论文部分内容阅读
【摘 要】引水工程中，输水管线的线路布置、管材选择、管径确定、配套建筑物以及输水管的结构复核等方面的工作至关重要，决定了工程设计的科学性和可行性。同时，也可以确保工程建成后顺利实施，工程效益得以体现。基于此，本文主要研究的是引水工程设计应重视的几个问题。
【关键词】引水工程；设计；现状
1、国内引水工程进行现状
引水工程，实质上就是为了充分的满足生态、生活及其工业等等日逐渐增长的水需求量而修建的。引水工程的安全运行保障了国民经济的人民生活水平、社会的高速前进及其健康发展的提高。在国民经济发展的背景之下，城乡之间的需水量也在出现了较为明显的差异，特别是针对工业大城市，水荒现如今已经俨然成为城市存在的首要难题，连续几年的干旱已经使我国北方大部分城市供水出现严重匮乏的现象，部分城市已经实施限时供水，这部分情况的发生又会在很大程度之上来严重的给地区经济发展造成了十分严重的危害；因为地下水位出现大幅度下降的情况，含水层基本上已经被疏干，地下漏斗的面积也在不断的扩大之中，城市建设也会受到很大限制，所以投入的巨资建设引水工程也在很早的时候受到市政供水系统和建设部门的广泛关注。
2、引水工程设计应重视的内容
2.1、线路布置
输水线路力求顺直，在通过农田时，应结合农田水利规划进行定线；一般情况下，宜沿道路定线。输水管线尽量减少与障碍物交叉，当必须与河流、公路、铁路等交叉时，应尽可能利用现有穿跨越设施。
某水库主坝右段坝脚处，其位于河水库下游约10km处的左岸，管线沿该铺设距离较短，且与障碍物公路、铁路、通讯线路的交叉较少；又因该两岸河堤以外均为农田或者居民房屋，沿河堤以外铺设施工难度大，且征地费用高昂。
所以，本次输水线路拟以该电站1#机组的闸阀为起点，沿着东干渠旁的道路铺设至K0+351，穿过堰塘、土路至该右岸；沿着右岸的公路铺设至K1+086，穿过河道至该左岸的路堤；沿着该左岸的路堤铺设至该大桥，穿过该大桥；沿着左岸的漫滩铺设至经济园区。
2.2、管材选择及连接方式
根据本工程特点，输水管材采用PE管材，管径壁厚比SDR13.6，最大内压力1.25MPa。根据该管材的特性及类似工程的使用情况，该类型完全符合本工程的设计需要，采用管径壁厚比SDR13.6，最大内压力1.25MPa的PE管做为本工程的输水管管材。PE管的连接方式采用热熔对接。
2.3、输水管结构复核
通过计算确定管径后，要进行详细的输水管结构复核。
（1）采用《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004），可得水锤压力的计算公式：
式中：Ep为管材的弹性模量，可取900MPa（20℃）；c为管端固定度，可取值0.75～0.10。本设计取0.8；k为水的体积模量，取2200MPa；rw为水的重力密度，取10kN/m3；v为取平均流速，即1.30m/s；g为重力加速度，取9.81m/s2。
计算结果：因为管道标准尺寸比SDR取13.6，所以di/en=（dn-2en）/en=13.6-2=11.6。
压力波回流的速度：
见表1。
表1不同SDR值的压力波回流的速度
水锤压力：
即管道内水锤压力为41m水柱压力，则水锤压力
（2）设计管道内压力P设计的计算采用《埋地聚乙烯烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004），公式如下：
式中：P为管道的内水压力；γ为水的容重，一般取9.81kN/m3；h为测压管水头；测压管水头最大值为hmax=校核洪水位-管道末端高程-管道总水头损失，由以上材料值校核洪水位为173.53m，管道末端高程为97.31m，DN450的总水头损失为35.46，所以hmax为40.76m。
pmax=9.81×40.63=0.400MPa，管道设计压力等于管道内最大瞬时压力与水锤压力之和，P设计=pmax+p水锤=0.793≤1.2MPa。本次所选管材满足最大管道内压力。
（3）聚乙烯管道的结构计算。根据《埋地聚乙烯烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）可知，聚乙烯管道结构的强度计算应采用下列极限计算表达式：
式中：γ0为管道的重要性系数；S为设计内水压力作用下，作用效应的组合值；R为管道结构的抗力强度设计值，是管道在水温20℃，50年长期承受内水压力下环向抗拉强度的最低保证值，由厂家提供。
环向抗力强度应满足下列公式：
式中：σθ为设计内水压力作用下管壁环向应力设计值；γot为聚乙烯管材抗力分项系数；Fwd为管道设计内水压力的标准值，N/mm2，应采取管道工作压力的1.5倍计算；D0为管道的计算直径；t为管道的计算厚度为33，mm；γQ为设计内水压力的作用分项系数，γQ=1.2。计算结果：Fwd应采取管道工作压力的1.5倍计算，管道的工作压力为0.400MPa，则Fwd=0.600MPa。
2.4、首部设计
输水管起点为该水库发电站废弃的1#机组的闸阀，发电隧洞为DN1200mm的混凝土管，长68m，进口高程为159.15m，出口高程为157.85m，后接调压井，调压井井径130cm，出口为直径1m的混凝土管，高程为161.05，接DN1000闸阀控制，变径D1000×1600至发电机组。本次设计为拆除1#发电机组，变径改成DN1000×DN450的直径，后接21m的钢管，穿墙过一干渠，建阀门井控制，一干渠的正常水位161.30m，考虑0.05m的超高，管道的底部高程为161.35m。
3、设计过程之中的注意事项
3.1、基坑开挖
基坑开挖采用机械开挖基坑时，须保持坑底土体结构，根据土体情况和开挖机械类型，应保留200～300mm土层由人工清理铲平。基坑开挖后应通知相关单位联合验槽，验收合格后，应立即进行垫层和基础施工，防止太阳曝晒或雨水冲刷破坏基坑土体原结构。
3.2、混凝土施工
混凝土结构施工前，应对预留孔、预埋件、平台栏杆的位置与各专业图纸加以校对，并与设备及各工种密切配合施工；板、梁上下应注意预留构造柱插筋或连接用的埋件。
3.3、钢筋替代问题
施工中需要以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受力拉承载力设计值相等的原则换算，并应满足正常使用极限状态和抗震构造措施的要求，对承重结构构件材料的代换，应征得设计单位同意。
3.4、混凝土伸缩缝和温控
本工程建筑物整体性要求高，在混凝土浇筑过程中，对混凝土浇筑相对集中的部位要严格控制工作缝，减少不必要的施工缝，保持混凝土浇筑的连续性，同时要特别注意工作缝及止水伸缩缝的处理和混凝土的温控工作。
3.5、土方回填
土方回填要严格按照有关技术规范进行施工，在混凝土构筑物与土体接触面上应刷3～5mm厚粘土浆一道，涂浆高度与铺土厚度一致，严格控制回填土料质量，土方填筑时，要严防腐植土、冻土、杂物等上堤，分层填土，要求压实度≥1.00。
总之，引水泵站工程建筑物结构复杂，埋件、监测设备、机电设备和金属结构工程交叉作业，对施工人员技术水平要求较高。因此，建设过程中要熟悉设计图纸，掌握设计要点和注意事项，确保工程各项建设目标，按照设计图纸、国家有关规程、规范和工程建设标准强制性条文执行。
参考文献：
[1]司春棣.引水工程安全保障体系研究[D].天津大学，2007.
[2]朱宏，郭守坤.浅析引水工程对下游水生态环境影响因素[J].吉林水利，2007，04：13-14+33.
[3]刘天卓，李延涛.引水工程基坑支护技术分析[J].黑龙江水利科技，2012，11：79-80.
[4]吴朝民.山区农村引水工程的设计[J].珠江现代建设，2001，02：4-6.
【关键词】引水工程；设计；现状
1、国内引水工程进行现状
引水工程，实质上就是为了充分的满足生态、生活及其工业等等日逐渐增长的水需求量而修建的。引水工程的安全运行保障了国民经济的人民生活水平、社会的高速前进及其健康发展的提高。在国民经济发展的背景之下，城乡之间的需水量也在出现了较为明显的差异，特别是针对工业大城市，水荒现如今已经俨然成为城市存在的首要难题，连续几年的干旱已经使我国北方大部分城市供水出现严重匮乏的现象，部分城市已经实施限时供水，这部分情况的发生又会在很大程度之上来严重的给地区经济发展造成了十分严重的危害；因为地下水位出现大幅度下降的情况，含水层基本上已经被疏干，地下漏斗的面积也在不断的扩大之中，城市建设也会受到很大限制，所以投入的巨资建设引水工程也在很早的时候受到市政供水系统和建设部门的广泛关注。
2、引水工程设计应重视的内容
2.1、线路布置
输水线路力求顺直，在通过农田时，应结合农田水利规划进行定线；一般情况下，宜沿道路定线。输水管线尽量减少与障碍物交叉，当必须与河流、公路、铁路等交叉时，应尽可能利用现有穿跨越设施。
某水库主坝右段坝脚处，其位于河水库下游约10km处的左岸，管线沿该铺设距离较短，且与障碍物公路、铁路、通讯线路的交叉较少；又因该两岸河堤以外均为农田或者居民房屋，沿河堤以外铺设施工难度大，且征地费用高昂。
所以，本次输水线路拟以该电站1#机组的闸阀为起点，沿着东干渠旁的道路铺设至K0+351，穿过堰塘、土路至该右岸；沿着右岸的公路铺设至K1+086，穿过河道至该左岸的路堤；沿着该左岸的路堤铺设至该大桥，穿过该大桥；沿着左岸的漫滩铺设至经济园区。
2.2、管材选择及连接方式
根据本工程特点，输水管材采用PE管材，管径壁厚比SDR13.6，最大内压力1.25MPa。根据该管材的特性及类似工程的使用情况，该类型完全符合本工程的设计需要，采用管径壁厚比SDR13.6，最大内压力1.25MPa的PE管做为本工程的输水管管材。PE管的连接方式采用热熔对接。
2.3、输水管结构复核
通过计算确定管径后，要进行详细的输水管结构复核。
（1）采用《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004），可得水锤压力的计算公式：
式中：Ep为管材的弹性模量，可取900MPa（20℃）；c为管端固定度，可取值0.75～0.10。本设计取0.8；k为水的体积模量，取2200MPa；rw为水的重力密度，取10kN/m3；v为取平均流速，即1.30m/s；g为重力加速度，取9.81m/s2。
计算结果：因为管道标准尺寸比SDR取13.6，所以di/en=（dn-2en）/en=13.6-2=11.6。
压力波回流的速度：
见表1。
表1不同SDR值的压力波回流的速度
水锤压力：
即管道内水锤压力为41m水柱压力，则水锤压力
（2）设计管道内压力P设计的计算采用《埋地聚乙烯烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004），公式如下：
式中：P为管道的内水压力；γ为水的容重，一般取9.81kN/m3；h为测压管水头；测压管水头最大值为hmax=校核洪水位-管道末端高程-管道总水头损失，由以上材料值校核洪水位为173.53m，管道末端高程为97.31m，DN450的总水头损失为35.46，所以hmax为40.76m。
pmax=9.81×40.63=0.400MPa，管道设计压力等于管道内最大瞬时压力与水锤压力之和，P设计=pmax+p水锤=0.793≤1.2MPa。本次所选管材满足最大管道内压力。
（3）聚乙烯管道的结构计算。根据《埋地聚乙烯烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）可知，聚乙烯管道结构的强度计算应采用下列极限计算表达式：
式中：γ0为管道的重要性系数；S为设计内水压力作用下，作用效应的组合值；R为管道结构的抗力强度设计值，是管道在水温20℃，50年长期承受内水压力下环向抗拉强度的最低保证值，由厂家提供。
环向抗力强度应满足下列公式：
式中：σθ为设计内水压力作用下管壁环向应力设计值；γot为聚乙烯管材抗力分项系数；Fwd为管道设计内水压力的标准值，N/mm2，应采取管道工作压力的1.5倍计算；D0为管道的计算直径；t为管道的计算厚度为33，mm；γQ为设计内水压力的作用分项系数，γQ=1.2。计算结果：Fwd应采取管道工作压力的1.5倍计算，管道的工作压力为0.400MPa，则Fwd=0.600MPa。
2.4、首部设计
输水管起点为该水库发电站废弃的1#机组的闸阀，发电隧洞为DN1200mm的混凝土管，长68m，进口高程为159.15m，出口高程为157.85m，后接调压井，调压井井径130cm，出口为直径1m的混凝土管，高程为161.05，接DN1000闸阀控制，变径D1000×1600至发电机组。本次设计为拆除1#发电机组，变径改成DN1000×DN450的直径，后接21m的钢管，穿墙过一干渠，建阀门井控制，一干渠的正常水位161.30m，考虑0.05m的超高，管道的底部高程为161.35m。
3、设计过程之中的注意事项
3.1、基坑开挖
基坑开挖采用机械开挖基坑时，须保持坑底土体结构，根据土体情况和开挖机械类型，应保留200～300mm土层由人工清理铲平。基坑开挖后应通知相关单位联合验槽，验收合格后，应立即进行垫层和基础施工，防止太阳曝晒或雨水冲刷破坏基坑土体原结构。
3.2、混凝土施工
混凝土结构施工前，应对预留孔、预埋件、平台栏杆的位置与各专业图纸加以校对，并与设备及各工种密切配合施工；板、梁上下应注意预留构造柱插筋或连接用的埋件。
3.3、钢筋替代问题
施工中需要以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受力拉承载力设计值相等的原则换算，并应满足正常使用极限状态和抗震构造措施的要求，对承重结构构件材料的代换，应征得设计单位同意。
3.4、混凝土伸缩缝和温控
本工程建筑物整体性要求高，在混凝土浇筑过程中，对混凝土浇筑相对集中的部位要严格控制工作缝，减少不必要的施工缝，保持混凝土浇筑的连续性，同时要特别注意工作缝及止水伸缩缝的处理和混凝土的温控工作。
3.5、土方回填
土方回填要严格按照有关技术规范进行施工，在混凝土构筑物与土体接触面上应刷3～5mm厚粘土浆一道，涂浆高度与铺土厚度一致，严格控制回填土料质量，土方填筑时，要严防腐植土、冻土、杂物等上堤，分层填土，要求压实度≥1.00。
总之，引水泵站工程建筑物结构复杂，埋件、监测设备、机电设备和金属结构工程交叉作业，对施工人员技术水平要求较高。因此，建设过程中要熟悉设计图纸，掌握设计要点和注意事项，确保工程各项建设目标，按照设计图纸、国家有关规程、规范和工程建设标准强制性条文执行。
参考文献：
[1]司春棣.引水工程安全保障体系研究[D].天津大学，2007.
[2]朱宏，郭守坤.浅析引水工程对下游水生态环境影响因素[J].吉林水利，2007，04：13-14+33.
[3]刘天卓，李延涛.引水工程基坑支护技术分析[J].黑龙江水利科技，2012，11：79-80.
[4]吴朝民.山区农村引水工程的设计[J].珠江现代建设，2001，02：4-6.