杜丹強(qiáng)

(韶關(guān)市利源工程建設(shè)有限公司，廣東 韶關(guān) 512000)

0 引 言

大坪大壩工程供水規(guī)模W=330m3/d，為IV型工程。工程主要建設(shè)內(nèi)容為：新建取水陂頭3座，粗濾池3座，新建250m3清水池1座，20t/h一體化凈水設(shè)備1套，設(shè)備管理房34.4m2，設(shè)備管理區(qū)180m2，大坪村新建配水主管及支管16.41km，巷道管及入戶管8.34km，新谷村新建配水主管及支管6.63km，巷道管及入戶管8.64km，新建原水輸水管8.27km，輸配水管網(wǎng)總長(zhǎng)48.31km。輸配水主管及支管沿線共設(shè)置閘閥、排氣閥、泄水閥、減壓閥以及水池消納器74個(gè)，主管及支管安裝水表共20個(gè)，設(shè)置閥門(mén)井94座。

1 工程概要

乳源瑤族自治縣大坪供水工程位于大橋鎮(zhèn)境內(nèi)，全鎮(zhèn)21個(gè)村委會(huì)，1個(gè)居委會(huì)，265個(gè)自然村，8322戶；共266個(gè)村(居)民小組。鎮(zhèn)有總?cè)丝?1000人，戶籍總數(shù)8499戶，戶籍總?cè)丝?9662人，其中農(nóng)業(yè)人口38749；總面積384km2，耕地面積3.94萬(wàn)hm2，林地面積2.65萬(wàn)hm2，森林覆蓋率72%。

該工程共新建水陂頭3座，水陂A-1后輸水管為dn200，水陂A-2及A-3后輸水管均為dn160，水陂A-3輸水管沿廢棄引水渠至水陂A-2所在支流處接入水陂A-2的輸水管dn160，繼續(xù)沿廢棄引水渠至原水源點(diǎn)下游處與水陂A-1后的dn200輸水管匯合后，通過(guò)dn200輸水管沿現(xiàn)狀廢棄排水渠至下山峽附近，穿過(guò)清溪洞村道輸水管道由dn200轉(zhuǎn)dn160后基本沿等高線880m至巖前村后山頂較高點(diǎn)的馬坳墩附近932m高程處設(shè)250m3清水池1座，并配20t/h一體化自動(dòng)凈水設(shè)備1套及配套管理防護(hù)措施。輸水主管沿線設(shè)閘閥4個(gè)，泄水閥3個(gè)，排氣閥2個(gè)，水錘消納器2個(gè)。

2 管線布置

2.1 配水管線布置

配水主管共布設(shè)3條，其中BK供水范圍為臘子窩、上窩，出水池與輸水管并排埋設(shè)至分叉口，分別設(shè)入村支管，主管段BK長(zhǎng)1.4km，管徑為dn63。

BN供水范圍為巖前、塘洞、新屋，出水池沿現(xiàn)有土路至巖前，沿村道至塘洞村，分別設(shè)入村支管進(jìn)入巖前、塘洞和新屋，主管段BN長(zhǎng)1.66km，主管管徑dn75。

BJ供水范圍為大坪村委其余的大坪、跌茍龍、石山背、竹子排、黃六塘等5個(gè)自然村以及新谷村的9個(gè)自然村，主要沿717鄉(xiāng)道及939鄉(xiāng)道布設(shè)，主管段BN長(zhǎng)6.16km，主管管徑dn110，沿線在各自然村道路入口分別設(shè)支管入村。

配水管線較長(zhǎng)的在最低點(diǎn)設(shè)有泄水閥，最高點(diǎn)設(shè)有排氣閥，各入村支管前端均設(shè)有閘閥及水表，對(duì)于入戶靜水壓高于40m水頭的管線前端設(shè)有減壓閥。

配水主管線沿線共設(shè)閘閥30個(gè)，泄水閥9個(gè)，排氣閥4個(gè)，減壓閥3個(gè)，減壓閥16個(gè)，水錘消納器4個(gè)[1-2]。

2.2 巷道管及入戶管網(wǎng)

村內(nèi)巷道管結(jié)合村內(nèi)地形采用dn25-dn40的管敷設(shè)，入戶管每戶按20m考慮，其中表前每戶dn25管15m，表后每戶dn20管5m，每戶均安裝鎖閥1個(gè)，水表1個(gè)，止回閥1個(gè)，閘閥1個(gè)。

3 管線水力計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)流量

該工程輸水主管設(shè)計(jì)流量應(yīng)按最高日最高時(shí)用水量確定，經(jīng)計(jì)算，輸水主管設(shè)計(jì)流量為34.05m3/h。

3.2 設(shè)計(jì)流速

輸水管的設(shè)計(jì)流速，宜采用經(jīng)濟(jì)流速。各管徑的經(jīng)濟(jì)流速如下：

dn<150mm時(shí)，流速：0.5-1.0m/s；

150

d>300mm，流速：1.0-1.5m/s。

管徑小、管線長(zhǎng)取低值；塑料管道流速可略高于金屬管和混凝土管流速。本工程管線管徑均≤200mm，水源至各自然村線路較長(zhǎng)，高差較大，且低洼段均布設(shè)排水閥，故本工程管線流速盡量控制在0.5-1.0m/s，局部輸配水主管流速略<0.5m。

3.3 水力計(jì)算

管線水力計(jì)算主要為水頭損失計(jì)算，管道水頭損失包括沿程水頭損失和局部水頭損失。

1)沿程水頭損失按下式計(jì)算：

H1=iL

(1)

式中：h1為沿程水頭損失，m；L為計(jì)算管道的長(zhǎng)度，m；i為單位管長(zhǎng)水頭損失，m/m；UPVC、PE、SRCP、SP-C管的單位管長(zhǎng)水頭損失按下式計(jì)算：

i=10.67q1.852C-1.852d-4.87

(2)

式中：i為單位管長(zhǎng)水頭損失；q為管段設(shè)計(jì)流量，m3/s；d為管道內(nèi)徑，m；C為海曾威廉系數(shù)，因管線均為塑料管，故取塑料管的低值140。

2)局部損失按沿程損失的5%-10%計(jì)算，本工程取10%。

3)管線水力計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表2。

表2 管線水力計(jì)算表

其他管道水力計(jì)算結(jié)果略。

4 管道敷設(shè)

4.1 管道敷設(shè)設(shè)計(jì)

該工程應(yīng)防止配水管人為破壞及凍壞等防護(hù)措施。

1)開(kāi)挖溝槽，溝深≥0.7m，溝底寬≥0.7m，如有局部超挖需用符合要求的原土分層夯實(shí)，當(dāng)溝底的地基為巖石或半巖石時(shí)，應(yīng)鏟除至設(shè)計(jì)高以下0.15m-0.2m，然后鋪上土或砂墊層整平夯實(shí)。

2)回填溝槽，安裝敷設(shè)完畢后應(yīng)盡快回填；管道下部與管底的空隙必須填實(shí)；接口前后0.2m范圍內(nèi)不得回填，以便試壓時(shí)觀察。管槽回填分層厚度<200mm，夯填密實(shí)度要求達(dá)80%-85%以上，管道兩側(cè)及管頂以上500mm內(nèi)的回填土不得含有碎石，磚塊，垃圾等雜物。水壓試驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)回填其余部分空隙。

圖1 管溝開(kāi)挖標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

3)特殊地基情況，如軟弱地基采用換沙基礎(chǔ)或其他特殊地基視情況處理，穿越(或跨越)河道、橋涵等構(gòu)筑物時(shí)，按實(shí)際情況確定，或從底穿過(guò)，或鋼管架空跨過(guò)。

圖2 過(guò)公路破路標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

4.2 管道附屬設(shè)施

4.2.1 管道附件

本工程引水管線管道主要附件包括閥門(mén)、排水閥、排氣閥、水表等。

1)閘閥或球閥：

配水管道的起點(diǎn)、終點(diǎn)、分叉處均需設(shè)置閥門(mén)以備檢修，且線路2公里范圍內(nèi)需至少有1個(gè)檢修閥門(mén)。

2)排水閥：

輸配水管道低洼處及閥門(mén)間管段低處，需設(shè)置排水閥，根據(jù)測(cè)量資料及沿線實(shí)際地形需要。

3)排氣閥：

管線隆起點(diǎn)上應(yīng)設(shè)通氣設(shè)施，管線豎向布置平緩時(shí)，宜間隔1000m左右設(shè)一處通氣設(shè)施。根據(jù)測(cè)量資料及沿線實(shí)際地形需要，支線高點(diǎn)也應(yīng)設(shè)置排氣閥。

4)減壓閥：

當(dāng)進(jìn)入自然村的管線靜水壓超過(guò)40m時(shí)，須在入村口設(shè)置減壓閥，減壓值可根據(jù)實(shí)際壓力進(jìn)行調(diào)整。

4.2.2 閥門(mén)井布置

干管上及入村主管的閥門(mén)以及水表均設(shè)閥門(mén)井，檢修切斷閥門(mén)井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閥門(mén)井內(nèi)徑采用1200，本工程設(shè)置閥門(mén)井共94個(gè)，閥門(mén)井做法參照國(guó)標(biāo)圖集07MS101-2。

5 設(shè)計(jì)計(jì)算

5.1 水陂抗滑穩(wěn)定計(jì)算

水陂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、消能防沖設(shè)計(jì)參照《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265-2016)中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，各水陂均坐落于巖基上。

5.1.1 計(jì)算公式

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265-2016)，水閘抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式：

(1)

式中：Kc為沿閘室基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)(對(duì)于土質(zhì)地基，基本組合Kc≥1.20，特殊組合Kc≥1.05)；f為閘室底板與河床之間的摩擦系數(shù)，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，取0.40；∑W為kN，代表作用于閘室上全部垂直力的總和；∑P為kN，代表作用于閘室上全部水平力的總和。

閘室基底壓應(yīng)力計(jì)算公式：

(2)

式中：Pmax、min為kPa，代表閘室基底應(yīng)力的最大值或最小值；∑G為kN，代表作用在閘室上的全部豎向荷載；∑M為kN·m，代表作用在閘室上的全部豎向荷載和水平荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩之和；∑W為m3，代表閘室基礎(chǔ)底面對(duì)于該底面垂直水流方向的形心軸的截面矩；A為m2，代表閘室基礎(chǔ)底面的面積。

5.1.2 荷載組合

分別對(duì)基本組合和特殊組合的各種計(jì)算情況進(jìn)行抗滑穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算。

5.1.3 計(jì)算典型斷面

本次選取水陂A-3作為典型斷面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定、及基底應(yīng)力計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)設(shè)計(jì)圖。

5.1.4 計(jì)算基本資料

1)水位資料：采用斷面對(duì)應(yīng)的校核洪水位和正常蓄水位；

2)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，巖基摩擦系數(shù)取f=0.55，地基承載力為1000kPa；

3)水陂容重r=23kN/m3,水重r水=9.81kN/m3；

4)A=1.98m，陂頂高程990m，陂底高程988.1m；

5)基本工況：上游水位990.56m，下游水位988.9m；

特殊工況：上游水位990m，下游水位989.55m。

5.1.5 計(jì)算結(jié)果

結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 水陂穩(wěn)定計(jì)算成果表

5.2 水陂消能防沖計(jì)算

5.2.1 計(jì)算公式

水陂消力池深度、消力池長(zhǎng)度、消力池底板厚度計(jì)算采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B中的相關(guān)公式，計(jì)算公式如下：

1) 消力池深度計(jì)算：

消力池深度按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

(3)

式中：d為消力池深度，m；σ0為1.05，代表水躍淹沒(méi)系數(shù)；α為1.00，代表水流動(dòng)能校正系數(shù)；q為m2/s，代表過(guò)閘單寬流量；b1為m，代表首端寬度；b2為m，代表末端寬度；T0為m，代表板頂面算起的總勢(shì)能；ΔZ為m,代表落差；hs′為m，代表河床水深。

2)消力池長(zhǎng)度計(jì)算：

消力池長(zhǎng)度按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

(4)

式中：Lsj為m，長(zhǎng)度；Ls單位為m，代表斜坡段水平投影長(zhǎng)度；β般為0.75，代表校正系數(shù)；Lj單位為m，代表水躍長(zhǎng)度。

3)消力池底板厚度計(jì)算：

消力池底板厚度根據(jù)抗沖和抗浮要求，按下列公式進(jìn)行計(jì)算，并取其大值。

(5)

式中：t單位為m，代表始端厚度；ΔH′單位為m，代表上、下游水位差；q單位為m2/s，代表過(guò)閘單寬流量；k1般為0.2，代表底板計(jì)算系數(shù)；k2般為1.30，代表底板安全系數(shù)；U單位為kPa，代表底面的揚(yáng)壓力；W單位為kPa，代表頂面的水重；Pm單位為kPa，代表脈動(dòng)壓力；γb單位為kN/m3，代表飽和重度[3-4]。

5.2.2 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算得：消力池長(zhǎng)度為4.607m，消力池深度為0.284m，由于本工程3個(gè)水陂均坐落于巖基上，且下游河床坡降較大，水陂以上集雨面積較小，結(jié)合實(shí)際地形地質(zhì)情況，水陂下游設(shè)0.5m后的石籠，長(zhǎng)5m。

6 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265-2016)，水陂的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)如下：建筑物級(jí)別為5級(jí)，對(duì)于基礎(chǔ)落在巖基上的擋土墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)滿足正常運(yùn)用條件下≥1.05，非常運(yùn)用條件≥1.0；根據(jù)表中計(jì)算結(jié)果水陂抗滑穩(wěn)定系數(shù)基本組合為1.38，大于規(guī)范值1.05，特殊組合為1.11，>規(guī)范值1.0，故滿足規(guī)范要求。水陂基礎(chǔ)未出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大應(yīng)力為28.39(kPa)，小于地質(zhì)報(bào)告中提供的巖基承載力為1000kPa，故基礎(chǔ)滿足承載力要求。