1、沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元青县输水管道工程设计变更61.1 工程概况1 工程概况及变更缘由沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元是河北省南水北调配套工程的重要组成部分，该工程通过石津干渠与南水北调中线总干渠相连，通过石津干渠设置的分水口门分别向泊头市交河镇、东光县、吴桥县、泊头市和青县地表水厂供水，为各供水目标城区提供生活、工业用水。南水北调中线工程分配给泊头市交河镇、东光县、吴桥县、泊头市和青县的多年平均分水总量为 6400 万 m3，全部由石津干渠设置的 4 个分水口门引水，包括泊头市交河镇输水管道工程，东光-吴桥输水管道工程（东光、吴桥共用一个
2、分水口门），泊头市输水管道工程及青县输水管道工程，其中一级加压泵站 4 座，二级加压泵站 1 座，输水管道 6 条， 线路总长 133.707km。青县输水管道工程自石津干渠设置的青县分水口门引水至位于青县清州镇刘缺屯村东的青县地表水厂。管线全长 75.748km，管道设计规模0.63m3/s，采用单排 DN1000 球墨铸铁管（DIP）管道输水。在分水口门处设一级加压泵站。2014 年 4 月，河北省南水北调工程建设委员会办公室以冀调水设201444 号文对沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元初步设计进行了批复。1.2 设计变更缘由随着河北省南水北调配套工程保沧干渠、石津干
3、渠以及沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程的全面开工建设，沧州人民盼望已久喝上优质长江水的愿望即将成为现实。根据河北省南水北调配套工程建设规划，东光、吴桥、泊头（包括交河镇）、青县由石津干渠口门直接供水，沧州市区、渤海新区、海兴县、南皮县、孟村县、盐山县及采油三厂经由石津干渠引水入大浪淀水库调蓄后供水。肃宁、任丘、献县、河间由保沧干渠口门直接供水。从 2011 年河北省南水北调正式启动以后，沧州市政府、沧州市水务局对沧州市区及渤海新区的供水方案非常的重视，为解决这项关系到民生的重大问题进行了多次调研。河北省第八次党代会明确提出要举全省之力打造曹妃甸新区和渤海新区两个经济增长极。渤海新区的
4、战略地位日益突出，经济社会进一步驶入了发展的快车道，用水量急剧增加。另外，沧州市区是沧州市重点打造的三大经济板块之一，政治、经济、社会影响巨大， 在供水保障上不容得出现任何问题。随着经济社会的发展和人民生活需求的提高，人们对水质提出了更高的要求。沧州市水务局及南水北调办公室会同有关单位进一步研讨沧州市南水北调引江水的供水方案，拟定沧州市区、渤海新区及大浪淀水库周边南皮县、孟村县及盐山县城供水采用直供输水方式供水，以便更好的发挥引江水的效益，提高供水保证。为了尽快实施沧州市区直供水工程，沧州市水务局、沧州市南水北调建设委员会办公室会同有关设计院做了进一步的调查研究，进行了多个方案的比选。由于批复
5、的第一设计单元青县输水管道工程管线路由在 20km 处与现有引大入沧管线相交，如将批复的青县输水管道工程前 20km 加大规模和管径，在输水管线路由不变的情况下，在 20km 处输水管道与现有引大入沧输水管道交汇处通过新建阀门组引水入引大入沧输水管道，可利用现有引大入沧后段 19.1km 管道就可直接为沧州市区供水。利用这种方案可操作性强，工程投资小，施工工期短。近几年，大浪淀水库不但向沧州市区供水，还修建了引大入港输水管道工程、南皮县输水管道工程和盐山、孟村输水管道工程为渤海新区、南皮县、孟村县和盐山县供水。原第一设计单元青县输水管道工程管线路由从大浪淀水库北侧通过，距离引大入港输水管道工程
6、、南皮县输水管道工程和盐山、孟村输水管道工程较近，如果将原青县输水管道前段 19.98km 扩大规模，并在桩号 12+714.77 处增设南孟盐分水口门，仅需新敷设一条3.518km 输水管道即可将水引入大浪淀水库现有的南孟盐供水泵站前池， 为南皮县、孟村县和盐山县城区供水；同样，利用现有引大入港管线与引大入沧管线之间的连通工程并稍加改造即可将水引入大浪淀水库现有的引大入港泵站的前池，为渤海新区现有供水户供水。工程实施后可将大浪淀水库现有供水户全部由黄河水切换为长江水，提高用水户的供水水质及供水保证，并且供水量由原来单一向青县供水的 1608 万 m3 提高到了现在的13947 万 m3，大大
7、提高了供水效益。综合考虑后，拟定对青县输水管道工程进行变更，对原青县前19.98km 管道扩大规模后做为石津干渠工程延长段的设计变更，并在延长线上为南皮、孟村和盐山预留分水口门；原青县输水管道 19.98km 以后段做相应的变更为青县供水，并新增南孟盐支线、沧渤青分水口改造工程和引大入港连通改造工程。按照沧州市南水北调建设委员会办公室关于利用大浪淀水库现有供水工程解决沧州市区等 5 个市县（区）引长江水问题的函的要求，原青县前 19.98km 管道扩大规模后作为石津干渠延长段设计变更的由河北省水利水电勘测设计研究院来完成；原青县输水管道 19.98km 以下输水管道工程做相应的初步设计变更为青
8、县供水，由我院完成。受沧州市南水北调建设委员会办公室的委托，我院承担了“沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元青县输水管道工程设计变更”的工作，并于 2014 年 10 月 10 日编制完成了沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元青县输水管道工程设计变更报告。1.3 设计审查过程2014 年 11 月 13 日，河北省南水北调工程建设委员会办公室组织有关单位和专家在石家庄市召开会议，对沧州市南水北调配套工程水厂以上 输水管道工程第一设计单元青县输水管道工程设计变更报告进行了审查， 形成主要审查意见如下：1、建议补充由小白庄泵站直供南皮、再至南孟盐泵站方案的可行性
9、。2、基本同意工程总体布置方案。分析青县泵站设置调压阀的必要性及设连通管的可行性。3、基本同意管材选择及防腐设计。建议完善管径比选内容。4、补充泵站事故停泵水锤计算结果，附水锤压力包络线图。5、根据水文成果复核施工期导流流量，补充导流程序和方法，优化施工围堰结构设计；完善施工排水设计。会后，根据审查意见对报告进行了补充完善，对小白庄泵站直供南皮、再至南孟盐泵站及青县泵站设置调压阀的必要性及设连通管方案的可行性 进行了分析，补充了经济管径的分析计算、管道水锤分析计算；根据水文 成果复核施工期导流流量，补充导流程序和方法，优化施工围堰结构设计； 完善施工排水设计。于 2014 年 11 月 30
10、日完成了沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元青县输水管道工程设计变更报告(报批稿)。72.1 概况2 水文沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元包括通过石津干渠设置的 4 个分水口门引水的泊头市交河镇输水管道工程、东光-吴桥输水管道工程（东光、吴桥共用一个分水口门）、泊头市输水管道工程及青县输水管道工程。设计变更主要将原青县输水管道前 19.98km 管道扩大规模后作为石津干渠工程延长段，原青县输水管道 19.98km 以下输水管道工程做相应的设计变更作为青县支线为青县供水。第一设计单元青县输水管道工程设计变更通过石津干渠工程延长段设 置的南孟盐分水口门（桩号
11、 12+714.77）及沧勃青分水口门（桩号19+980.3）向沧州市区、渤海新区、青县、孟村县、盐山县及南皮县供水， 为各供水目标城区提供生活、工业用水。设计变更包括新增南孟盐支线输 水管道工程（3.518km）、青县支线输水管道工程（55.725km，）、沧渤青分水口改造工程、引大入港连通改造工程（改造现有管道 1.2km）及加压泵站一座（原青县泵站由小白庄分水口处调整至沧县北大街村（青县支线输水管道工程桩号 45+250）处。第一设计单元其它输水管道工程没有变化，不再赘述。设计变更青县支线输水管道穿越河道与原青县输水管道 19.98km 以后一致；新增的南孟盐支线输水管道工程穿越大浪淀排
12、水渠、淀南排干 2 条排沥河道，代庄引水渠 1 条引水河道。沧渤青分水口改造工程和引大入港连通改造工程不涉及穿越河道设计。第一设计单元青县输水管道工程设计变更交叉河流与原青县输水管道工程相比减少了一号干沟和黄浪渠，增加了淀南排干。除淀南排干外，其它河流的设计情况详见沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元初步设计报告。本报告只补充新增加的淀南排干的水文设计。2.2 水文设计成果分析2.2.1 设计洪水分析淀南排干位于大浪淀水库西、南、东三侧，为大浪淀水库截渗沟，是大浪淀水库的附属工程，与北侧的淀北排干首尾相连并环绕大浪淀水库， 全长 8.085km。淀南排干设计底宽 15m，边坡
13、 1:2.5，设计纵坡为1/16000，设计流量 33 m3/s，控制面积 67.5km2。淀南排干不同重现期设计沥水成果见表 2-1。河道名称面积不同重现期设计流量（m3/s）备注(km2)5 年10 年20 年30 年淀南排干67.524.036.048.054.0表 2-1淀南排干设计沥水成果表2.2.2 交叉断面设计水位根据管线穿越河道的具体情况，采用恒定均匀流法分析河道设计水位。本工程以下穿方式穿越河道，不会影响过水断面，因此工程后水位同工程前设计水位。淀南排干没有设计资料，按照现状断面推求水位，河道糙率均取 0.0225。水位成果详见表 2-2。河渠名称交叉断面控制面积（km2）不
14、同重现期设计值（m）备注30 年20 年10 年5 年淀南排干67.554.048.036.024.0表 2-2淀南排干设计水位成果表2.2.3 施工期洪水本工程河道交叉建筑物施工期洪水计算标准为 5 年一遇。本工程穿越淀南排干施工工期安排在 35 月，由于缺乏实测水文资料，其施工洪水通过分析降雨资料，统计施工期 3d 实测雨量资料，采用频率分析法计算不同标准的降雨，用平原除涝手册法计算施工洪水。淀南排干施工期设计洪水成果见表 2-3。表 2-3淀南排干施工期设计洪水成果表河渠名称交叉断面处汇流面积（km2）重现期流量（m3/s）五年一遇淀南排干67.50.342.2.4 冲刷计算河道冲刷计算
15、采用铁路工程水文勘测设计规范（TB10017-99）中的公式计算。本工程计算采用粘性土河槽及河床计算公式。淀南排干一般冲刷深度计算成果表表 2-4河渠名称冲刷深度（m）液性指数“63.8”50 年30 年20 年10 年5 年淀南排干0.390.310.240.130.56沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元青县输水管道工程设计变更203.1 工程概况及设计依据3 工程地质沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元包括通过石津干渠设置的 4 个分水口门引水的泊头市交河镇输水管道工程、东光-吴桥输水管道工程（东光、吴桥共用一个分水口门）、泊头市输水管道工程及青县输水
16、管道工程。设计变更主要将原青县输水管道前19.98km 管道扩大规模后作为石津干渠工程延长段，原青县输水管道19.98km 以下输水管道工程做相应的设计变更作为青县支线为青县供水。第一设计单元青县输水管道工程设计变更通过石津干渠工程延长段设置的南孟盐分水口门（桩号 12+714.77）及沧勃青分水口门（桩号19+980.3）向沧州市区、渤海新区、青县、孟村县、盐山县及南皮县供水，为各供水目标城区提供生活、工业用水。设计变更包括新增南孟盐支线输水管道工程（3.518km）、青县支线输水管道工程（55.725km，）、沧渤青分水口改造工程、引大入港连通改造工程（改造现有管道 1.2km） 及加压泵
17、站一座（原青县泵站由小白庄分水口处调整至沧县前罗村（青县支线输水管道工程桩号 45+250）处。第一设计单元其它输水管道工程没有变化，不再赘述。青县支线输水管道与原青县输水管道工程 19.98km 以后的路由相同， 地质条件不变；青县加压泵站的位置由原来的小白庄分水口门移到青县 支线输水管道桩号 45+250 处；增加了南孟盐支线输水管道工程。本次设计，我院对位置调整后的青县加压泵站和新增加的南孟盐支线输水管道的地质重新进行了勘察设计。青县支线的地质情况已在沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元初步设计报告中论述并得到了批复。本次补充了位置调整后的青县加压泵站和新增加的南孟盐支
18、线输水管道的地质勘察设计。3.2 地质概况根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）和建筑抗震设计规范（GB50011-2010）的划分，各地区地震基本烈度、设计地震分组、地震动峰值加速度、地震动反应谱特征周期及估算地基土的等效剪切波速Vse值见下表3-1。表 3-1地震动参数市（县、区）地震基本烈度（抗震设防烈度）地震动峰值加速度设计地震分组场地类别地震动反应谱特征周期估算地基土的等效剪切波速范围值南皮县0.05第二组0.55s160170沧县0.10第二组0.55s160170新华区0.10第二组0.55s160170青县0.10第二组0.55s1551653.3 水文地质3.3
19、.1 青县加压泵站水文地质3.3.1.1 水文地质条件原青县加压泵站由小白庄分水口处调整至前罗村（青县支线输水管 道工程桩号 42+250）处。工程区勘察期间浅层地下水属第四系孔隙潜水， 区域地下水埋深 2.5m 左右，水位标高 3.40m，主要受大气降水影响。地下水位动态年变化幅度 2.00m 左右。3.3.1.2 水、土对建筑材料的腐蚀性评价通过分析，场地水腐蚀性见表 3-2“地下水腐蚀性分段表”。腐蚀性类型腐蚀性判定（桩号）环境水对混凝土腐蚀性环境水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性环境水对钢结构腐蚀性青县泵站强腐蚀中等腐蚀中等腐蚀表 3-2地下水腐蚀性分段表场地土腐蚀性见表 3-3“场地土
20、对混凝土和钢筋腐蚀性分段表”。表 3-3场地土对混凝土和钢筋腐蚀性分段表腐蚀性类型腐蚀性判定（桩号）场地土对混凝土腐蚀性场地土对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性青县泵站弱腐蚀中等腐蚀场地土对钢结构的腐蚀性见表 3-4“场地土对钢结构腐蚀性分段表”。表 3-4场地土对钢结构腐蚀性分段表腐蚀性类型腐蚀性判定（桩号）场地土对钢结构的腐蚀性青县泵站强腐蚀3.3.2 新增的南孟盐支线输水管道工程水文地质3.3.2.1 水文地质条件本工程区勘察期间浅层地下水属第四系孔隙潜水，水位埋深 3.5m 左右，水位标高 5.00m 左右，主要受周围河渠水位变化及大气降水影响。地下水位动态年变化幅度 2.00m 左右。3
21、.3.2.2 水、土对建筑材料的腐蚀性评价通过分析，工程全线场地水对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。场地土对混凝土具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性。场地土对钢结构具强腐蚀性，建议设计时应全线路按有关规范采取相应 保护措施。3.4 新增的南孟盐支线管道工程地质条件及评价3.4.1 地层分布及土体结构管道工程地质分段说明输水管道全长 3.518km，勘察揭露土层呈现砂壤土、壤土多层交互分布的特点。沿输水管道线路，根据上部各地层变化划分为 2 个区段，简述如下：第段（桩号 0+0001+000）：00+250 管道底标高 5.7m 左右， 开挖
22、揭露土层上部为砂壤土，厚度 2.1m 左右，其下壤土;0+2501+000 管道底一般在标高 6.5m 左右，开挖揭露土层为砂壤土。第段（桩号 1+0003+520）：桩号 1+0002+190 管道底在标高6.50m 左右，桩号 2+1902+650 管底标高 6.55.2m，桩号2+6503+520 管道底在标高 5.41.2m，开挖揭露土层为砂壤土。土体结构其地层分层描述如下：地层编号地层名称地层描述1 层砂壤土（Q al） 4褐黄色,稍湿湿,中密密实,摇振反应迅速,干强度及韧性低,属中压缩性土，表层 0.4m 为素填土,含植物根系。厚度:2.10-2.60m, 平均 2.40m;层底标
23、高:5.90-5.90m,平均 5.90m;层底埋深:2.10-2.60m,平均 2.40m。2 层壤土（Q al） 4黄褐色,可塑,稍有光泽,干强度及韧性中等,具锈斑。属中压缩性土厚度:1.10-1.10m,平均 1.10m;层底标高:4.80-4.80m,平均 4.80m; 层底埋深:3.20-3.70m,平均 3.50m。3 层砂壤土（Q al+l 4）黄褐灰色,湿,中密密实,摇振反应迅速,干强度及韧性低,含云母。属中压缩性土。该层 10.00m 未钻透。最大揭露厚度为 6.80m。表 3-5地层描述表（第段）。地层编号地层名称地层描述1 层砂壤土（Q al） 4褐黄色,稍湿湿,中密密实
24、,摇振反应迅速,干强度及韧性低,属中压缩性土，表层 0.4m 为素填土,含植物根系。厚度:2.10-2.60m, 平均 2.40m;层底标高:5.90-5.90m,平均 5.90m;层底埋深:2.10-2.60m,平均 2.40m。2 层壤土（Q al） 4黄褐色,可塑,稍有光泽,干强度及韧性中等,具锈斑。属中压缩性土厚度:1.10-1.10m,平均 1.10m;层底标高:4.80-4.80m,平均 4.80m; 层底埋深:3.20-3.70m,平均 3.50m。3 层砂壤土（Q al+l 4）黄褐灰色,湿,中密密实,摇振反应迅速,干强度及韧性低,含云母。属中压缩性土。该层 10.00m 未钻
25、透。最大揭露厚度为 6.80m。表 3-6地层描述表（第段）。3.4.2 地基土的物理力学性质指标建议值根据划分的工程地质层作为统计单元，对地基土的物理力学性质指标剔除异常值后进行统计。结合各土层工程地质特性和地区经验给出承载力特征值和其他力学 指标地质建议值。详见表 3-7、3-8“物理力学性质指标建议值表”。沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元青县输水管道工程设计变更层号岩性物性指标压缩模量Es饱固快剪承载力特征值fak天然含水率 天然重度干重度d孔隙比e0饱和度 Sr塑性指数Ip液性指数IL渗透系数k凝聚力 c内摩擦角kN/m3cm/sMPakPa度kPa1砂壤土（Q
26、al）22.518.815.40.721857.4-0.016.2108.0725.01204-52壤土（Q al）27.218.814.80.8079214.70.378.0104.53013.91104-6砂壤土（Q al+l） 41.2321.919.315.80.668896.6-0.071012.0725.9130-4表 3-7物理力学性质指标建议值表（第段）表 3-8物理力学性质指标建议值表（第段）层号岩性物性指标压缩模量Es饱固快剪承载力特征值fak天然含水率 天然重度干重度d孔隙比e0饱和度Sr塑性指数Ip液性指数IL渗透系数k凝聚力 c内摩擦角kN/m3cm/sMPakPa度
27、kPa1砂壤土（Q al） 423.119.015.50.707886.40.168.210-58.0725.01202壤土（Q al+l） 430.118.814.50.8509715.10.456.410-64.03012.01103.4.3 工程地质评价南孟盐支线输水管道工程地层结构变化较小，主要由第四系全新统陆相冲积、湖沼相土层组成，岩性为粘土、壤土、砂壤土。第 1 层砂壤土压缩系数为 0.100.22MPa-1，具中等压缩性，渗透系数4.0710-59.1310-5cm/s，呈弱渗透性，承载力建议值 110kPa。第 2 层壤土压缩系数为 0.300.49MPa-1，具中压缩性，渗透
28、系数8.8710-78.0410-6cm/s，呈微极微渗透性，承载力建议值110kPa。第 3 层砂壤土压缩系数为 0.100.16MPa-1，具中等压缩性，渗透系数6.6210-51.3310-4cm/s，呈弱渗透性，承载力建议值 120kPa。建议临时开挖边坡坡比 1：0.751：1。3.5 青县加压泵站工程地质条件及评价青县加压泵站（桩号 42+250）工程地质条件及评价如下：1、物理力学性质指标根据土工试验结果、标准贯入试验和现场鉴别综合分析后得出各土层物理力学性质指标建议值见表 3-9。物理力学性质指标建议值表表 3-9层号岩土名称承载力特征值fak(kPa)压缩模量建议值Es(MPa)抗剪强度标准值凝聚力标准值
