耽車泵站集滲方案設計優化

朱茂宏

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原 030024）

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耽車泵站集滲方案設計優化

朱茂宏

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原 030024）

【摘 要】耽車泵站采用集潛流取水方式。本文在分析水平集滲管存在問題的基礎上，對集滲管布置方案進行優化，采取了創新的豎向布置法。在保證取水流量的前提下，豎向布置法方便施工、節約投資，使集滲管的運行更加安全可靠。該方案為類似工程提供了有益探索。

【關鍵詞】集潛流；取水方案；集滲管

1　工程概述

耽車泵站以辛安泉泉水為水源，設計取水流量為5.0m3/s，工程實施后可為長治市及其周邊縣市提供生活、工業用水及農業灌溉用水。為了改善供水水質，防止河水中挾帶的泥沙對提水水泵的磨蝕，提高供水保證率，從安全可靠、環境和諧、取水條件等方面綜合考慮，確定在泉域下游通過集潛流方式取水。耽車泵站的集滲設施包括閘前集滲區、左右岸集水廊道、匯水池等，而其中最主要的集滲設施為閘前集滲區。水由泵站的集滲設施匯至前池，通過耽車泵站及后續相關工程輸送至受水區。

2　集滲區設計情況

集滲區設計主要由水平布置的集滲管、反濾層、干砌塊石表面防沖層組成；集滲管采用預制C30鋼筋混凝土骨架的無砂混凝土管（管內徑0.8m，壁厚0.2m，管長1.5m）。

2.1工程布置

集滲管順水流方向水平布置在攔河閘前，范圍為335m×156.4m。上游端接入匯水池，下游端與排氣箱涵相連通。共分7組布置，組與組之間布設6.0m寬的施工、檢修道路。在垂直河向設兩條4.0m寬的施工、檢修道路。因考慮沖沙，集滲管兩側與中間布置略有不同。兩側底孔閘上游單層布置2組，管中心高程低于底孔閘底板2m；中間表孔閘上游側布置5組集滲管，上下兩層交錯布置，上層集滲管中心低于表孔閘底板2m，下層同底孔閘處管高程，管中心間距均為1.8m。在集滲管之間和上部設反濾層，由下至上依次為D50～D70mm反濾料填至上層管頂以上0.3m、 0.3m厚D20～D50mm反濾料、0.3m厚D5～D20mm反濾料、0.5m厚干砌塊石防沖表層。

集滲管結構如圖1所示。

圖1　集滲管結構（單位:mm）

2.2存在問題

集潛流工程的集滲管一般為水平放置，首尾相接，受其結構限制，因此一般埋深都不大。該工程水深常年在10m以上，加上反濾層，為此設計考慮采用帶鋼筋混凝土骨架的無砂混凝土管，因此存在無砂混凝土管內所配鋼筋的銹蝕問題。在設計過程中，委托了試驗機構對方案進行了驗證，同時對可改進的地方也進行了試驗［4-8］；結構驗證過程中，發現該結構生產工序復雜，成品率不高，在移動過程中較易損壞；同時由于該制品無相關規范，各項參數制訂與施工質量判斷均無據可依；集滲管全部埋置于反濾層中，反濾料用量較大；其上為干砌石防沖層，三者中無砂混凝土管的滲透系數最小，因此正常運行時最易淤塞；在汛期有泥沙時，反濾層表層容易堵塞，干砌石層淤積不易清理［3，9-11］。

3　豎向集滲管方案

針對水平集滲管方案存在的問題，借鑒集水井集水原理，對集水與輸水一體進行了分離，即利用豎向集滲管收集地下水，然后通過鋼筋混凝土箱涵對水進行匯集。豎向集滲管方案主要涉及標準無砂混凝土管、鋼筋混凝土箱涵、反濾層、無砂混凝土板表面防沖層等。

3.1工程布置

集滲管布置在攔河閘前區域，單個無砂混凝土井管豎向放置在箱涵上部，頂部采用預制混凝土蓋板封頂，范圍為130m×200m，共布置8組，其中布置在圍堰左側5組，圍堰右側3組，集滲管頂高程低于下游表孔閘底板2m，下部鋼筋混凝土箱涵采用雙孔結構。箱涵上部無砂混凝土管周圍設反濾層，由下至上依次為0.6m厚D50～D70mm反濾料、0.4m厚D20～D50mm反濾料、0.4m厚D5～D20mm反濾料、0.2m厚無砂混凝土板防沖層。

3.2設計優化

3.2.1集滲管結構優化

集滲管由原來的預制C30鋼筋混凝土骨架無砂混凝土管改為標準無砂混凝土管，采用《混凝土與鋼筋混凝土井管標準》（SL 154—95）中W-2內徑0.6m無砂混凝土井管，井管相應數據按規范要求控制，可在預制場進行統一采購。

3.2.2防沖層優化

由干砌石防沖層改為無砂混凝土板防沖層，板與板之間通過勾縫固定，整個表面形成一個平面，泥沙不易淤積，淤積后也容易清理，同時限制表層無砂混凝土板滲透系數，使其最小。在長期運行后，如有淤塞現象，可僅將表面淤塞的無砂混凝土板換掉，從而以較小的代價保證整個系統長期運行。

修改后的集滲管方案如圖2所示。

圖2　修改后集滲管結構

4　集水量對比

兩個方案均需滿足設計取水量的要求。計算工況分為:正常運行工況、汛期運行工況、汛期淤積運行工況。

4.1水平集滲管方案集水量計算

計算采用《滲渠取水》（吳正淮）中集取地表水為主的非完整式滲渠（阿拉薇娜-努美諾夫）公式［1-2］:

式中 Q——滲渠總產水量，m3/d；

L——集水管長度，m；

K——滲透系數，m/d；

α——淤塞系數，根據水的渾濁度情況確定，當河水較清時取0.8；中等渾濁時，取0.6；渾濁度很高時，取0.3，也可根據經驗選用；

Hy——河流水面至集水管頂深度，m；

H0——吸水井內水位對集水管出口所施水壓，m，當管內為大氣壓時，H0＝0，一般取H0＝0.5～1.0m；

T——含水層厚度，m；

d——集水管直徑，m。

本文計算時，取:L＝320m，K＝10m/d，α＝0.3，H0＝1.0m。

4.2豎向集滲管方案集水量計算

計算采用達西定律公式:

式中 H——作用水頭，m；

k——土體滲透系數，m/d；

A——滲透面積，m2；

L——透水層厚度，m。

本文計算時，取A＝6000m2，L＝1.2m。

4.3 對比分析

三種不同工況下集水量計算結果見表1。

表1　集水量對比

在正常蓄水位情況下，豎向集滲管方案入滲水量較原方案大，滿足設計需要；在汛期空庫迎洪時，入滲水量雖比水平集滲管方案小，但仍能滿足設計需要；在汛期淤積0.5m情況下，兩方案集滲管均達不到設計水量，但可通過左右岸集水廊道補水達到設計水量，仍可安全運行。

5　工程量與投資對比

優化前與優化后兩方案的工程量及直接投資對比見表2。

表2　主要工程量及工程投資對比

6　結 論

方案優化后，在各運行工況下，取水量都能滿足設計要求；工程占地面積變小，開挖、反濾料、干砌石工程量大幅度減??；無砂混凝土管采用標準產品，可以集中采購，下部箱涵結構采用預制，在安裝現場與無砂混凝土管組裝，施工難度大幅度降低；工程直接投資降低，經濟效益顯著。

該工程在設計過程中進行了模型試驗，對方案的確定起到了指導作用。通過研究，該工程對常用的水平集滲管進行了方案優化，采用了豎向取水，在同樣集水面積的情況下，加大了取水流量，對大流量集潛流取水工程具有借鑒意義。■

參考文獻

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DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.O1O

Design and oPtim ization of Danche Pum P Station catchments infiltration Plan

ZHU Maohong
（Shanxi Hydroelectric Investigaition &Design Institute，Taiyuan 030024，China）

Abstract：Undercurrentwater takemode is adopted for Danche Pump Station.In the paper，catchments infi1tration pipe 1ayout p1an is optimized on the basis of ana1yzing prob1ems in horizonta1 catchments infi1tration pipes.Innovative vertica1 1ayoutmethod is adopted.Vertica11ayoutmethod can faci1itate construction and save investment under the precondition of ensuring water intake f1ow capacity，thereby catchments infi1tration pipe can be operated more safe1y and re1iab1y.This p1an provides beneficia1exp1oration for simi1ar projects.

Key words：undercurrent；water intake so1ution；catchments infi1tration pipe

中圖分類號：TV675

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774（2016）02-0034-04