论文导读：取水头部。设计采用新型双排拉森钢板桩围堰。虹吸管。穿越防洪堤。抽真空系统。总平面布置图。
论文关键词：取水头部，拉森钢板桩，虹吸管，穿越防洪堤，抽真空系统，总平面布置
0 概述
福建省龙海市取水泵站一期扩建工程是在原8.0万m3/d规模的基础上扩建，扩建规模12.0万m3/d，建成后泵站总规模达20.0万m3/d，项目总投资1618万元。该取水泵站是该市唯一的集中供水取水工程，事关30万人民生活及生产用水，特别强调其安全性，对设计要求很高。
1 取水头部
1.1 取水头部保护坝
一期工程采用分建式河床式虹吸管取水构筑物，取水头部采用垂直向下喇叭管，扩建工程仍采用相同的形式。取水头部没有保护措施，洪水期间存在易受漂浮物撞击威胁的问题，因此设计对取水头部用素混凝土坝进行保护，通过格栅进水，过栅流速0.4m/s。取水头部保护坝大部分是水下工程，常水位为4.20m，设计坝顶高程4.70m。常水位时水下深度达9.2m，基础采用DN800灌注桩，深度18.0m，持力层为粗砂或卵石层。灌注桩采用冲击成孔，泥浆护壁施工工艺拉森钢板桩，构筑物体量大，施工难道大。
该泵站一直在运行，是该市唯一的集中供水取水点，不允许在扩建工程施工时停水，且下游约1km处即为九龙江北溪供水拦河坝，上游2.4km为厦门市供水取水口，围堰工程应考虑可清除的施工方案。工程通常采用的土石围堰及简易施工便道无法满足要求，设计采用新型双排拉森钢板桩围堰。拉森钢板桩具有得强度高、重量轻、能有效防水、能重复利用、 施工便捷、无需养护、能有效缩短工程建设工期等优点特别适用于此类情况。工程采用分两段施工，钢管脚手架支撑架设平台的施工方案，很好地解决了施工期间不间断取水的问题。根据九龙江该河段有通航要求的特殊情况，施工前后均根据航运部门要求设计了警示标志。
1.2 虹吸管
取水管可采用自流管或虹吸管，本工程设计最低水位为2.50m，已建桩架标高为2.70m，考虑进水口上缘在最低水位下的淹没深度，如为自流管桩架标高更是不能满足要求。为了充分利用已建桩架，节约工程造价和降低施工难度，最后按DN1200虹吸管设计。
已建桩架是按照2×DN1000承载力建造，DN1200虹吸管安装于现状预留DN1000的桩架上，设计重点是校核桩架的承载力。
按最不利的满水情况考虑，管外径1.22m，壁厚12mm，每米管道及水自重标准值Gk为14.78KN/m。桩架间距5.5m，桩架横梁集中力标准值Fk为5.5Gk即82 KN，考虑钢托架自重取85kN。按简支梁计算，原梁底配筋As为800mm2，满足要求。
1.3 喇叭管取水头部
取水头部采用喇叭管取水头部，DN1200钢管能否自承喇叭管取水头部也需校核。
桩架上管道中心线标高至取水口底部高差为4.0m，该段长度钢管及满水荷载均由管道截面承担，荷载为4.0Gk即60 KN。钢管截面设计抗拉承载力为9786KN＞60 KN。经校核满足抗拉承载力要求，减少了取水头部水下固定支撑，降低了施工难度和造价论文开题报告。
1.4 虹吸管阀门设置
虹吸管上进水阀门的设置根据原水杂质多的特点以及使用过程中出现的蝶阀关闭不严、阀体易损坏等不利的情况，采用新型的刀闸阀，刀闸阀具有对杂质如塑料袋等提供紧密的关断及具有在线维修等优点，克服了蝶阀的缺点。
2 穿越防洪堤
虹吸管需穿越防洪堤段约18m，当地水利部门不允许对防洪堤进行开挖，为保证虹吸管的顺利施工又不影响防洪堤，只能采用非开挖施工。通过对福建市场调查，非开挖拉管施工单位具备DN1200施工设备及技术的在省内只有一家且距工程所在地350km拉森钢板桩，考虑到非开挖长度只有18m，大型设备的长途调用不经济不合理，设计采用顶管。顶管一般适用于埋深较大的管道，但本工程工作井深度浅仅2.90m，河道边地质条件差，可提供后背土压力值有限，经多次计算校核，采取后背土加固及管道减阻措施后达到计算要求。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98），为满足堤防渗流稳定的要求，管道与堤防的接触面应进行充填灌浆处理。为降低造价，因顶管接收井只起临时接收作用，设计不采用顶管工作井的钢筋混凝土形式，而采用砖砌井。
3 抽真空系统
一般的抽真空系统只对水泵泵壳和吸水管段抽真空，管径小、长度短、空气容积小，本设计是对长达210m的DN1200虹吸管进行抽真空，抽真空流量大。
抽真空流量为25 m3/min，虹吸管充水时间采用15min；漏气系数采用1.10。
设计分析一期工程虹吸管曾出现3～4h长时间无法形成真空最后导致无法引水的原因，将原镀锌真空吸水管改用气密性最佳的钢管，一期DN100抽真空管流速需达到50m/s才能达到抽真空流量，大大超过规范要求，此次设计按DN200，流速13.5m/s，原抽真空系统真空泵流量6.0m3/min也明显偏小，此次设计真空泵为25.0m3/min，在抽真空系统中如此大流量的真空泵很少在实际中应用。
4 吸水井
一期吸水井存在无法检修清洗的问题，导致从建成至今未清洗，井底淤积严重，减小了吸水容积，影响泵站的运行。此次设计将吸水井分为两格，并留有0.30m沉泥空间，两格间设置DN1000连通管连通，既满足今后检修的要求，又能满足水泵吸水要求。吸水井与外江由DN1200虹吸管直接连通，为满足防洪要求，设计采用加高吸水井以达到100年一遇的防洪标准，消除了如采用密闭盖板密封橡胶老化及今后管理中可能出现的安全隐患。
5 泵房
水泵采用自灌充水启动，运行安全可靠。泵站的电耗是常年运行成本的决定因素，水泵选用新型、高效、节能的水泵拉森钢板桩，出水管选用一个多功能水泵控制阀代替止回阀和闸阀。多功能水泵控制阀具有速闭、缓闭、以及吸能腔三种良好的消除水锤措施，可免维护运行，水头损失小，达到最大的节能效果。
6 总平面布置
泵站周边已无可扩建用地，只能在原有的预留用地范围内进行总平面布置。扩建泵房离现状机修房只有0.5m，此机修间实为马崎泵站现有运行的主要泵房，为不影响泵站取水，设计从总平面和结构两方面考虑解决方法。在总平面上将配电间调整靠近机修间，而不是半地下室的泵房；在结构上对配电间采用外挑梁的方式，避免基坑开挖对机修间基础的影响，保证在施工期间不间断城市的供水。
7 自控系统
水泵自控通常按照水压进行变频控制，此次设计对水泵根据超声波流量计和压力表反馈的流量和水压变化复合环进行控制，使其在满足流量水压要求情况下，达到节能效果。为了保证设备安全运行，根据最低水位、虹吸管的吸水水头、过格网水头损失等确定吸水井水位设置起停泵水位进行自控。对可能影响运行检修，均采用手电两用控制方式。
8 结语
扩建工程设计的关键是如何处理好与已建工程的衔接问题，即充分利用已建设施，在保证已建工程正常运行的前提下，降低工程造价，降低施工难度。本次设计将为今后相似工程的设计积累经验。