瓶型取水泵房工程设计分析

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摘要：重庆地区长江、嘉陵江河段的洪枯水位落差大，若按传统的干式深井泵站设计，将导致取水泵房工程建设投资成本高、不经济。该文从取水泵房工程设计着手，采用瓶型取水泵房代替传统的干式深井泵站，以减小井筒体积和井筒壁厚来达到节省工程投资的目的。北碚红工水厂取水泵站建在北碚嘉陵江上，其设计采用干式瓶型竖井取水泵房，建成至今运行正常，与传统的干式深井泵站相比，节约投资约三分之一，该研究可为类似项目设计提供参考。

关键词：嘉陵江；瓶型薄壁；圆型竖井；取水泵房

重庆地区长江、嘉陵江河段的洪枯水位落差可达40m左右，在这样的河岸建造固定圆形干式竖井取水泵房，会使造价偏高。实际上很多单位的需水量大，需要建固定式取水泵房，而资金又很紧张。比如，北碚红工水厂取水泵站在建设时，业主资金紧张，但又需要在北碚嘉陵江边建取水规模为5万吨/日的取水泵站，并将原水用管道送至十几公里外的歇马场，若按传统的干式深井泵站设计，资金缺口会很大。笔者在接受该设计任务后，进行了一系列的调查研究，对取水泵房、水厂位置、处理工艺、构筑物以及输配水管进行调研、比选、优化，得出了各方面都较为可行的、合理的、经济的、安全的方案。经设计、施工、安装，于1972年建成至今，运行正常、反映良好。其中，江边取水构筑物采用了干式薄壁瓶型竖井取水泵房，其主要设计研究可为类似项目设计提供参考。

1江河的水文资料

长江、嘉陵江在重庆地区的水位落差大，洪水位较高，100年一遇的洪水位高达35～40m。2传统干式竖井取水泵房传统的干式竖井取水泵房，通过自重来抗浮，通常为圆形直筒，壁厚为洪水位高度的1/30，如洪水位为30m，则壁厚为1.0m。其通过井壁的厚度来抗渗，底板厚度为3～5m；泵房埋深为井筒高度的1/3。设计为了不架设天桥，一般建在河岸内，埋深大，土石方多，泵房均设有吸水间，泵房直径大，取水设备一般采用卧式或立式离心水泵向取水间吸水，泵房取水头部埋设于河心，重力自流入泵房吸水间，进水管和吸水头埋深大，水下工程量大，施工困难，泵房设备一般就地控制。

3薄壁圆形干式竖井取水泵房

薄壁圆形干式竖井取水泵房的形式分为瓶型（型如花瓶）和直筒型两类。3.1薄壁瓶型干式竖井取水泵房。瓶型干式竖井取水泵房如图1所示。为了减少体积，减小泵房在水下的浮力，在不影响使用的前提下，把筒体上部直径减小，形如花瓶，同时减少了投资，增加了泵房的稳定性。笔者从1970年设计的薄壁瓶型竖井取水泵房开始研究，首例为长风化工厂，在长江支流龙溪河岸，建了试验性的干式薄壁瓶型竖井取水泵房，泵房洪水位深度为25m，泵房直径上部6m，下部10m，壁厚只有0.35m，建成后使用效果良好。在此基础上，随后设计了规模更大、洪水位更高的红工水厂等薄壁竖井取水泵房。3.2薄壁直筒型干式竖井取水泵房。为了减少混凝土用量、节约投资，设计将壁厚减至最小。笔者经多年调查研究后，设计了薄壁直筒干式竖井泵房。

4设计研究重点

（1）泵房设计洪水位按100年一遇计算，按200年校核，枯水位按30年一遇设计，使用安全。（2）泵房位置：设计将泵房定位在江边较完整的岩层上，一般埋深为3～5m，按有关规范规定不得小于泵房高度的1/3，致使埋深大、土石方多、造价高、施工难度大，为满足功能要求，设计采用天桥将岸边与泵房连接，这样较经济、合理、可行。（3）泵房取水设备及取水形式：干式和淹没式取水采用卧式离心泵，由吸水管直接向河心深水区取水，充分利用泵的吸水高度，减少水下工程量，同时减少水泵房深度，节省投资。泵房内未设吸水间，减少了泵房的直径，因而可减少土建费用，节约投资。吸水管一般设置两根，吸水管在泵房外安装检修阀，枯水季节维修，在泵房内每台泵吸水管上设检修阀，阀后设冲洗阀，维修时打开冲洗阀冲洗吸水管和吸水头，吸水头一般采用钟罩式带格栅。湿式泵房采用深井泵，进水管直接由河心进水进入深井泵房内。（4）泵房内交通：泵房深度高达40m左右，工作人员上下较困难，瓶形泵房设计采用折转搂梯，直筒泵房设计采用拆转楼梯加电梯，供工作人员上下。（5）设备安装与维修：泵房外天桥上采用滚动运输，瓶形泵房内在±0.00层设电动葫芦，并在下部设备层偏吊就位，直筒泵房在±0.00层设桁车，旋转起吊。（6）泵房排风：干式泵房一般采用送风和排风系统，经调研比选后选择采用排风系统，直接将设备热量排出泵房外。筒体排风，在下部筒体上开进风口，利用筒体自然抽力换气，进风口设防潮门，洪水期关闭。使用效果良好，节省了送风系统。（7）泵房的控制：控制室设于泵房上部±0.00以上，远距离控制和就地控制。（8）泵房的壁厚：按有关规定泵房壁厚不小于洪水位高度的1/30，如果洪水位为30m水深的干式泵房，其最小壁厚应是1.00m。鉴于业主的资金紧张，经查阅调研后，设计壁厚0.3m～0.35m，减少了土建工程量，节约投资20%～30%，使用至今仍然安全。（9）泵房抗浮：按规范规定，干式泵房的自重考虑到重庆地段江边地质条件多为完整基岩，设计采用混凝土沿基槽浇灌，把筒底和筒壁嵌固在岩石上，增加基岩与钢筋混凝土井壁的粘结力来抗浮。当埋深不够，达不到设计要求时，则在底板设置抗拔锚筋或抗拔锚桩，来满足抗浮要求，或作球形底壳以克服渗透产生的弯矩。瓶型泵房上部直径减小，体积减小，则浮力也会相应减少。增大浮力，即重力抗浮、壁厚减少以后，自重减小。（10）泵房的抗渗：按有关规范规定，干式泵房用结构厚度来抗渗，但由于井筒壁厚度和底板减薄以后达不到规范抗渗要求，设计采用P8抗渗混凝土，使用至今无一渗漏。（11）泵房施工：泵房埋深不大，土石方少，冬季枯水期施工较方便，唯有吸水头部及吸水管在水下施工较困难。水下部分采用水下混凝土围堰施工，筒体部分较高，施工有一定难度，经调研和比选采用滑模或翻模，连续施工一次建成。

5泵房运行

泵房至今运行正常，使用良好。只是有的业主已更换，有的名称已改变，如重庆红工水已改为重庆北碚二水厂，属于北碚自来水公司所有。有的设备、设施已换代升级、规模扩大。

6结论

薄壁竖井取水泵房与传统的干式深井泵站相比具有投资少、见效快、占地面积少的优点，适合在江河水位落差大的区域修建，该设计可为类似深井取水泵站设计提供参考。

作者:汤玮 单位:重庆市设计院