常曉亮

（山西省水利水電勘察設計研究院，山西 太原 030024）

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

常曉亮

（山西省水利水電勘察設計研究院，山西 太原 030024）

對農(nóng)村小型飲水安全工程中的調(diào)節(jié)構筑物進行了概述，分別對工程中主要調(diào)節(jié)建筑物水塔及高位蓄水池進行了分析。結合山西省農(nóng)村小型飲水安全工程實際，闡述了各建筑物選用條件、設計思路及方法，提出了各建筑物的標準化模式。

調(diào)節(jié)構筑物；水塔；高位蓄水池

農(nóng)村小型飲水安全工程主要建筑物標準化設計包括取水構筑物、調(diào)節(jié)構筑物、輸配水線路及附屬建筑物。為實現(xiàn)全省農(nóng)村小型飲水工程前期規(guī)劃設計及后期建設的規(guī)范管理，對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)構筑物建設進行標準化設計。

1 調(diào)節(jié)構筑物分類

調(diào)節(jié)構筑物是指用于儲存和調(diào)節(jié)水量，以提高供水保證率的構筑物，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；無需在管網(wǎng)內(nèi)設置調(diào)節(jié)構筑物；需連續(xù)供水，并可用水泵調(diào)節(jié)負荷的水廠；進水廠內(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：無可利用的地形條件；用水量變化大，有時不需要供水或低峰時無法用水泵調(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)構筑物設計

根據(jù)山西省農(nóng)村實際供水情況，結合調(diào)節(jié)構筑物優(yōu)缺點，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)采用高位水池來實現(xiàn)整個鄉(xiāng)村的集中供水。

2.1 水塔

水塔一般布設在用水區(qū)無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，水塔儲水量減少，水塔儲存的水向管網(wǎng)供水，水塔處于出水狀態(tài)；若用水量小于供水量，水塔處于進水狀態(tài)；若停止供水，向管網(wǎng)的供水全部由水塔的儲水供給。

水塔主要由頂部水箱、塔體、基礎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構。水箱主要用于儲存水量，其容積主要包括調(diào)節(jié)容量和消防儲量。水箱可用鋼材、鋼筋混凝土制成，容積很小時，也可用砌磚砌成。

水箱可設計為平底式水箱和球底式水箱兩種。平底式水箱結構簡單，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，其結構較平底合理，但筒壁直徑較大，施工較復雜。為防止水箱中的水結冰和水箱壁被破壞，應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架式兩種，大多采用筒壁式，圓形結構，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)供水工程技術規(guī)范》中對居民生活用水及牲畜用水額定標準進行計算；水廠的自用水量可由用水量曲線和給水量曲線計算確定，當缺乏資料時，一般為最高日用水量的10%~15%；安全儲量一般按最高日用水量的5%考慮。本次設計農(nóng)村飲水工程主要以中小村莊為主，根據(jù)分析計算，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保證在最高日最高時用水量時，管網(wǎng)內(nèi)控制點具有所要求的自由水壓。高度為控制點要求的自由水壓與最高日最高時用水量計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。圓形池結構受力條件好，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)荷載條件按標準設計或有關規(guī)范確定，現(xiàn)階段逐步向全池采用鋼筋混凝土結構發(fā)展。

矩形蓄水池的池體組成、附屬設施、墻體結構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?。但矩形蓄水池的結構受力條件差，拐角處需采取防范加固措施。當蓄水量在60m3以內(nèi)時，其形狀近似正方形布設，當蓄水池長寬比超過3時，在中間需布設隔墻，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，其適應性強，可根據(jù)地形、蓄水量要求采用不同的規(guī)格尺寸和結構形式，蓄水量變化幅度大。池體大部分設在地面以下，可增加防凍保溫功效，保溫防凍層厚度設計應根據(jù)當?shù)貧夂蚯闆r和最大凍土層深度確定，保證池水不發(fā)生結冰和凍脹破壞。由于封閉式蓄水池結構較復雜，建議采用鋼筋混凝土結構。

圓形蓄水池和方形蓄水池均采用鋼筋混凝土結構，配有進水管、出水管、溢流管、排水管、通氣管。進水管管徑按最高日平均時水量確定，一般采用鋼管，進水管的出口標高應在池內(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用于溢流的管道，進口為喇叭狀，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。進口設在池中集水坑內(nèi)，其管徑需按2h放盡池中水計算，但不得小于100mm。通氣管設在池頂，頂部向下彎曲頭上罩有網(wǎng)絲。

本設計主要為地下式鋼筋混凝土方形、圓形蓄水池，其適用于儲盛常溫、無侵蝕性水。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，蓄水池結構為鋼筋混凝土結構。本蓄水池設計條件為：水池池頂及池壁外均考慮覆土，覆土總厚度1000m。蓄水池抗震設防烈度包括8°及其以下烈度場地。蓄水池設計使用年限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計地面以下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：抗浮驗算時池頂覆土重度取16kN/m3；強度計算時池頂覆土重度取20kN/m3；池壁側(cè)向土壓力計算時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：抗浮驗算混凝土重度取24kN/m3；強度計算混凝土重度取25kN/m3。

圓形蓄水池和方形蓄水池結構技術參數(shù)見表1。

表1 蓄水池技術參數(shù)

3 結語

通過對山西省農(nóng)村小型飲水安全工程主要調(diào)節(jié)建筑物進行設計，結合山西省各地實際情況闡述了各建筑物的工程設計思路和方法，并提出各建筑物的標準化模式，希望對全省農(nóng)村小型飲水工程前期規(guī)劃設計及后期建設起到參考作用。

TV31

C

1004-7042（2016）01-0028-02

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

2015-11-19；

2015-12-28