農村飲水安全工程廠區設計探析

張玲一 （安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230088）

近年來，農村飲水安全作為改善農村生產生活的首要問題和發展水利的重中之重，實施農村飲水安全工程，是實施鄉村振興戰略和全面建成小康社會的重要內容，對于保障廣大農民群眾身體健康和生命安全，改善農村人居環境，提高農民生活質量，加快實現全面建設小康社會目標具有重要意義。因此，鞏固提升農村鄉鎮中小型飲水工程的安全設計成為了目前的首要問題。以翁墩加壓站安全飲水工程為例，對廠區平面布置設計及構（建）筑物進行設計。

1 工程設計

1.1 工程概況

翁墩加壓站位于六安市金安區翁墩鄉街道，于2014年建成，設計供水規模為3000m/d，現狀供水范圍主要為翁墩鄉夏崗村、桃園村、鄭樓村、花蓮寺村、紅橋村、翁墩村、四清橋村、楊公村、孔樹村合計9個行政村。

翁墩加壓站現狀無制水功能，僅保留清水池和加壓泵站，水源主要來自木廠供水站。木廠供水站取水水源為地下水，能達到設計95%的取水保證率，現狀仍在正常制水，以滿足供木廠鎮及翁墩鄉大部分區域居民的用水需求。木廠供水站經現狀的配水干管向翁墩鄉北部及南部居民供水。

根據現場調查，目前翁墩加壓站存在的主要問題是：①現狀清水池調蓄容積較小無法滿足供水需求，且清水池無分隔，無法滿足清洗、檢修時不斷水的要求；②現狀加壓泵無備用機組且加壓泵流量、揚程較小無法滿足供水需求；③下游配水管網部分用戶水壓達不到最小入戶壓力要求，用水高峰時部分用戶無水；④現狀未配備水質化驗室，無法對水廠水質進行全程檢測，難以保障水質安全；⑤現狀消毒設備不完善；⑥現狀配水干管損壞次數達120次，配水支管損壞次數達800次，管網漏損率較高，達到42%。

1.2 廠區平面布置設計

六安市金安區翁墩加壓站已建工程供水規模為600m/d。翁墩加壓站為張店供水站的加壓站，隨著翁墩加壓站供水范圍的擴大，供水保證率連續下降，無法滿足用水需求。因而需對翁墩加壓站進行改建，改建完成后翁墩加壓站供水規模為2200m/d。

①布置緊湊，以減少制水工藝各構（建）筑物占地面積以及其相互之間連接管（渠）的長度，并便于操作管理。

②按照選定的工藝、確定的制水構（建）筑物的規模，合理確定各構（建）筑物的相對關系，使得各建筑物間水頭損失值滿足制水工藝要求。

③充分利用現有地形，挖填土方平衡以減少填、挖土方量和施工費用。

④各構筑物之間連接管（渠）簡單、短捷，盡量避免立體交叉。

⑤建筑物布置根據布置廠區的朝向和風向，尾水、加氯等全部布置在遠離人群活動頻繁的辦公生活區。

Santy等人提出一致矩陣法，也就是兩兩因素相互比較，確定重要性與非重要性，依此，可以減少在研究過程中面臨的對性質不同的諸因素難以進行相互比較的困難，在一定程度上可以保證研究信息的準確度。

⑥生產區和生活區分開，避免非生產人員在生產區通行和逗留，以確保生產安全。

⑦改建工程不影響已建工程的正常運行、管理、維護，即使有交叉，也能在較短時間內解決，減小施工難度和強度。

1.2.2 平面布置設計

翁墩加壓站廠區現狀約有1000m左右，平面上整個廠區地形成矩形，東西方向長25m，南北方向長50m。現狀已建清水池一座、加壓泵站一座，集中布置在廠區東側。但由于現狀構筑物規模不滿足規劃供水需求，擬拆除現狀清水池、加壓泵站，對廠區重新進行規劃改建。本次翁墩加壓站改建工程的主要建設內容是清水池、加壓泵站以及管理房的建設。依次由北向南布置清水池、加壓泵站（含發電機室、低壓裝置配電室、加氯間、倉庫）以及相關的生產、辦公、生活設施。

翁墩加壓站的進水管道預留接口在整個廠區的西北側，根據凈水工藝要求在廠區自北向南依次布置清水池、加壓泵站。新建清水池布置在廠區最北側，距離廠區北側圍墻約7.0m，新建加壓泵站布置在新建清水池南側，距離新建清水池2.5m；新建管理房在廠區的最南側，距離北側加壓泵站9.4m，新建管理房與北側加壓泵站之間新建寬6.0m道路。

1.3 廠區構（建）筑物設計

本次根據工藝流程布設各構（建）筑物，包括清水池、加壓泵站和管理房。

翁墩加壓站改建規模是2200m/d，清水池中間設隔墻，分為兩個獨立的池子，單池凈長10.40m，凈寬6.48m，清水池末端設順水流方向的吸水井，吸水井凈尺寸1.20m ×2.42m、2.75m ×2.42m，吸水井與清水池合建；合建后的清水池總長14.01m，總寬11.10m；清水池半地下型式，鋼筋混凝土結構。加壓泵站泵室凈寬為5.5m，凈長為16.66m；加壓泵站下部為鋼筋混凝土結構，上部為框架結構廠房，兩層，加壓泵站為地下式結構。管理房總長為12.24m，寬度為7.54m，為框架結構，三層。

各構、建筑物抗浮穩定計算成果表 表1

各構、建筑物基地應力計算成果表 表2

本次改建工程在清水池、加壓泵站地上外露部分均涂刷真石漆美化，管理房采取刷白裝飾，廠區種植綠植等進行綠化。

1.3.1 抗震計算

抗震驗算工況：各構筑物在正常運行設計水位時遭遇地震。

本次翁墩加壓站改建工程制水凈水構筑物包括：清水池和加壓泵站；根據《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設計規范》（GB50032-2003）第 6.1.3條條文，清水池、加壓泵站屬于地下式結構；根據第6.1.4條條文，本工程中清水池屬于平面長寬比小于1.5、無變形縫構造的鋼筋混凝土有蓋水池，滿足構造要求可不進行抗震驗算。加壓泵站屬于地下式敞口結構，滿足抗震構造要求時可不進行抗震驗算。

根據地質報告清水池、加壓泵站基礎作用在①層粉質黏土層上，該層的地基承載力特征值為220kPa，具有中等壓縮性，土質均勻，是良好的天然地基，基礎承載力和均勻性均能滿足設計要求。

1.3.2 穩定計算

翁墩加壓站內清水池、加壓泵站、管理房等構、建筑物中清水池、加壓泵站基礎埋深較深，構筑物均為整體式結構，且四周均為覆土，其水平向受的力相對其自重很小，滿足抗滑穩定要求。管理房為框架結構房屋，其基礎為獨立柱，水平向受的力相對其自重很小，滿足抗滑穩定要求。同樣，以上各構、建筑物抗傾覆穩定性均不存在問題。

1.3.2.1 抗浮穩定計算

清水池、加壓泵站部分位于地下水位以下，因此需要進行抗浮穩定驗算，本工程中構、建筑物抗浮穩定安全系數采用《泵站設計規范》（GB/T50265-2010）中公式(6.3.6)計算：

式中：

Kf——抗浮穩定安全系數；

∑V——作用于泵房基礎底面以上的全部重力（kN）；

∑U——作用于泵房基礎底面上的揚壓力（kN）；

根據《泵站設計規范》（GB/T50265-2010）第 6.3.7條規定，泵站抗浮穩定安全系數的允許值，不分泵站級別和地基類別，基本荷載組合下不應小于1.10。

翁墩加壓站的廠區地面高程為41.80m，根據地質鉆孔揭示，地下水位高程為39.33m～40.67m。

經計算，清水池、加壓泵站各構筑物抗浮穩定安全系數均大于《泵站設計規范》（GB/T50265-2010）中的抗浮穩定安全系數的允許值，滿足規范要求。

1.3.2.2 基底應力計算

根據《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）對加壓站的清水池、加壓泵站以及管理房等構、建筑物承受的各項荷載進行計算；并根據每個構、建筑物施工、使用過程中在結構上可能同時出現的荷載，按承載力極限狀態和正常使用極限狀態進行荷載組合，分別取最不利的效應組合進行設計和驗算。

翁墩加壓站內新建清水池中間設隔墻，分為兩個獨立的池子，單池凈長10.40m，凈寬6.48m，清水池總長14.01m，總寬11.10m，正常運行期時兩池在設計水位下同時工作，檢修期時一池關閉運行進行檢修，一池在設計水位下運行，因此清水池需要計算在完建期、運行期、檢修期三個工況下的基礎應力。加壓泵站需要計算在完建期、運行期兩個工況下的基礎應力。管理房只需要計算在運行期的基礎應力。

其中，管理房的基底應力按照獨立柱基礎的基底應力計算。三層管理房邊柱基礎的基底面按擬定尺寸2.0m×2.5m、中間柱基礎的基底面按擬定尺寸3.0m×3.0m，其計算出的獨立柱基礎的基底應力為 142.13kPa、140.71kPa，滿足地基承載力要求，為了防止不均勻沉降，相鄰獨立柱基礎的基地應力差在20%以內。

2 結語

翁墩加壓站平面設計上分區明確，在滿足廠區內工藝要求、交通運輸等前提下使廠區建筑物、構筑物、道路、綠地等融為一體，廠區內各構筑物在滿足布置要求下，結構設計需滿足規范要求。構建和諧社會，保障飲水安全，維護人的生命健康，是水利工作的第一任務，且農村飲水安全問題是脫貧攻堅“兩不愁三保障一安全”的核心指標，關系脫貧攻堅戰任務的完成和脫貧攻堅的成色，對翁墩加壓站進行改建，并入木廠供水站供水系統統一規劃、統一建設、統一管護，是實現規模水廠集中供水、構建農村供水良性發展格局的必要條件。