大冶水库分层取水工程施工特征

刘雪芹，徐 美

（济南市水利工程服务中心，山东 济南 271108）

1 工程概况

大冶水库位于山东省济南市莱芜区口镇大冶村北，大汶河支流方下河上，水库建成于1958 年7 月，上游控制流域面积163km2，总库容5293 万m3，原兴利库容2870 万m3，增容后兴利库容3860 万m3，是一座具有防洪、灌溉、供水等功能的中型水库。2010 年12 月完成除险加固工程，主要实施了坝基灌浆防渗、改建放水洞、新建溢洪闸，以及完善办公和观测设备等，水库防洪标准提高到千年一遇。2015 年10 月至2017 年10 月实施了水库增容工程，提高兴利水位1.5m。2016 年完成了灌区改造工程，恢复灌溉面积1.5 万亩。

2 实施分层取水工程改造的必要性与可行性

由于本地区降水时空分布不均、年际变化大，造成水库水源各分层水质差别很大。汛期有效降雨会使库水面快速上涨，造成水库各分层水质发生明显变化。同时夏季气温高，容易滋生藻类等水生植物，有些年份甚至有微量蓝藻生成。库水浅表多有树叶、枯枝等淤积杂物，取水拦污栅容易被堵塞，形成淤泥甚至是黑臭水，从而增加水处理的难度。汛期流域内河道源短流急，搅动水库底部泥沙、淤泥等，致使水体浑浊，甚至有“异重流现象”，出现最难处理的低温低浊水，水库底层水便是这种低温低浊水质层。生化分析表明，底层水比表层水有更高浓度的氨、氮、硫化氢、磷酸盐等。水库浅表水与底层水的水质均较差，水中的异味与新生有害物质增加了水处理的成本和难度。

城源水厂从大冶水库放水洞取水供给莱芜市区居民的生活用水属底层水，原水水质较差，处理成本很高，存在水质不安全因素。为确保饮用水安全，降低水处理成本，在取水口实行分层取水十分必要。

通过分析相关资料，广西西云江水库（最大坝高21.5m）竖井和3 层闸门的分层取水塔，3 层闸门底坎高程分别为147m、152m 和157m。经分析，大冶水库现取水口工程现状与广西西云江水库取水口工程现状相似，完全可以借鉴其分层取水方案。为保证莱芜区城市居民供水安全，提供优质水资源，结合大冶水库取水口工程实际，并经省、市水利专家研究讨论和实地踏勘，确定了大冶水库放水洞分层取水改造方案。

3 该分层取水工程方案特征

3.1 分层取水口设置

分层取水口在原放水洞上方设置6 个，分别在：（1）高程234.46m，取水口尺寸DN1000；（2）高程232.46m，取水口尺寸DN1000；（3）高程230.46m，取水口尺寸DN1000；（4）高程228.46m，取水口尺寸DN1000；（5）高程226.46m，取水口尺寸DN1000；（6）原有取水口高程223.19m，取水口尺寸DN1300。分层取水口对原有取水口及兴利水口没有影响。

3.2 施工方案

3.2.1 管道施工安装方案

（1）竖井式取水管安装。经现场实地踏勘，放水口管底高程221.69m，放水口管径DN1300，引流部位为锥形喇叭口暗渠导入。本方案拟从放水洞内侧立面向水库中心位置沿锥形喇叭口暗渠延伸至8.75m 处，设直径DN1300 钢制导流管；延伸部分钢管采用水下自密实混凝土浇筑稳管，稳管长度6.3m，浇筑高度为暗渠上沿，混凝土等级不低于C30；拟在延伸至1.5m 位置为中心点向上开DN1300×DN1500 三通口，安装直径DN1500 竖井式钢管作为取水干管，安装钢管顶部高程240.00m；取水口分别安装同口径拍门，用悬臂吊控制拍门开启，拍门和悬臂吊之间采用不锈钢钢丝绳链接；拍门取水口设格栅防护；取水口位置以垂直于原放水洞钢筋混凝土墙为轴线，从最底层依次在轴线中心设置1 个，与轴线夹角45°处各设2 个，与轴线夹角90°处各设2 个，以防止悬臂吊与拍门之间钢丝绳出现“绞丝现象”。

（2）竖井式取水管加固。竖向立柱为直径22mmH 型钢，斜撑和横向筋为直径18mm 槽钢，顶部为平台采用10mm 花纹板焊接；原放水洞内侧面植入直径20mm 膨胀螺丝，焊接厚度为12mm 钢板作为焊接连接件，各连接件横向间距800mm，竖向间距1000mm；钢制件连接部位均采用氩弧焊打底；井架与原钢筋混凝土用膨胀栓连接，竖向间距1500mm，横向间距1000mm，焊接连接。

（3）竖井式取水管吊装。①对施工人员进行现场安全教育，必须正确佩戴安全帽，高空作业人员必须正确佩戴安全带和其他安全防护用品；②对工程施工机械设备、工机具做好提前检修和保养工作，确保完好无损进入施工现场；③按照施工顺序，依次将机械设备、工机具落实到位；④吊装过程中，设总指挥一名，依照现场安装顺序分单元依次吊装，并在吊装中安装侧拉绳稳控组件。

3.2.2 电器设备组安装工艺

悬臂吊电机组的选型：悬臂吊型号DJB-P500，荷载500kg，臂长6000mm，通过3 组电机分别控制左右、上下、前后3 个方向（左右电机1 组，功率0.75kW；上下电机1 组，功率4kW；前后电机1组，功率0.4kW）。控制柜安放于原有放水洞操作间，并设置启停开关及大于63A 漏电保护装置；悬臂吊安放于操作平台中心位置，悬臂吊立柱采用圆管制造，两端分别焊接底板和旋转轴，上部安装腰圈轨道。底板通过化学螺栓与钢板地面连接固定，保证悬臂吊的稳定性。旋转轴上开有通孔，实现电缆从立柱内部隐蔽穿线。腰圈轨道用于悬臂吊旋转，轨道上有若干通孔，用于安装旋转限位挡块，可以实现0°～360°角度限制。

3.2.3 混凝土浇筑施工工艺

（1）隔板阻断。从放水洞内侧向里延伸至10m位置用定尺寸钢板阻断水流，阻断部位静态水流自然流出，以保证基底清理时人员和设备安全。

（2）基底清理。浇筑混凝土部位原有碎石、淤泥、藻类等沉积物需在浇筑前彻底清理，以保证新旧混凝土良好的结合。

（3）沉管施工。施工现场采用25t 吊车将水下部分预制管按预定方案沉入引流部位锥形喇叭口暗渠内，在暗渠顶部用焊接型钢固定水下沉管，下部DN1300 拍门处于打开状态，以便渗出部分水流通过。

（4）混凝土浇筑。浇筑用混凝土标号C30。浇筑前对与原放水洞接触面胶垫圈和钢管焊接部位进行检查，确保胶垫圈未老化、破损及焊缝未开裂。浇筑混凝土应连续浇筑，因故中断时间不宜超过45min；流动性及和易性不合格的混凝土不得使用；浇筑时采用分层浇筑、分层振捣，并一次性浇筑至设计标高。

3.3 型钢支撑专项方案

施工顺序：施工准备→土方开挖→立柱施工→钢围檩施工→钢横梁施工→支撑安装施工→预应力施加→土方工程和支撑工程循环施工。本工程装配式组合内支撑钢构件安装，采用分件吊装的方法，吊装围檩、角撑以及对撑，结合现场出土计划，按照从南、北两边同时推进的方式拼装；在完成管道竖向型钢支撑后，为防止冬季水面出现“冻涨”现象，本工程拟从原设计支撑南北两侧各安装3 道450 斜撑加固，采用22mmH 型钢；横撑采用18mmH 型钢，间距1000mm；支撑底部预埋件预埋于600mm×600mm×1000mmC30 混凝土内，预埋钢板厚度20mm。

3.4 钢丝绳的选用

经过对钢丝绳的破断控力计算与安全系数确定，选择确定出安全系数较高的吊装用钢丝绳。

4 结语

分层取水工程实施后，有效避免了因汛期洪水历时长、来水量大、水中泥沙、淤泥含量高而导致的停水现象，明显地提升了水质，极大地降低了水厂水处理成本，节约了运行费用，有效提高了供水保证率，为莱芜区城市居民饮用水安全提供了有力保障■