直正应力计算成果表表3-2-7
3.3输水管线方案设计
设计采用双管线输水，互为备用，单根管线输水能力满足最大供水量的70%。

输水管线不同沟敷设。

管线基本沿地形埋地敷设,以减小管道因温度变换伸缩、水击等造成的应力影响。

穿越净化厂弃土场段，由于回填土厚度大，填龄短，土体尚未完成自重固结，易发生地基沉降或沉陷。

根据现场地质情况，管线采用沿地面敷设方式，两条管线在穿越弃土场区域时抬升至沿地面敷设，至火炬场道路时重新埋地敷设，支墩采用混凝土支墩，每50m设置一处固定支墩，中间设置滑动支墩,滑动墩间距6m，固定段内高点设置伸缩节一处，以满足管道伸缩变化；两条管线在弃土区边界均加设金属软管。

管墩设置可适当加密，并对地基进行处理；原方案在弃土区边界加设金属软管，一定程度上可以抵消部分沉降，技术可行；沿线设置沉降观测点，管线投运后，定期巡线检查，发现异常立即处理。

4. 结论
（1）采用底格栏栅取水方式，对取水工程在枯水期满足取水量意义重大，且冲砂水池满足了洪水期进入底格栏栅廊道和集水池的沉积砂砾采用流水冲刷的方式排水出集水池，提高供水保证率。

（2）取水泵房结构部分设计中，采用加大壁厚增加自身重量的形式解决泵房自身的抗浮、抗滑和抗倾问题，同时在泵房地板处增设锚筋，以保证泵房底部不会因地下水浮力而产生裂缝,在泵房底部边角处设计趾,以增加泵房的抗滑能力。

(3）由于管线采用埋地敷设方式能避免管道因温度变化造成的
伸缩问题,同时由于埋地敷设管道受力均匀, 固定墩之间每隔6m设滑动支墩, 防止不均匀沉降；固定段中心位置设伸缩节一处，以满足管道伸缩变化；支墩采用混凝土支墩，金属支座，侧面做观测标记，便于运行维护。

参考文献
[1]《城市工程管线综合规划规范》，gb50289-98
[2]潜卫.改进二次供水管理的探讨.科技资讯，2007(29).
[3]《室外给水设计规范》（gb50013-2006）。