隨著人們對(duì)供水水質(zhì)要求的提高，以及對(duì)生產(chǎn)廢水排放的重視，現(xiàn)代水廠設(shè)計(jì)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(jì)的重點(diǎn)。清水池由于其占地面積較大，成為水廠設(shè)計(jì)中首先被疊合的構(gòu)筑物。下疊清水池的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)清水池設(shè)計(jì)差距較大，設(shè)計(jì)難度也有所增加。

傳統(tǒng)的清水池構(gòu)造簡單，其設(shè)計(jì)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(duì)于傳統(tǒng)清水池的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及細(xì)節(jié)的研究較少，對(duì)于下疊清水池的設(shè)計(jì)要點(diǎn)的研究更是一片空白。因此，總結(jié)清水池設(shè)計(jì)要點(diǎn)、尤其是下疊式清水池的設(shè)計(jì)要點(diǎn)意義重大。本文就下疊式清水池的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)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(cè)上要求按表1配套設(shè)計(jì)進(jìn)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(chǔ)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(chǔ)量;

W4——消防儲(chǔ)量，m3。

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

其中：T——消防歷時(shí)(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(shí)生活與生產(chǎn)用水量之和;

Q1——消防時(shí)一級(jí)泵房供水量，m3/h，如消防時(shí)允許凈水廠強(qiáng)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(jì)確定即可。若下疊清水池與其他獨(dú)立清水池并聯(lián)，則該清水池最高、最低水位應(yīng)與獨(dú)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(dú)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(dú)立清水池的最高水位加上兩者之間的水頭損失計(jì)算獲得。下疊清水池的最低水位應(yīng)為獨(dú)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(jì)手冊(cè)第1冊(cè)《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(dú)立的清水池，則下疊清水池的底板標(biāo)高應(yīng)同獨(dú)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(duì)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(jì)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(jì)為圓形，在施工時(shí)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(jìn)入地下清水池一直是下疊清水池的設(shè)計(jì)難點(diǎn)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(jìn)入。也可以將整個(gè)下疊清水池外壁擴(kuò)大至略大于上部構(gòu)筑物外壁，在擴(kuò)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(huì)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(huì)造成外凸部分死水淤積，不利于飲用水安全。后者稱為外擴(kuò)式，該方式構(gòu)筑物輪廓規(guī)則，基坑維護(hù)簡單、清水池平面尺寸增大，調(diào)蓄容積增加，設(shè)計(jì)難度減少，但土建費(fèi)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(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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?cái)U(kuò)大至沉淀池排泥渠外側(cè)的實(shí)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(kuò)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(hù)設(shè)計(jì)本已不易，若繼續(xù)增加濾池外輪廓的不規(guī)則性，會(huì)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)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(kuò)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(kuò)式正可以擴(kuò)大清水池占地面積，增加調(diào)蓄容積?？梢?，外擴(kuò)式人孔布置非常適合濾池下疊的清水池。

采用外擴(kuò)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(kuò)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(jì)時(shí)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(jìn)入下疊清水池。

另外，若清水池進(jìn)出管口徑較大，可在進(jìn)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(jìn)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(jìn)池方便、組合池外輪廓規(guī)則等優(yōu)點(diǎn)，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(gè)小孔、加防蟲網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)通風(fēng)功能。此方法減少池壁其他地方的開洞個(gè)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(xiǎn)。

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(huì)使溢流孔高出地面較多，溢流水流至地面時(shí)，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(shí)水聲也較大，不利于廠區(qū)內(nèi)噪音污染控制。此時(shí)應(yīng)選擇在人孔附近設(shè)置溢流管，溢流水流進(jìn)溢流管后再經(jīng)管道連接的溢流井排至地面進(jìn)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(shí)，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(shí)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(jì)與傳統(tǒng)獨(dú)立清水池設(shè)計(jì)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(yùn)行，現(xiàn)總結(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

(1)并聯(lián)下疊清水池最高水位與最低水位同獨(dú)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(dú)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(jì)難點(diǎn)，需根據(jù)實(shí)際情況選擇人孔形狀和安排人孔位置。土建人孔設(shè)計(jì)可采用外凸式和外擴(kuò)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(kuò)式，若進(jìn)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(jì)時(shí)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(shí)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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