常曉亮

（山西省水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

山西省農(nóng)村小型飲水安全工程調(diào)節(jié)建筑物設(shè)計(jì)綜述

常曉亮

（山西省水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

對(duì)農(nóng)村小型飲水安全工程中的調(diào)節(jié)構(gòu)筑物進(jìn)行了概述，分別對(duì)工程中主要調(diào)節(jié)建筑物水塔及高位蓄水池進(jìn)行了分析。結(jié)合山西省農(nóng)村小型飲水安全工程實(shí)際，闡述了各建筑物選用條件、設(shè)計(jì)思路及方法，提出了各建筑物的標(biāo)準(zhǔn)化模式。

調(diào)節(jié)構(gòu)筑物；水塔；高位蓄水池

農(nóng)村小型飲水安全工程主要建筑物標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)包括取水構(gòu)筑物、調(diào)節(jié)構(gòu)筑物、輸配水線路及附屬建筑物。為實(shí)現(xiàn)全省農(nóng)村小型飲水工程前期規(guī)劃設(shè)計(jì)及后期建設(shè)的規(guī)范管理，對(duì)全省小型單村供水和分散式供水為主的農(nóng)村小型飲水安全工程中的調(diào)節(jié)構(gòu)筑物建設(shè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

1 調(diào)節(jié)構(gòu)筑物分類

調(diào)節(jié)構(gòu)筑物是指用于儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)水量，以提高供水保證率的構(gòu)筑物，包括清水池、水塔、高位水池等。根據(jù)位置不同，可分為廠內(nèi)式和廠外式。按照布置形式，可分為高位布置和低位布置，高位布置包括高位水池、水塔，低位布置主要為清水池。

清水池布置于廠內(nèi)水位，適用條件為：取用地表水源的凈水廠，需處理的地下水水廠；無(wú)需在管網(wǎng)內(nèi)設(shè)置調(diào)節(jié)構(gòu)筑物；需連續(xù)供水，并可用水泵調(diào)節(jié)負(fù)荷的水廠；進(jìn)水廠內(nèi)濾池需反沖洗水源。

高位水池布置于廠外水位，適用條件為：有可利用的地形適宜條件；調(diào)節(jié)容量后，可就地取材；供水區(qū)所要求的壓力和范圍變化不大。

水塔主要布置在廠內(nèi)、外高位，適用條件為：無(wú)可利用的地形條件；用水量變化大，有時(shí)不需要供水或低峰時(shí)無(wú)法用水泵調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)容量較??；廠內(nèi)水塔可兼作濾池反沖洗水箱。

2 調(diào)節(jié)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

根據(jù)山西省農(nóng)村實(shí)際供水情況，結(jié)合調(diào)節(jié)構(gòu)筑物優(yōu)缺點(diǎn)，主要考慮在平川區(qū)采用水塔和在有地形條件的山丘區(qū)采用高位水池來實(shí)現(xiàn)整個(gè)鄉(xiāng)村的集中供水。

2.1 水塔

水塔一般布設(shè)在用水區(qū)無(wú)高地可利用的平川區(qū)，用來調(diào)節(jié)供水與用水的不平衡。若用水量等于供水量，水塔儲(chǔ)水量不變，水塔處于平衡狀態(tài)；若用水量大于供水量，水塔儲(chǔ)水量減少，水塔儲(chǔ)存的水向管網(wǎng)供水，水塔處于出水狀態(tài)；若用水量小于供水量，水塔處于進(jìn)水狀態(tài)；若停止供水，向管網(wǎng)的供水全部由水塔的儲(chǔ)水供給。

水塔主要由頂部水箱、塔體、基礎(chǔ)和各種管道閘閥等組成，水箱分為保溫和不保溫兩種，一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。水箱主要用于儲(chǔ)存水量，其容積主要包括調(diào)節(jié)容量和消防儲(chǔ)量。水箱可用鋼材、鋼筋混凝土制成，容積很小時(shí)，也可用砌磚砌成。

水箱可設(shè)計(jì)為平底式水箱和球底式水箱兩種。平底式水箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，但由于鋼筋混凝土用量較大，受力性能差，只適用于小型水塔。球底式水箱可利用球殼式水箱底承受水壓力，其結(jié)構(gòu)較平底合理，但筒壁直徑較大，施工較復(fù)雜。為防止水箱中的水結(jié)冰和水箱壁被破壞，應(yīng)在水箱外壁做保溫防凍層，可貼砌一層厚為8~10cm的泡沫混凝土或膨脹珍珠巖等輕質(zhì)材料，另外可貼砌一層一磚厚的半空斗墻。

塔體主要用于支撐水箱，其形式有筒壁式和構(gòu)架式兩種，大多采用筒壁式，圓形結(jié)構(gòu)，受力狀況較好，可用磚石和鋼筋混凝土建造，有利于水塔和水管的保溫。水塔基礎(chǔ)可用磚石、混凝土、鋼筋混凝土建造，其形式有圓環(huán)、圓板、球殼、樁基等。水塔水箱容積為水塔的調(diào)節(jié)容量、水廠的自用水量、消防用水量、安全儲(chǔ)量容積之和。其中，水塔的調(diào)節(jié)容量一般可按最高日用水量的5%~10%確定，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，可根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》中對(duì)居民生活用水及牲畜用水額定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算；水廠的自用水量可由用水量曲線和給水量曲線計(jì)算確定，當(dāng)缺乏資料時(shí)，一般為最高日用水量的10%~15%；安全儲(chǔ)量一般按最高日用水量的5%考慮。本次設(shè)計(jì)農(nóng)村飲水工程主要以中小村莊為主，根據(jù)分析計(jì)算，建30m3水塔能夠滿足規(guī)模為1000人/d村莊的需水量；建50m3水塔能夠滿足規(guī)模為2000人/d村莊的需水量。

水塔中水箱底部高度應(yīng)保證在最高日最高時(shí)用水量時(shí)，管網(wǎng)內(nèi)控制點(diǎn)具有所要求的自由水壓。高度為控制點(diǎn)要求的自由水壓與最高日最高時(shí)用水量計(jì)算的全部水頭損失之和減去地形高差。

2.2 高位蓄水池

根據(jù)地形和土質(zhì)條件，蓄水池可修建在地上或地下，即分為開敞式和封閉式兩大類。

開敞式蓄水池池體由池底和池墻兩部分組成。該蓄水池不具備防凍、防蒸發(fā)功效。圓形池結(jié)構(gòu)受力條件好，在相同蓄水量條件下所用建筑材料省，投資少。開敞式圓形漿砌石水池池底板可為混凝土，池壁為漿砌石，其厚度根據(jù)荷載條件按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)或有關(guān)規(guī)范確定，現(xiàn)階段逐步向全池采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展。

矩形蓄水池的池體組成、附屬設(shè)施、墻體結(jié)構(gòu)與圓形蓄水池基本相同，不同的是根據(jù)地形條件將圓形變?yōu)榫匦?。但矩形蓄水池的結(jié)構(gòu)受力條件差，拐角處需采取防范加固措施。當(dāng)蓄水量在60m3以內(nèi)時(shí)，其形狀近似正方形布設(shè)，當(dāng)蓄水池長(zhǎng)寬比超過3時(shí)，在中間需布設(shè)隔墻，以防側(cè)壓力過大，使邊墻失去穩(wěn)定性，將一池分二，在隔墻上部留水口，可有效沉淀泥沙。

封閉式蓄水池分為圓形和矩形兩種，其適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)地形、蓄水量要求采用不同的規(guī)格尺寸和結(jié)構(gòu)形式，蓄水量變化幅度大。池體大部分設(shè)在地面以下，可增加防凍保溫功效，保溫防凍層厚度設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r和最大凍土層深度確定，保證池水不發(fā)生結(jié)冰和凍脹破壞。由于封閉式蓄水池結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，建議采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

圓形蓄水池和方形蓄水池均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，配有進(jìn)水管、出水管、溢流管、排水管、通氣管。進(jìn)水管管徑按最高日平均時(shí)水量確定，一般采用鋼管，進(jìn)水管的出口標(biāo)高應(yīng)在池內(nèi)平均水位以下。出水管又稱配水管，用于分配池內(nèi)水流，管徑按最高日平均時(shí)水量確定，一般管中心線與最低水位相同。溢流管是池中水位高出最高水位時(shí)用于溢流的管道，進(jìn)口為喇叭狀，與最高水位相同。排水管用于排泄池中水以便檢修及清除池底沉淀之用。進(jìn)口設(shè)在池中集水坑內(nèi)，其管徑需按2h放盡池中水計(jì)算，但不得小于100mm。通氣管設(shè)在池頂，頂部向下彎曲頭上罩有網(wǎng)絲。

本設(shè)計(jì)主要為地下式鋼筋混凝土方形、圓形蓄水池，其適用于儲(chǔ)盛常溫、無(wú)侵蝕性水。由于農(nóng)村人口較少，蓄水池所需容量不大，方形及圓形蓄水池容積分別選擇了30m3，50m3，100m3，150m3，200m3五種，蓄水池結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。本蓄水池設(shè)計(jì)條件為：水池池頂及池壁外均考慮覆土，覆土總厚度1000m。蓄水池抗震設(shè)防烈度包括8°及其以下烈度場(chǎng)地。蓄水池設(shè)計(jì)使用年限50年。

地下水位：30m3，50m3圓形封閉蓄水池允許最高地下水位至設(shè)計(jì)地面以下500mm；100m3，150m3圓形封閉蓄水池允許最高地下水位在水池底板底面以上2500mm；200m3圓形封閉蓄水池允許最高地下水位在水池底板底面以上1800mm。30m3，50m3方形封閉蓄水池允許最高地下水位在水池底板底面以上4400mm；100m3方形封閉蓄水池允許最高地下水位在水池底板底面以上4000mm；150m3，200m3方形封閉蓄水池允許最高地下水位在水池底板底面以上2400mm。

土壤條件：抗浮驗(yàn)算時(shí)池頂覆土重度取16kN/m3；強(qiáng)度計(jì)算時(shí)池頂覆土重度取20kN/m3；池壁側(cè)向土壓力計(jì)算時(shí)地下水以上土的重度取18kN/m3；地下水以下土的重度取20kN/m3；土的折算內(nèi)摩擦角取20°。

混凝土重度：抗浮驗(yàn)算混凝土重度取24kN/m3；強(qiáng)度計(jì)算混凝土重度取25kN/m3。

圓形蓄水池和方形蓄水池結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 蓄水池技術(shù)參數(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)山西省農(nóng)村小型飲水安全工程主要調(diào)節(jié)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合山西省各地實(shí)際情況闡述了各建筑物的工程設(shè)計(jì)思路和方法，并提出各建筑物的標(biāo)準(zhǔn)化模式，希望對(duì)全省農(nóng)村小型飲水工程前期規(guī)劃設(shè)計(jì)及后期建設(shè)起到參考作用。

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1004-7042（2016）01-0028-02

常曉亮（1979-），男，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，工程師。

2015-11-19；

2015-12-28