杜嘉雯

（浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，杭州 310004）

居民區(qū)集中排水泵站設(shè)計(jì)革新點(diǎn)研究

杜嘉雯

（浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，杭州 310004）

居民區(qū)排水一直是大型居民區(qū)的統(tǒng)一弊病，即使在京滬廣深等大城市，一但出現(xiàn)超過50 mm的降水，小區(qū)內(nèi)往往就會形成難以排出的積水.研究在東南沿海地區(qū)的大型小區(qū)，其在特大臺風(fēng)作用的極端天氣下，如果多日日降水量均超過80 mm，小區(qū)的排水都可以確保居民生活不會受到任何影響.從現(xiàn)狀分析入手，對設(shè)計(jì)需求進(jìn)行分析，同時(shí)對系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)進(jìn)行論述.

居民區(qū)排水；集中排水泵站；革新點(diǎn)；半埋式

現(xiàn)代化的居民區(qū)集中排水多采用動力排水的方式，統(tǒng)觀而論，居民區(qū)集中排水一般選用兩種方式，一種方式是在居民區(qū)集中機(jī)房下方布置居民區(qū)的動力排水系統(tǒng)，另一種方式是直接在雨水管道立井內(nèi)布置潛水抽水裝置.本文首先討論兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最終設(shè)計(jì)一種與實(shí)際工程需要相結(jié)合的方式.本文研究一種在極端條件下穩(wěn)定性較好而在日常運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行效率較高的在居民區(qū)有廣泛適應(yīng)性的集中排水泵站設(shè)計(jì)方案.

1 居民區(qū)排水泵站現(xiàn)狀

居民區(qū)排水泵站目前來說主要有兩種實(shí)現(xiàn)模式：中央集中式泵站和分布集中式泵站.

中央集中式泵站主要布置在核心物業(yè)機(jī)房中，排污泵與中央變壓器機(jī)房、供水二次加壓機(jī)房、配電機(jī)房、消防機(jī)房等距離較近.通過在核心物業(yè)機(jī)房中布置集水硐室，將管理園區(qū)中的雨水等地表水進(jìn)行匯集，由排水管道排出.目前大多數(shù)居民區(qū)的生活廢水采用雙管制，其中廚房水不進(jìn)入污水池，而是與陽臺水一樣，從雨水通道排出.所以中央集中式泵站的蓄水總是淤積壓力較大，異物較多，難以實(shí)現(xiàn)有效的排水，因?yàn)橹醒爰惺脚潘O(shè)施與機(jī)房其他設(shè)備距離較近，清理難度也較大.另一點(diǎn)不利因素來自中央集中式排水管道與自來水二次加壓管道距離較近，可能發(fā)生飲水的污染.

分區(qū)集中式泵站主要布置在斷面較大的窨井中，通過在窨井中安置潛水式污水泵，直接將窨井中積聚的雨水泵出到市政排污管道中.分區(qū)集中式泵站結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉.但是，分區(qū)集中式泵站檢修條件惡劣，檢修過程復(fù)雜.日常運(yùn)行過程需要頻繁開啟窨井蓋，難以保證公共安全.

2 居民區(qū)專用雨水排水泵站設(shè)計(jì)需求

某地處于東南部亞熱帶季風(fēng)區(qū)，雨熱同期，降水主要集中在7、8、9三月.最大日降水量80 mm，最大連續(xù)降水量270 mm.某小區(qū)占地面積21.35公頃（213 500 m2），其中建筑物占地面積6.5公頃（65 000 m2）.在小區(qū)建設(shè)過程中，已經(jīng)對小區(qū)外圍建立了阻水溝，小區(qū)外圍的雨水不會向小區(qū)內(nèi)匯聚.小區(qū)排水流向通往南關(guān)街道主生活廢水排水暗渠.小區(qū)排水加壓管道直徑600 mm，共4條.小區(qū)加壓排水段抬高行程為3.5 m.

通過上述數(shù)據(jù)，小區(qū)最大日降水量17 080 m3，按照0.7的保險(xiǎn)系數(shù)計(jì)算，小區(qū)的正常運(yùn)行排水能力達(dá)到24 400 m3/d.按照正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間12 h計(jì)算，每小時(shí)排水量必須達(dá)到2 000 m3.本文使用離心式三級大流量污水泵作為主要泵機(jī)，WQ系列泵機(jī)提供最大600 mm出水口徑和最大3 750 m3/h的排水量.相近設(shè)備選型參數(shù)如表1.

表1 泵機(jī)選型表

通過核心設(shè)備選型，如果采用600WQ3500-12-185或者600WQ3750-17-250泵，那么每小時(shí)排水量遠(yuǎn)超過本文系統(tǒng)要求，揚(yáng)程能力也遠(yuǎn)超過需求.但此兩種型號可以直接提供600 mm的出水口直徑.采用此兩種水泵不需要使用變通就可以實(shí)現(xiàn)出水對接.

而采用450WQ2200-10-90泵機(jī)，其出水流量恰好符合本文要求的流量，用電量也更加經(jīng)濟(jì).但其出水口直徑只有450 mm，泵機(jī)輸出的壓力水經(jīng)過變通后才可以與管路對接，此舉會較大程度的影響水壓.但考慮到當(dāng)前揚(yáng)程達(dá)到了10 m，經(jīng)過變通調(diào)節(jié)后，水壓可以基本符合要求.

但如果采用150WQ300-13-22泵機(jī)，雖然其流量只有300立方米每小時(shí)，但通過7臺并列運(yùn)行，系統(tǒng)完全可以提供足夠的流量.雖然7臺并列可能造成更低的效率和更大的能耗，達(dá)到了154 kW，但一方面此能耗仍然低于使用600WQ3500-12-185或者600WQ3750-17-250的能耗，另一方面因?yàn)楣?jié)約了大量的備用設(shè)備支出，本文使用150WQ300-13-22泵機(jī)作為核心排水設(shè)備的選擇是可行的.

本文泵房需要支持12臺150WQ300-13-22泵機(jī)的安裝和管理.泵房采用半埋式設(shè)計(jì)，通風(fēng)窗設(shè)置在凸臺景觀帶下方，泵房下部設(shè)置集水硐室，泵房主體埋入景觀帶中.

3 具體參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 集水硐室設(shè)計(jì)

本文要求集水硐室在最大降水中保持8小時(shí)的儲水量，因?yàn)樽畲蠼邓壳闆r下，24 h降水量可達(dá)17 080 m3，那么8 h降水量可達(dá)5 693.3 m3，集水硐室采用臥式設(shè)計(jì)，矩形斷面.內(nèi)徑寬7 m，高4 m，長210 m.為了方便布置泵房，集水硐室的頂板布置在泵房底板以下30 cm處，中間隔斷采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板的形式.

因?yàn)轫鲜议_始施工時(shí)，小區(qū)已經(jīng)完全入駐，所以硐室采用分段開挖的方式進(jìn)行施工.基坑側(cè)壁采用垂直管理.小區(qū)建筑物多為小高層建筑，沒有采用樁基礎(chǔ)，所以施工前在施工區(qū)域進(jìn)行玻璃酸鈉的預(yù)注漿處理，施工區(qū)域兩側(cè)5 m內(nèi)使用混凝土槳劈裂注漿.基坑側(cè)壁施工采用土釘施工與錨索施工相結(jié)合的方式，確保施工后的土層位移量達(dá)到最小.通過前期勘探和后期施工印證，本文施工所有硐室均處于第四系三合土層中.施工條件較為單一，但施工的邊坡壓力較大.通過充分的預(yù)注漿和補(bǔ)充注漿，通過合理的土釘和錨索布置，本文系統(tǒng)的連續(xù)墻反向施工土層總位移量僅有8.2 mm，完全符合設(shè)計(jì)要求.

集水硐室中部設(shè)置清淤門4道，可以分別隔離其中任意2～3個(gè)硐室進(jìn)行清淤維護(hù).中間清淤門設(shè)置在泵房下方，泵房內(nèi)每個(gè)泵機(jī)的吸水管路均可以分別在清淤門兩側(cè)吸水.吸水口過濾網(wǎng)孔徑1.0 mm，孔間距2.6 mm.

3.2 泵房設(shè)計(jì)

因?yàn)椴捎?2臺泵布置，泵機(jī)管道直徑為150 mm，泵機(jī)占地為1.2 m×1.8 m，泵機(jī)采用并列布置的方式，頂部采用600 mm頂管直接焊接，機(jī)房寬度為14.4 m，泵機(jī)占地寬度為1.8 m，檢修通道占地寬度為2.2 m，機(jī)房總寬度為4.0 m.機(jī)房在集水硐室頂部布置.機(jī)房頂部布置600 mm排水管道，距離房頂200 mm，橫管總高度為0.8 m.立管高度1.8 m，泵體高度1.2 m，泵體下部直管在泵房內(nèi)的高度為0.4 m.泵房總高度4.2 m.泵房采用半埋式設(shè)計(jì)，頂部景觀凸臺結(jié)構(gòu)為0.8 m，底板埋深為3.4 m.以此推出，集水硐室底板埋深為7.4 m.

泵房配套WGZP1-22B啟動器12臺，300KVA660V斷路器2臺.以上設(shè)備布置在4個(gè)操作柜中，操作柜寬度600 mm，高度2.2 m，深度500 mm。配電母線采用交聯(lián)絕緣管狀母線以減少地下空間的應(yīng)用體積.控制區(qū)寬度2.4 m，深度2.4 m，高度3 m，通過在泵機(jī)硐室中部內(nèi)刷大長度達(dá)到3.5 m以上的區(qū)域?qū)崿F(xiàn).以上硐室進(jìn)入方法為垂直墻梯進(jìn)入，以減少設(shè)計(jì)空間.

泵房基坑與集水硐室基坑同步開挖，開發(fā)方法與集水硐室一致.

3.3 動化實(shí)現(xiàn)

本文采用9檔電接點(diǎn)水位計(jì)，在集水硐室內(nèi)每隔30 m布置，電接點(diǎn)水位計(jì)采用等節(jié)點(diǎn)串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)控制，使其對水位的管理形成整體.

本文使用三菱12輸入16輸出PLC實(shí)現(xiàn)自動化控制，PLC算法采用模糊控制算法.模糊控制算法見表2.

表2 模糊控制算法

表2中，A策略為增加一臺抽水泵并列，B策略為增加兩臺抽水泵并列，C策略為將所有熱備用抽水泵并列，D策略為減少一臺抽水泵并列，O為維持當(dāng)前策略不變.

本文系統(tǒng)沿小區(qū)內(nèi)管理鏈路干線并入總FDDI環(huán)路.信號主要來自各個(gè)泵機(jī)的開關(guān)量信號和電能質(zhì)量信號.

4 結(jié)語

通過本文設(shè)計(jì)，集水硐室可以匯聚極限降水量下至少8小時(shí)的雨量，為極端條件下機(jī)房檢修爭取了時(shí)間.本文采用7臺在用5臺備用的方式，備用設(shè)備中，可以實(shí)現(xiàn)3臺熱備用2臺冷備用的模式，可以做到設(shè)備的狀態(tài)自由的從運(yùn)行、備用、檢修之間切換，從概率上讓設(shè)備的損壞導(dǎo)致無法排水降到最低.本文集水硐室的埋深距離地表3.4 m，所有的地表匯水渠有較大的流量壓力對其匯水，因?yàn)楸疚捻鲜以谛^(qū)交付后建造，所以其彎道較多，小區(qū)內(nèi)最遠(yuǎn)匯水點(diǎn)到集水硐室的支線距離不大于100 m.此點(diǎn)對小區(qū)內(nèi)的集水環(huán)境帶來了較穩(wěn)定的支持.本文項(xiàng)目的問題是其窨井開口較多，且窨井深度均達(dá)到了7 m以上，所以小區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)窨井管理，防止出現(xiàn)窨井吞人的事故.

［1］ 徐東華.小區(qū)排水設(shè)計(jì)常見問題分析［J］.中華民居，2014，6（18）：82-84.

［2］ 萬青.居民區(qū)排水系統(tǒng)淤積問題管理方案［J］.建筑技術(shù)，2013，7（7）：66-67.

［3］ 吳孟紅.多雨地區(qū)居民區(qū)積水問題的幾點(diǎn)建議［J］.建筑技術(shù)，2013，6（5）：102-104.

［責(zé)任編輯王新奇］

On the Design Innovations of Drainage Pum ping Station in Concentrated Residential Areas

DU Jia-wen

（College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang Industry University，Hangzhou 310004，China）

The drainage in large residential areas has been a universal problem，even in the big cities such as Beijing，Shanghai，Guangzhou，and Shenzhen.Precipitation over 50mm would result in water accumulation difficult to be drained off.We havemade a study of the large residential areas in the southeastern coastal area under the extreme weather，such as a super typhoon.When consecutive daily precipitation exceeds 80mm，the life of the residents will remain unaffected thanks to efficient drainage.Based on the status quo，we havemade a needs analysis and elaborated on the design of system selection.

residential area drainage；drainage pumping station；innovation；semi-burial

TL353+.2

A

1008-5564（2015）02-0100-03

2014-11-10

杜嘉雯（1994—），女，浙江衢州人，浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院給排水專業(yè)學(xué)生，主要從事城市給排水研究.