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1、水厂新建项目取水工程设计方案1.1 取水构筑物选型据新民坝枢纽设计资料，设计洪水位48.16m，最低枯水位43.90m，水位最大变幅5m；取水头部库底自然高程42.90m，最枯季节取水水深仅1.0m。1.1.1 取水口根据新民坝枢纽工程及水文地质情况和类似工程的实践经验，较合适的固定式取水构筑物取水头部有两种形式可供选择： 箱式取水头部箱体为钢筋砼结构，侧面设置进水窗口并安装拦污格栅，引水管深入箱体内取水。对规模较大的箱式取水头部，箱体宜采用预制构件，分成几部分在岸上制作完毕浮运至取水点，再在水下拼装就位；基础用钻孔灌注桩。箱体下的库底局部挖深3米，箱体嵌入库底与灌注桩连接。该形式适用于取水量
2、较大、取水点水深不太深、河床较稳定、含砂量少的情况。 桩架式取水头部 一般采用钢管桩或预制钢筋混凝土管桩，将桩打入河床，在框架周围采用格栅围护，防止漂浮物进入。适用于河床较稳定、河床地质宜打桩、枯水位水深较深和水位变化不大的情况。 优缺点比较：见表7-1。根据取水点位置和水下地形图，拟建取水头部所处位置水深约1.04.0m。枯水位情况下取水点水深仅1.0m，水深较浅。根据引水管进水口淹没水深、悬空高度等应满足其有关水力条件的设计要求，采用桩架式取水头部难以满足此要求，而箱式取水头部可满足此水力条件要求。可见，只有箱式取水头部较为适合。 取水头部型式比较 表7-1箱式取水头部桩架式取水头部优点
3、耐久性好，防冲撞能力强、安全性高； 对枯水期水深较浅的河道取水有利； 对河道、航道影响小。 结构简单、施工方便； 巡视方便、维护、除草容易。缺点 清渣、维护不便。 对行洪有一定影响； 不适应于枯水期水深较浅的取水； 耐久性相对较差。1.1.2 引水管 引水形式选择引水管有自流管和虹吸管两种。取水泵站自然地面高程49m53m，鉴于新民坝枢纽常年水位不高，为减小引水管埋深，节省工程投资，推荐采用虹吸引水方式。一般情况下可自流引水，仅在水库水位较低时，才用虹吸引水，采用双管引水，取水的安全可靠性有保证。 进水管数量、管径选择水源工程设计总规模为5万m3/d，一期工程2.5万m3/d。考虑8水厂自用水
4、，总取水量达5.4万m3/d，一期工程取水量2.7万m3/d。进水管一次实施，从取水的安全可靠性考虑，保证事故时70取水量，宜设2根进水管。并留余地，建议采用2根D7209钢管，满负荷运行时设计流速为1.14m/s；一期工程设计流速0.57m/s，虽流速偏小，但原水含沙量小，不易沉淀，必要时两管可交替运行，避免淤积危险。1.1.3 取水泵房取水泵房包括泵型选择、泵房形式及泵房布置等。 水泵泵型选择取水泵房常用水泵类型有离心泵、斜流泵和潜水泵。优缺点比较如下：a、离心泵离心泵是给水工程中广泛采用的一种水泵，特点是流量、扬程适用范围广，结构简单、体型轻便、效率较高，其中大型水泵效率高达8691，且
5、其使用寿命长、安装检修方便、维护工作量相对较小。缺点是泵房间与吸水井要分开，泵房施工较复杂，土建投资较高，泵房占地面积较大。b、潜水泵水泵直接安装在集水池内，不需要吸水管道，泵房占地面积小。缺点是效率较低，扬程范围较窄，在水位变幅较大情况下，大流量潜水泵不能适应扬程变化，易出现故障、使用寿命相对较短，设备安装、维护较复杂。c、斜流泵与潜水泵房类似，水泵安装在集水池内，不需要吸水管道，泵房占地面积小，电机不淹没于水中，安全性较潜水泵高。斜流泵性能与离心泵相同，能适应流量、扬程变化，水泵效率较高，达80%以上，但较离心泵效率约低23。立式斜流泵需要较长的进水流道，设备安装要求和难度高、检修时需拆除
6、电机后抽轴，工作量较大。经综合分析，推荐采用卧式离心水泵。根据我院设计经验，结合各类水泵实际运行状况和本项目具体情况，本工程选用卧式离心泵是合适的。 水泵数量及主要技术参数的分析选择水源工程设计规模5万m3/d，一期2.5万m3/d。一期设3台（2用1备），对水量变化的适应性较强。根据上述分析，取水泵配置如下： 一期2.5万m3/d时，安装3台600m3/h水泵，2用1备； 二期取水规模增加到5万m3/d时，通过改造水泵来增加流量。 水泵选择选泵原则选泵首先要满足最高取水工况时流量和扬程要求；平均流量时，水泵应在高效区运行；在最高与最低流量时，水泵应能安全、稳定运行。水泵特性曲线高效范围应尽量
7、平缓，以适应各种工况流量和扬程要求。水泵选择须考虑节能，除选用高效率水泵外，还应考虑运行工况调节。水泵的选用应近、远期结合，远期可增加水泵台数或换装水泵。水泵选择根据前述水泵数量配备，对水泵扬程进行计算，结果如下：3台水泵：Q=600m3/h、H32m。根据选泵原则,针对流量、扬程，250S39型号水泵流量和扬程较合适。 水泵运行工况分析采用调速装置改变水泵转数，可使水泵工作时特性曲线更符合管路特性曲线。水泵采用调速不仅可减少能量损失、提高水泵效率，而且有利于水泵启动、改善水泵汽蚀现象，特别适用于河流水位变幅大的取水泵房。但水泵调速装置费用较高。鉴于水库水位受上游来水和下游放水限制，水位变化较
8、大，因此，推荐采用水泵变频调速。 泵房形式的优化和选择本工程选用卧式离心泵，干式安装，相应泵房形式有圆形和矩形两种。矩形泵房比圆形泵房便于水泵及管路布置；且泵房筒体深度仅11.3m，圆形泵房无经济优势。矩形泵房避免了圆形泵房布置较复杂的不足，因此推荐采用矩形泵房。1.2 取水工程工艺设计包括取水口、引水管、取水泵房及取水泵站总平面设计。1.2.1 取水规模取水总规模5万m3/d。取水头部、引水管按5万m3/d设计，一次建成，取水泵房土建按5万m3/d设计，一期工程设备按2.5万m3/d规模安装。1.2.2 取水头部 取水头部按5万m3/d一次设计施工。设计最枯水位43.90m。采用侧面进水方式
9、。为减小头部体积，节省投资，沿取水头部四周开窗取水。窗口设进水粗格栅，过栅流速0.3m/s，以尽量减少漂浮物进入。进水窗口上缘高程为44.50m，下缘43.80m，距库底0.90m，以减少泥砂进入。取水头部尺寸为5.652.32.65m。1.2.3 结合井 结合井由进水室(含检修闸门)和吸水井合建而成，以方便泵房检修。为保证过栅面积，便于格栅布置，结合井平面采用矩形。考虑取水头部已设一道粗格栅，此处采用格网。栅条间距50mm，以保护取水泵，过栅流速0.8m/s。结合井尺寸10.35.51.6m，按5万m3/d规模一次设计建设。1.2.4 取水泵房 根据取水形式的比较，推荐取水泵房采用矩形，水泵
10、采用卧式离心泵。取水泵房按5万m3/d规模建，设备按2.5万m3/d安装。泵房为地下式钢筋砼矩形泵房，泵房进口上层平台标高为50.30m，内地坪标高43.00m，泵房井筒深11.30m。取水泵房平面尺寸18.76.8m。水泵机组设置如下： 一期2.5万m3/d时，安装3台600m3/h水泵，2用1备；配套电机功率：N=75KW，380V。 二期规模增加到5万m3/d时，通过改造水泵来满足取水要求。水泵抽真空起动，以减小泵房深度，节省投资。另设小型潜水泵2台用于排除泵房内少量渍水。泵房上部设起重量2t的电动单梁桥式起重机1套，以方便泵房维护。由于水泵进出水管径较大，考虑采用电动蝶阀以减轻工人劳动
11、强度，同时提高取水安全性。1.2.5水源厂平面及高程设计水源厂布置于新民坝枢纽西北岸新民村，现状自然地面高程约4953m。取水泵站设计防洪标准采用100年一遇洪水位48.16m。考虑风浪影响，水源厂设计地面高程定为50.00m。水源厂占地面积5.1亩。泵站出入口正对新民村村级道路，并以此路作为与新桥水厂联系通道。1.2.6水源厂规模及分组一期水源厂主要构（建）筑物规模及分组情况 表9-1序号构筑物规模及分组备注1取水头部5万m3/d 2吸水井2.5万m3/d 3取水泵房土建5万m3/d；设备2.5万m3/d4职工值班宿舍5机修间6仓库1.3 原水输水管道设计1.3.1输水规模新桥水厂设计总规模
12、5万m3/d。一期2.5万m3/d，原水输水管道按2.5万m3/d规模设计。考虑水厂自用水8%，设计输水量2.7万m3/d（0.32m3/s）。1.3.2 原水管线走向水源厂在新民坝枢纽边，与新桥水厂相距约4000m。原水管出泵站后沿新民村村级道路和方兴大道进入厂区。根据现场踏勘，道路东南侧民居较多，且紧靠道路，因此，原水管沿道路西北侧敷设。管道沿线现为菜地，场地较开阔，可采用大开挖施工，管道施工及维护较方便。1.3.3管材比选 管材特点在输配水工程中，管材的选择一般要根据工程规模、重要性、管道工压、输水距离、工程进度及工程的地形、地貌、地质状况，当地管材生产状况与使用习惯、能源价格等，进行技
13、术、经济、安全等综合比较后确定。 由于各地的地形、地质、气候等自然条件不同，经济条件与管材应用的历史状况也不同，而每项工程都具有其特殊性，因此输配水工程管材应用也是多元化的。某种管材在一个地方、一个工程选用，有其经济技术方面的合理性，而在另一个地方、另一个工程就不一定合理。根据我院输配水工程设计经验，特别是这几年引进大量新型管材和新的生产工艺，管材的优化选择尤为重要。大型长距离输配水工程大都在钢管、球墨铸铁管、预应力砼管与预应力钢筒砼管、玻璃钢管等管材中选择。 钢管 钢管(SP)是一种广泛应用的管材。城市供水用钢管常选用Q235B钢板制作，具有良好的韧性，管材及管件易加工。但钢管的刚度小，大口
14、径管易变形，衬里及外防腐要求严，焊接工作量较大。 球墨铸铁管 球墨铸铁管（DIP）在生产工艺中经过熔化、脱硫、球化处理，预处理、离心铸造及退火处理等工艺，管材具有良好的韧性和耐腐蚀性。无论在海水和不同的土壤中均优于钢管，其电阻抗比钢管大三倍。 球墨铸铁有接近钢管的性能。耐压强度比钢管高。由于管内壁涂有水泥砂浆，长时间使用后，流量和流速变化不大。同时，可自由选择各种厚度的管子和管配件配套，可用各种橡胶圈柔性接口，具有可伸缩性和曲折性，适应基础不均匀沉陷。所以能适应各种地质条件。采用滑入式和机械柔性接口方式施工，方便快捷，能适应各种施工条件（包括管内施工作业），接口作业完毕，可立即回填，节省时间。
15、 球墨铸铁管常用防腐做法是：在内表面衬水泥砂浆，外表面喷锌再涂沥青。根据实际使用经验，球墨铸铁管埋设在腐蚀性较强的土壤中易腐蚀穿孔，因此管外壁须喷锌后作防腐涂层或用塑料薄膜包裹才能达到理想的使用年限。 钢筒混凝土管 钢筒混凝土管全称是钢筒预应力混凝土管（简称PCCP管）。是在带钢筒（薄钢筒厚度约1.5mm左右）的砼管芯上，缠绕一层或二层环向预应力钢丝，并作水泥砂浆保护层而制成的管子。 PCCP管的半柔性接口承担不均匀沉降所引起的接口处应力集中比柔性接口大，故管道基础及管腔回填，比一阶段、三阶段预应力管要求严，通常在较硬的沟底作砂垫层。管基土质特别差的，管基处理费用较大，技术上要求均匀沉降较困难
16、。 PCCP管能承受的内水压力高、埋土深度大。由于是复合管材，承受内水压力可达23MPa，最高可达5MPa。由于预应力钢丝可多层重叠，故也可适应较大深度的埋土。 PCCP管可适应腐蚀性土壤的恶劣环境，在一般性土壤中敷设，由于砼、砂浆使钢筒四周受高碱性环境保护，钢材处于钝化状态，可以减缓腐蚀。若埋在腐蚀性强的土壤中，通常管外壁应作防腐处理，必要时将管体间的钢筒端面用导线连接在一起，以牺牲阳极的阴极保护措施进行更好保护。 玻璃钢管 玻璃钢管(RPM)是以液态不饱和聚酯作固化剂，用玻璃纤维作增强材料制造的复合管道。当管径较大时，为减少树脂用量，既降低成本又保证管道刚度和承压能力，在生产时掺入适量的石
17、英砂，则成为夹砂玻璃钢管（RPM），按生产工艺不同，又分为离心浇铸夹砂玻璃钢管（采用短切玻璃纤维，离心浇铸成型）和缠绕夹砂玻璃钢管（采用长纤维缠绕成型），两种工艺生产的玻璃钢管特性相近，目前大多引进国外技术设备生产。 给水用RPM管用食品卫生级不饱和树脂作致密内衬层（厚约2mm），能起到良好的防渗透和防腐蚀作用。中间玻璃钢结构层用长玻璃纤维作环向和交叉缠绕，聚酯树脂固化。对DN600mm管道，在两玻璃钢结构层之间作树脂夹砂层。结构层起强度保证作用，其厚度根据管径和承压等级确定 虽然RPM管的壁厚相对管径是较薄的（P=0.6MPa,DN1200管，壁厚仅19.6mm）但由于玻璃钢强度高，加之从管
18、道受力分析考虑的缠绕和夹砂工艺，使RPM管环向刚度大，一般为5000N/m2，最高可达10000N/m2以上，因此可用作承受内外压力的埋地管道。 管材水力特性比较a. 在相同水力条件下，同管径RPM管比钢筋砼管及钢管、铸铁管过水能力大40%60%； b. 在相同水力条件下，DN700RPM管与DN800铸铁管过水能力相当；自DN800起RPM管比大一号钢筋砼管及钢管、铸铁管过水能力大5%23%； c. 在相同水力条件下，管径越大的RPM管比同管径钢筋砼管及钢管、铸铁管过水能力大得越多。 运输及施工 DIP管、PCCP管由于自身重量较大，本工程大多为淤泥质粘土地质条件，须对软土地基进行必要的处理
19、，相应增加了施工费用及周期。SP管由于本身整体性较好，对地基基本不需做特殊处理。RPM管由于管重小，对地基处理的要求也较低，但需增加埋深满足抗浮要求。 除钢管外的另三种采用橡胶圈柔性接口管材，对地基不均匀沉降，需通过接口借转角适应，其适应能力有限。钢管虽为刚性接口，但因钢材本身变形能力强，接口强度高，有很好的整体性，对地基不均匀沉降适应性较强。此外，采用柔性接口的管道虽然管材本身使用寿命较长，但其接口的严密性受橡胶圈质量限制，橡胶圈老化、损坏年限可能远小于管材使用寿命，从而产生接口漏损。同时，柔性接口管道不能通过接口传递延管线的接力，在转弯、分支、末端等处需设置支墩、拖拉墩，也相应增加投资。
20、SP管、DIP管具有较好的抗外力破坏能力，PCCP管、RPM管相对较差。RPM管对回填土料及回填密实度要求相对较高。 RPM管道具有较好的耐腐蚀能力，无需采用防腐处理措施。SP管耐腐蚀能力较差，必须进行有效的防腐处理。DIP管及PCCP管由于其材料特点有较好的耐腐蚀能力，但由于地表水仍具有一定的腐蚀性，根据管线各段水文条件，仍需分段对管道外壁实施相应的防腐蚀处理。 安全性SP管腐蚀后一般是穿孔渗漏，不易发生爆管事故，管道渗漏后的修补也较其他管材容易。其他管材爆管后一般需换管段，因此维修工期较长。 因此，针对本工程特点，综合管材材料、接口性能等因素，管道安全性由好至差排列依次为SP、DIP管、P
21、CCP管、RPM管。 在实际应用中，除采用上述技术经济比较外，管材选择还受诸如管材制造质量、管径大小、施工条件、地质状况、施工质量、穿越障碍物多少、用户使用经验、维护能力、抢修速度等诸多因素影响。一般认为，当输水管管径大于DN1600时，可选用钢管或钢筒混凝土管（PCCP），当输水管管径在DN1200DN1600之间可选用钢管、预应力钢砼管（PCP）或玻璃钢管（RPM），当输水管道管径小于DN1200时，可选用球墨铸铁管。 针对本工程，为确保输水安全性，结合合肥供水集团使用习惯和丰富的施工经验，推荐原水输水管采用球墨铸铁管。1.3.4 管径确定一期工程输水管道按2.5万m3/d设计。采用球墨铸
22、铁管，输水距离较短，发生事故率很小。万一发生事故，清水池调蓄容积较大，供水安全性较高。二期还将增设一根球墨铸铁管，双管输水，可确保原水输水安全。原水管设计管径DN600，满负荷流速1.11m/s。二期增加一根DN600管。1.3.5 管道防腐材料的确定 内防腐材料选择 目前输配水工程中球管常用内防腐材料有水泥砂浆和高分子涂料。高分子涂层防腐效果较好，但成本较高，施工要求也较高。本工程在水泥砂浆衬里与高分子涂料之间综合比选。 水泥砂浆衬层是最常见的管道内涂层，是在球管内壁均匀涂抹一层水泥砂浆保护球管，根据口径不同，涂层厚度也不同，口径越大涂层越厚。为克服传统水泥砂浆衬里的缺点，在水泥砂浆中加入一
23、定量的高分子聚合物就成为聚合物砂浆，这已在我国石油工业输水上有较多应用。对球材的表面处理要求较低，适用已发生腐蚀的旧管，且有良好的耐蚀、抗渗、抗裂性能，较强的粘结力及适应球材变形能力。 高分子涂料一次成膜很薄，涂装只需二底二面，四道即可。涂装方式不局限于刷涂、根据现场需要滚涂、喷涂均可，施工速度快、效果较好。综合比较，考虑到高分子涂料形成的涂层较薄，防腐寿命难以保证，且价格较贵，而水泥砂浆涂衬防腐效果稳定可靠，有多年的实践经验。因此，球管内防腐推荐采用水泥砂浆防腐涂衬。 外防腐材料选择 埋地金属管道的腐蚀主要有电化学腐蚀、化学腐蚀、微生物腐蚀，其中电化学腐蚀是腐蚀的最主要形式。引起电化学腐蚀主
24、要原因有：金属管自身的电化学不均匀性（成分、结晶方式、组织、氧化皮等）及周围土壤介质的物理化学性质不同，形成无数个微观腐蚀原电池，腐蚀就发生在原电池的阳极部位。金属在土壤、淡水中的腐蚀，主要是氧的去极化因素在起主导作用。当土壤中存在硫铁细菌时，会加剧金属腐蚀。本工程管道防腐采用外防腐绝缘涂层保护方法。 由于沥青类涂层属于逐步淘汰产品，三层PE、环氧粉末、胶粘带、丙烯酸环氧聚氨酯涂料防腐成本较高，本工程不考虑采用。此外煤焦油瓷漆由于在国内应用经验较少，国内产品质量尚待检验，采用进口产品又较贵。 由于不同类防腐涂料所能适用的土壤条件并不一定相同，对于埋地管道防腐材料选择应考虑各地的土壤特性。针对环氧煤沥青涂料的缺点，完全可以通过加强涂装、运输、安装等过程的质量管理得到根本的改善。综上所述，外防腐拟选用喷锌加环氧煤沥青涂料作为本工程输水管道的外防腐材料，防腐等级为普通级二布三油；内防腐采用水泥砂浆涂衬。