自來水廠閥門設計

                          上海申弘閥門有限公司

之前介紹減壓閥入口壓力小于設定值，現在介紹自來水廠閥門給水閥門井作為給水管道的附屬構筑物，其設計除了應滿足土建結構的要求外還應滿足給水工藝上的要求。惠州市自來水總公司于1999年建成投產使用的江北水廠，在其二泵房與清水池之間的DN2200、DN1800連通管上建有四座大型的閥門井，井的尺寸為L×B×H=5.5(m)×4.24(m)×7.3(m)。由于給排水標準圖集上沒有這種特大（井深7.3m）型閥門井實例，因此需要我們公司自行設計。本人在公司的其他工程技術人員協助下，較好地完成了這四座大型閥門井的設計與施工，從江北水廠運行投產至今6年，閥門井井室未發生任何裂縫與井底滲水，*達到了設計要求。現將閥門井的設計與施工作簡單扼要的介紹。

一、 自來水廠閥門設計閥門井的結構設計
      根據《給水排水結構設計手冊》水池附屬構筑物設計公式進行以下計算（均為經驗公式）。
1、      設計條件
1.1         土壤條件：由工程地質鉆探提供：土壤的容重γ=1.8t/m3,土壤的內摩擦角 =30?；
1.2         設計荷載：按照15級重車載荷計算，相當于13 t/m2（覆土載重填土車荷）；
1.3         采用材料：采用MU10磚，M7.5水泥砂漿砌筑。
2、      受力分析
因鋼筋混凝土的閥門井工程造價貴，公司經過技術方案的對比論證后，決定采用磚砌結構。閥門井的受力特點為空間受力結構，井室平面為矩形，當井墻高度大于平面較大邊的一倍時，可按平面矩形框架計算內力。經過多次計算復核以及結合現場實際情況，初步確定閥門井的深度為7.3 m，墻厚a1=740㎜, a2=620㎜，其受力簡化計算圖見下圖。

3、彎矩計算
大彎矩計算系數K其中I1 、I2為慣性矩，本工程中近似取I1=a31 、I2=a32荷載 計算彎矩MA

 閥門井長邊彎矩
MB=1/8×q×L22+MA=1/8×4.38×4.262-4.3=5.64t·m
閥門井短邊彎矩
MC=1/8×q×L21+ MA=1/8×4.38×2.762-4.3=-0.13t·m
對比大彎矩MB與 MC兩者取較大者MB為計算彎矩。
4、抗彎截面（墻體厚度）復核計算
磚砌體抗彎截面計算公式如下： 
式中：K1——安全系數，取K1=2.5;
Mn——大彎矩（已計算出MB=5.64 t·m）
b——墻體厚度，取b=740mm;㎜㎜
Rw——水泥砂漿抗彎強度，M7.5號水泥砂漿Rw=2.6 t/m2
      h——井深，取h=7.3m。
將數值代入上式中
2．5×5.64≤（0.74×7.32×2.6）÷6
    14.1≤17.1
 故墻體厚度滿足要求。
5、砌體裂縫寬度驗算
    經計算裂縫寬度為0.0138cm<0.02cm（規范要求），故滿足要求。㎝㎝
二、自來水廠閥門設計閥門井的施工
1、閥門井的平面示意圖見下圖。

2、閥門井的施工。
2.1施工難點。
（1）、對清水池基礎的影響。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥由于閥門井井深為7.3m且位于清水池與吸水井之間，清水池的池底標高為12.5m，閥門井的井底標高為9.7m,兩者標高相差2.8m。因此當開挖井深時，在開挖的過程中會對清水池大約3米高的基礎砂石墊層產生影響，影響了砂石墊層的緊密性，嚴重的話會引起砂石墊層的坍塌。為了防止因為砂石墊層坍塌而帶來清水池基礎的不均勻沉降，在工程施工中采取了沿清水池基礎側用砂袋堆砌的辦法，堆砌的高度達到約4米，有效防止了閥門井施工對清水池基礎帶來的不良影響。
 （2）、土方開挖的問題。
    土方開挖時由于受到閥門井平面位置局限性的約束，開挖的放坡坡度不能過大，這樣就給工程施工時帶來了一定的困難。井深7.3米，而開挖坡度又不能盡可能的大，施工技術上只能采取放坡到井深的一半約4米時，再垂直往下挖。挖土機械（15噸車荷）對邊坡塌坍會產生影響，因此在井側堆放砂袋加固邊坡強度，砂袋堆砌高度為3米，寬度為2米。
 2．2 施工質量要求。
（1）、井室的尺寸，應符合設計要求，允許偏差為±20㎜；如井身不能一次砌起，在二次接高時，應將原磚面上的泥土雜物清理于凈，然后用水清洗磚面并浸透。
（2）、由于閥門井的位置處于非路面，因此井口的砌筑須略高于路面，但不得超過50㎜，且做坡度為0.02的護坡。
（3）、井壁內外均需用1：2防水水泥砂漿抹面，厚2cm，抹面高度應高于地下水高水位0.25m。
（4）、井壁內的爬樓采用φ16鋼筋制作，并做防腐處理，水泥砂漿末達到設計強度75%以前，不得腳踏鋼筋爬樓。
（5）、管道穿過井壁或井底時，須預留5至10cm的環縫，應用油麻填塞并搗實，或用灰土填實，再用漿面，環縫在管道上部應當預留稍大一些。

三、應用體會
  1、水廠的附屬構筑物是為給排水服務的，因此在滿足給排水工藝條件下，其土建設計應力求堅固適用、經濟合理，實現優化設計。
  2、進行挖方施工時應注意工程附近的構筑物、管線、道路等基礎的下沉和變形，必要時采取有效的防護措施。
 3、進行井室施工時，注意及時排除井底的地下積水，且井底板均應設置集水坑，以防井底基礎滲水。與本產品相關論文：水輪機減壓閥