隨著人們對供水水質(zhì)要求的提高，以及對生產(chǎn)廢水排放的重視，現(xiàn)代水廠設(shè)計包括預(yù)處理、常規(guī)處理、深度處理和排泥水處理等。水廠構(gòu)筑物數(shù)量增多，導(dǎo)致用地緊張。水處理構(gòu)筑物下疊清水池的應(yīng)用便成為了水廠設(shè)計的重點。清水池由于其占地面積較大，成為水廠設(shè)計中首先被疊合的構(gòu)筑物。下疊清水池的設(shè)計與傳統(tǒng)清水池設(shè)計差距較大，設(shè)計難度也有所增加。

傳統(tǒng)的清水池構(gòu)造簡單，其設(shè)計經(jīng)常不受給水工程師的重視，僅有的研究也集中在清水池調(diào)蓄、節(jié)能等優(yōu)化。目前，對于傳統(tǒng)清水池的設(shè)計要點及細(xì)節(jié)的研究較少，對于下疊清水池的設(shè)計要點的研究更是一片空白。因此，總結(jié)清水池設(shè)計要點、尤其是下疊式清水池的設(shè)計要點意義重大。本文就下疊式清水池的優(yōu)化設(shè)計進行探討。

1、調(diào)蓄與管配廠區(qū)所有清水池調(diào)蓄容積之和應(yīng)根據(jù)式(1)及式(2)確定。下疊清水池各管配件布置原則與傳統(tǒng)清水池相同，應(yīng)根據(jù)手冊上要求按表1配套設(shè)計進水管、出水管、溢流管和排水管等管配件。

Wc=W1+W2+W3+W4 (1)

其中：W1——調(diào)節(jié)容積，m3，一般根據(jù)制水曲線和供水曲線求得;

W2——凈水構(gòu)筑物沖洗用水及其他廠用水的調(diào)節(jié)水量;

W3——安全儲量，m3，為避免清水池抽空，威脅供水安全，清水池可保留一定水深的容量作為安全儲量;

W4——消防儲量，m3。

W4=T(Qx+QT-Q1) (2)

其中：T——消防歷時(h)，一般為3 h，也有采用2 h的，可視具體情況而定;

Qx——消防用水量，m3/h;

QT——最高日平均時生活與生產(chǎn)用水量之和;

Q1——消防時一級泵房供水量，m3/h，如消防時允許凈水廠強制提高制水量，則Q1>QT。

表 1 清水池各配管布置要求

2、水位若下疊清水池為水廠僅有調(diào)蓄構(gòu)筑物，則水位按正常水力流程設(shè)計確定即可。若下疊清水池與其他獨立清水池并聯(lián)，則該清水池最高、最低水位應(yīng)與獨立清水池保持一致。

構(gòu)筑物下疊清水池水位由該清水池在水力流程中的位置確定。若下疊清水池與獨立清水池串聯(lián)，即下疊清水池起消毒接觸池作用，則該清水池最高水位應(yīng)為濾池(無深度處理構(gòu)筑物)或炭濾池(有深度處理構(gòu)筑物)出水堰后水位減去至(炭)濾池連接管的水頭損失，也可以通過獨立清水池的最高水位加上兩者之間的水頭損失計算獲得。下疊清水池的最低水位應(yīng)為獨立清水池的底板標(biāo)高加上連接管間的水頭損失。清水池與其他構(gòu)筑物之間連接管的水頭損失可根據(jù)式(3)確定。

h=h1+h2=∑iL+∑ξv2/(2g) (3)

其中：h1——沿程水頭損失，m;

h2——局部水頭損失，m;

i——單位管長的水頭損失，m;

L——連通管段的長度，m;

ξ——局部阻力系數(shù)，查給水排水設(shè)計手冊第1冊《常用資料》;

v——連通管中流速;

g——重力加速度，m/s2。

3隔墻與底板

3.1底板若下疊清水池為水廠僅有調(diào)蓄構(gòu)筑物，則構(gòu)筑物的底板標(biāo)高確定同傳統(tǒng)清水池相同，在此不做詳細(xì)討論。若除下疊清水池外，仍有其他獨立的清水池，則下疊清水池的底板標(biāo)高應(yīng)同獨立清水池的底板標(biāo)高保持一致。出水管附近底板應(yīng)有局部落低措施，并在適當(dāng)位置設(shè)置一定數(shù)量集水坑，集水坑應(yīng)設(shè)置在人員方便出入處，但要避開正對人孔入口、以及較大的隔墻過水孔，防止人員不慎跌落。

3.2

隔墻沉淀池下疊清水池主體隔墻應(yīng)與沉淀池水流方向平行。濾池下疊清水池隔墻應(yīng)與濾池排水槽平行，以方便結(jié)構(gòu)受力計算。構(gòu)筑物伸縮縫兩邊也可根據(jù)結(jié)構(gòu)要求適當(dāng)增加隔墻。

底梁應(yīng)盡可能上翻，降低底梁施工難度，因下疊清水池過水孔無法貼地設(shè)置，隔墻下部應(yīng)每隔一定距離設(shè)置流水孔，防止調(diào)試過程中因兩側(cè)水位差異引起的受力不均勻而引起的隔墻坍塌。隔墻上部應(yīng)每隔一定距離設(shè)置透氣孔，防止積氣而導(dǎo)致的水位無法上升。透氣孔與過水孔一般較小，建議設(shè)計為圓形，在施工時只需預(yù)埋管道澆鑄即可成型，而方形孔洞需預(yù)先支撐模板，施工不便。

下疊清水池上部為水處理構(gòu)筑物，不便開人孔，部分區(qū)域離人孔較遠(yuǎn)。為方便檢修，應(yīng)在隔墻適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置檢修門，便于檢修人員快速到達(dá)需檢修處。

4人孔

4.1人孔位置與形式由于下疊清水池頂板為上部構(gòu)筑物底板，清水池頂板上無法開設(shè)人孔。如何合理布置人孔，使檢修人員方便從地面進入地下清水池一直是下疊清水池的設(shè)計難點之一。

下疊清水池外壁可較上部處理構(gòu)筑邊緣外凸一部分，并在外凸處上方開一人孔進入。也可以將整個下疊清水池外壁擴大至略大于上部構(gòu)筑物外壁，在擴大部分上方尋找合適位置開設(shè)人孔。前者稱為外凸式，該方式會使構(gòu)筑物整體輪廓復(fù)雜不規(guī)則，結(jié)構(gòu)基坑處理難度增加，施工不便，還會造成外凸部分死水淤積，不利于飲用水安全。后者稱為外擴式，該方式構(gòu)筑物輪廓規(guī)則，基坑維護簡單、清水池平面尺寸增大，調(diào)蓄容積增加，設(shè)計難度減少，但土建費用較高。

沉淀池水力流程上布置較前、底板一般較高，故其下疊的清水池一般水深足夠、調(diào)蓄容積充足，其下疊的清水池?zé)o需過大的平面尺寸。另外沉淀池通常外壁形狀方正、土建結(jié)構(gòu)較為簡單，即使下疊清水池局部外凸，也不會對整體結(jié)構(gòu)設(shè)計造成太大難度。因此，外凸式成為了沉淀池下疊清水池人孔的主流，但也有不少將下疊清水池擴大至沉淀池排泥渠外側(cè)的實例?？梢娺@兩種人孔設(shè)置方式均適用于沉淀池下疊清水池。圖1(a)與圖1(b)為人孔的兩種不同的布置形式。

(a)外擴式

(b)外凸式

圖1 不同的下疊清水池人孔布置方式

而濾池本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基坑維護設(shè)計本已不易，若繼續(xù)增加濾池外輪廓的不規(guī)則性，會為結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來更大困擾。因此濾池下疊清水池一般不采用外凸法。濾格上部有一條懸空的渾水渠，若將清水池外壁與渾水渠外壁對齊，在渾水渠底板與清水池頂板中空間設(shè)置人孔，這樣結(jié)構(gòu)上的處理較為簡單，也充分利用了濾池渾水渠下部空間。采用外擴式后，濾池渾水渠一側(cè)外立面不出現(xiàn)肋板，外形較為美觀。而且濾池本身底板較低，下疊清水池高度不夠，外擴式正可以擴大清水池占地面積，增加調(diào)蓄容積?？梢姡鈹U式人孔布置非常適合濾池下疊的清水池。

采用外擴式的濾池下疊清水池的人孔，若渾水渠底板底與清水池外擴部分頂板頂?shù)母卟畲笥? m，則可將人孔設(shè)置于清水池頂板之上，并采用方形人孔。若該高差不足2 m，那么設(shè)計時應(yīng)采用將渾水渠底板與清水池頂板合并，并在合并處側(cè)壁部分預(yù)埋墻管，檢修人員從側(cè)壁圓形人孔處進入下疊清水池。

另外，若清水池進出管口徑較大，可在進出水閥門井中閥門前管道上設(shè)置三通及法蘭悶版作為進入清水池的通道。這種方式具有土建成本增加較少、施工難度較小、檢修人員進池方便、組合池外輪廓規(guī)則等優(yōu)點，適用于較大規(guī)模的水處理構(gòu)筑物。

4.2

人孔與溢流及通風(fēng)設(shè)施的結(jié)合通風(fēng)設(shè)施與溢流設(shè)備需與地面連通，而人孔必有與地面連通的部分，故可在設(shè)置人孔處布置溢流與通風(fēng)設(shè)施。精簡下疊清水池附屬設(shè)施，方便管理。

一般采用在人孔既高出地面又高出溢流水位處開數(shù)個小孔、加防蟲網(wǎng)的方式實現(xiàn)通風(fēng)功能。此方法減少池壁其他地方的開洞個數(shù)，減少透氣管穿墻套管的敷設(shè)，降低清水池漏水風(fēng)險。

人孔與溢流設(shè)施結(jié)合方式較多，并根據(jù)溢流水位的不同而形式多樣。若溢流水位同地面標(biāo)高相近或高出地面不多，則可采用地平上方側(cè)壁開溢流孔的方式，使溢流的清水散至地面，漫流至廠區(qū)雨水系統(tǒng)。若溢流水位高出地面許多，則上述方法會使溢流孔高出地面較多，溢流水流至地面時，孔下方外壁受水侵蝕面積較大，積年累月影響池壁外立面美觀。而設(shè)置過分高于地面的溢流孔，清水池溢流時水聲也較大，不利于廠區(qū)內(nèi)噪音污染控制。此時應(yīng)選擇在人孔附近設(shè)置溢流管，溢流水流進溢流管后再經(jīng)管道連接的溢流井排至地面進入雨水系統(tǒng)。另外，溢流管出口經(jīng)常處在排水水位以下時，為避免清水收到污染，也可以考慮使溢流管先經(jīng)溢流井，再通至排水井?？紤]到溢流流量及溢流管入口出堰上水深，溢流管入口處常采用喇叭口，此時需注意清水池人孔大小應(yīng)能保證清水池內(nèi)喇叭口的順利安裝與調(diào)換。

圖2(a)及圖2(b)為兩種不同人孔與溢流設(shè)施結(jié)合的布置案例。

(a)外設(shè)溢流井式

(b)直接設(shè)溢流孔式

圖2溢流與人孔的不同結(jié)合方式

5結(jié)論

清水池是給水工藝中重要的水處理構(gòu)筑物。隨著水廠建設(shè)用地的日益緊張，清水池與其他水處理構(gòu)筑物合建已成為一種趨勢。下疊的清水池設(shè)計與傳統(tǒng)獨立清水池設(shè)計略有不同，結(jié)構(gòu)處理難度較大，考慮細(xì)節(jié)較多。為保證下疊清水池的順利運行，現(xiàn)總結(jié)設(shè)計要點如下：

(1)并聯(lián)下疊清水池最高水位與最低水位同獨立清水池各水位相同。串聯(lián)清水池的最高水位同最低水位應(yīng)略高于流程后的獨立清水池。

(2)下疊清水池隔墻應(yīng)平行于沉淀池水流方向或者(炭)濾池排水槽方向。清水池底梁應(yīng)上翻，隔墻上應(yīng)設(shè)置上部透氣孔與下部流水孔，且最好為圓型。隔墻必要位置處應(yīng)設(shè)置檢修門和過水孔。

(3)下疊清水池的人孔為該構(gòu)筑物設(shè)計難點，需根據(jù)實際情況選擇人孔形狀和安排人孔位置。土建人孔設(shè)計可采用外凸式和外擴式，兩種方式均適用于下疊于沉淀池下的清水池。設(shè)置于濾池下的清水池推更應(yīng)采用外擴式，若進出水管口徑較大，可在閥門井中管道上設(shè)置人孔。人孔設(shè)計時應(yīng)考慮與清水池的溢流與通風(fēng)設(shè)施相結(jié)合，必要時應(yīng)在清水池附近設(shè)置額外溢流井。

來源:凈水技術(shù)  作者:張晏晏等

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