污水提升泵站工作原理

一体化预制泵站术语：
1.1 一体化预制泵站Integrated prefabricated pumping station
由顶盖、玻璃钢（GRP）筒体、底座、潜水泵、服务平台、管道等部分组成，以满足增压提升排水要求的设备，图1.1。
2.1 筒体
1.2 顶盖 Top cap
由玻璃钢边盖和可开启的泵站盖板组成。
1.3 筒体 Cylinder
预制泵站的井筒部分。
1.4 底座Lampstand
与混凝土底板相连，以固定预制泵的部分。
1.5 机电设备 Mechanical and electrical equipment
一体化预制泵站机电设备主要包括水泵及其辅助设备、拦污清污设备、压力管道、阀类设备、控制系统等。
1.6 自动耦合系统 Auto coupling
潜水泵与固定管道之间接口快装系统叫自动耦合系统。
1.7 进场 Get into site
一体化预制泵站进入施工现场或其它的指定地点落地并完成开箱验收、交接处理，交付临时保管的过程。
1.8 安装与调试 Installation and adjustment
按照施工组装图纸及有关安装技术标准要求，将已进场的一体化预制泵站安装在规定的基础或设施上，完成找平稳固、机械装配与设备联接、电气配线与试验、定值调整与测试、就地和集中控制模拟动作试验的过程，使一体化预制泵站达到试运行的条件。
预制泵站构成材料
2.1.1 顶盖应由玻璃钢边盖和可开启的泵站盖板组成。盖板材料可由玻璃钢或铝合金等轻质材料制成。
2.1.2 盖板内外表面应平整，不得有深度 2mm 以上的裂缝，不得有分层脱层，纤维祼露、树脂结节、异物夹杂、色泽明显不匀等现象。
2.1.3 玻璃钢（GRP）筒体材料应由防腐蚀层、防渗透层、结构层和外保护层构成（图4.1.3），各层的厚度如图所示。外保护层必须加抗紫外线材料，防止裸露在太阳光下面老化。
筒体
图2.1.3 玻璃钢（GRP）筒体　（单位：mm）
2.1.4 整体顶盖应有防滑措施。防滑顶盖可采用玻璃纤维制成。
2.1.5 制作盖板的铝合金材料应为防滑花纹板，抗拉强度应达到120MPa及以上，板材厚度应在5mm及以上（不含花纹）。盖板翻边应不小于20mm。
2.1.6 筒体以无碱玻璃纤维无捻粗纱及其制品为增强材料，热固性树脂为基体，采用计算机缠绕工艺制成的玻璃钢管，厚度均匀。巴氏硬度应达到40HBa及 以上，抗压强度应达到120MPa及以上，环向拉伸强度150MPa，轴向拉伸强度60MPa。
2.1.7 内衬层包括次内层和内表层，总厚度不小于 2mm,其中内表层厚度不小于 0.3mm。管壁的最小厚度应不小于经规定程序批准的图样和技术文件规定的标称厚度。
2.1.8 筒体外部应装有至少两个外部吊耳。
2.2 底座
2.2.1 底座宜为弧型下凹式结构底座，底座内侧可根据设计需要预留或加装搅拌器、粉碎隔栅。
2.2.2 底座的抗拉强度应达到120MPa及以上，巴氏硬度应达到40HBa及以上。
2.2.3 底座的裙边外围应至少钻有2个灌浆孔，灌浆孔口径应达到DN100及以上。
2.2.4 底座下部应有混凝土底板抗浮，依据抗浮计算确定混凝土底板的设计尺寸，多井筒泵站和泵站前后端构筑物宜采用同一个底板，混凝土底板水泥强度等级应不小于C40，钢筋直径应不小于10mm,厚度应不小于250mm,混凝土底板应预埋地脚螺栓，用于预制泵站吊装入坑后的固定。混凝土底板可预制，也可以在基坑内直接浇筑。
2.2.5 泵站底座的重量应≥1.5倍水泵总重量，防止水泵固定连接处产生震动及共振。干式泵站根据水泵形式选择防震构件。
2.3 服务平台与自动耦合系统
2.3.1 一体化预制泵站内宜设置服务平台。
2.3.2 服务平台宜采用铝合金或玻璃钢材料制成，服务平台承重不得低于450kg。
2.3.3 自动耦合系统在正常使用时不得漏水，并应利于水泵的吊装。
2.4 控制柜
2.4.1 控制柜的尺寸应符合《高度进制为20mm的面板、架和柜的基本尺寸》GB/T3047.1的规定。
2.4.2 控制柜表面应平整、匀称，焊接处应均匀牢固，不应有明显的歪斜翘曲变形或烧穿等缺陷。
2.4.3 控制柜内电气、电子元器件应符合相关产品标准的规定。
2.4.4 控制柜内接线点应牢固，布线应符合设计样图和相关标准的规定。
2.4.5 控制柜中所用导线及母线的颜色应符合相关标准的规定。
2.4.6 指示灯和按钮的颜色应符合相关标准的规定。
2.4.7 控制柜的柜体底部应具有与基础固定的安装孔。
2.4.8 控制柜的顶部宜有吊环等，以便吊装。
2.4.9 控制柜的防护等级应符合现行国家标准《外壳防护等级》GB4208的规定。
2.4.10 控制柜应配有各种智能传感器，可实现无人值守、编程控制和远程控制。
2.4.11 控制柜面板的显示功能应符合下列规定：
1　控制柜面板宜有显示界面。
2 控制柜面板宜有电源、电流、电压等显示。
3 控制柜面板可有水泵启、停状态显示。
4 控制柜宜可设定压力、实际压力、频率显示。
5 控制柜面板可有故障声、光报警显示。
2.4.12 控制柜电气性能应符合下列规定：
1 控制柜各部件的温升应符合现行国家标准《电气控制设备》GB/T 3797的规定；
2 控制柜带电电路之间、带电零部件或接地零部件之间的电气间隙和爬电距离应符合现行国家标准《电气控制设备》GB/T3797的规定；
3 设备中带电回路之间、带电回路与导电部件之间测得的绝缘阻值按标称电压至少为1000Ω/V；
4 介电强度应符合现行国家标准《电气控制设备》GB/T3797的规定；
5 安全接地保护控制柜的金属柜体上应有可靠的接地保护。
2.5 潜水泵
2.5.1 潜水泵应具有相关生产许可证和产品合格证。潜水泵平均无故障运行时间不得少于2500h。
2.5.2 潜水泵与管道连接应牢固。
2.6 管路系统
2.6.1 管材应采用不锈钢管。材质应符合现行国家标准《流体输送用不锈钢焊接钢管》GB/T12771的规定。
2.6.2 管路配用的管件应用不锈钢材质。
2.6.3 管材、管件、阀门的选用及连接方法应符合《室外排水设计规范》GB50014和《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》(GB50242)的规定。
2.6.4 管道系统排水管管材材质应满足《室外排水设计规范》GB50014和《给水排水管道工程施工与验收规范》（GB50268）的规定。
2.6.5 管路在最低处应设有排水设施。
2.6.6 管路在泵后应设止回阀。
2.7 控制装置
2.7.1 液位控制设备的电子仪表装置应安装于控制柜内。
2.7.2 安装固定液位控制器及悬挂电缆应避免缠结或末端在泵站的入口，控制器应避免被障碍物干扰。
2.7.3 起停液位的设置, 一台潜水泵必须设置2个液位使用，2台潜水泵至少设置3个液位使用。
2.7.4 控制装置应实现泵站液位自动控制运行。

3.1 一般规定

3.1.1 预制泵站的总体布置要求和站址应根据地质条件、工程设计以及泵站运行等，经技术经济比较确定。

3.1.2 预制泵站布置应符合《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069的规定，并应符合下列规定：

1 满足机电设备布置、安装、运行和检修要求；

2 满足结构布置要求；

3 满足通风、采暖和采光要求，并符合防潮、防火、防噪声、节能、劳动安全与工业卫生等技术规定；

4 满足交通运输要求；

5 做到布置美观，且与周围环境相协调。

3.1.3 预制泵站底板高程应根据水泵安装高程和进水流道布置或管道安装要求等因素，并结合预制泵站所处的地形、地质条件综合确定。

3.1.4 安装在预制泵站内水泵四周的辅助设备、电气设备及管道、电缆道等，其布置应避免交叉干扰。

3.1.5 预制泵站运行过程中的噪声应符合现行国家标准《工业企业噪声控制设计规范》GB/T50087的规定。

3.1.6 预制泵站的耐火等级不应低于二级。预制泵站附近应设消防设施，并应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016和国家现行标准《水利水电工程设计防火规范》SL 329的规定。

3.1.7 预制泵站的设计应符合《泵站设计规范》GB50265的规定。

3.1.8 预制泵站所配水泵采用自耦式湿式安装，水泵间和进水井集成在同一个井筒内，宜带内部维修平台和地面控制面板。

3.1.9 预制泵站设计应考虑混合污水溢流排放的后果，泵站内外的噪音、振动和臭气，发生故障的后果，视觉影响等对环境的影响。

3.1.10 预制泵站结构设计应考虑结构抗浮、承载能力及土壤的化学属性、建筑结构和入水管、出水管以及其他装置之间可能的沉降差异。

3.2 泵站设计

3.2.1 一体化预制泵站的的形式应根据设置的地理位置，地形条件和地质情况等因素综合选用。

3.2.2 泵站场地应具备必要的交通条件、施工吊装作业条件。

3.2.3 预制泵站设计应根据工程所在地相应管网建设规划，结合给水、排水工程规模、近、远期建设情况，经技术经济比较后确定。

3.2.4 泵站宜按近远期规划相结合原则，确定适宜的工程规模。

3.2.5 泵站平面布置应符合下列规定：

1 潜水自耦式安装的水泵，其平面布置可不考虑水泵维修空间，只满足水泵安装和水力流态要求；

2 干式安装的水泵，平面布置应需考虑水泵安装和水泵吸水管流态要求；

3 水泵配套风冷电机时，泵站平面布置还应满足水泵的散热要求；

4 模块化湿井泵站平面尺寸和布置应满足水泵和格栅等主要设备安装、提升和日常运行要求；

5 模块化集成泵站湿井平面尺寸要满足水泵吸水管流态要求和格栅安装、提升和日常运行要求；

6 模块化集成泵站干井平面尺寸要满足水泵和控制柜安装、散热、维修和日常运行要求；

7 模块化集成泵站应在干井内设置集水坑和排水泵，用于排除井内积水；

8 控制柜可安装在泵站干井内或地面上，如果安装在干井内，应考虑通风、散热和除湿；

9 当泵站采用多个井筒组合时，平面布置应满足泵站整体安装和运行的要求，各个井筒内宜安装相同型号和数量的水泵。

3.2.6 泵站设计应对泵站结构形式和材质、配套设备的选型，泵站的平面布置，泵站竖向布置和泵站配套仪表、电气和控制设备等分别进行设计。

3.2.7 泵站水泵选型应与流量要求相匹配，宜采用统一的泵型。

3.2.8 单台水泵功率较大时，宜采用软启动或变频启动，泵站流量和扬程变化较大时可采用变频调速装置。

3.2.9 对于排水泵站，宜设置潜水离心泵，雨水泵站，可不设置备用泵。

3.2.10 湿式安装的潜水泵，水泵宜配套电机冷却系统，干式安装的水泵，可采用IP54或以上水冷或风冷电机。

3.2.11 对于采用重力管网的泵站宜采用液位自动控制，采用压力管网的泵站宜采用压力自动控制。所有泵站都应具备手动控制、自动控制和远程控制功能，并应具备自由切换控制方式的功能。

3.2.12 采用液位控制水泵自动开停时，泵池内最高液位和最低液位之间的有效容积应根据水泵每小时最大启停次数确定，可采用(5.2.12-1)式计算

式中： V_Eff——泵站有效容积（m）

Q_p——泵站最大一台泵的泵送流量（m/h）

Z_max——水泵每小时最大启停次数。

当利用集水池的进水流量和每台水泵抽水之间的规律推算时，可采用(5.2.12-2)式计算有效容积：

V_min=T_minQ/4 (5.2.12-2)

式中 V_min——集水池最小有效容积（m）

T_min——水泵最小工作周期（s）

Q——水泵流量（m/s）

3.2.13泵站竖向高程设计应符合下列规定：

1 泵站最高和最低水位之间的有效高度，由泵站有效容积和平面尺寸确定；

2 泵站最低水位到泵坑底部的距离应大于配套水泵最小停泵高度；

3 多井筒设计的并联泵站宜采用相同的最高和最低水位；

4 雨水泵站和合流污水泵站集水池的设计最高水位，应与进水管管顶相平。当设计进水管道为压力管时，集水池的设计最高水位可高于进水管管顶；

5 污水泵站集水池的设计最高水位，应按进水管充满度计算。
3.3 荷载及稳定分析

3.3.1 用于预制泵站稳定分析的荷载应包括：自重、静水压力、扬压力、土压力、泥沙压力、波浪压力、地震作用及其它荷载等。其计算应遵守下列规定：

1 自重包括泵站结构自重、填料重量和永久设备重量；

2 静水压力应根据各种运行水位计算。对于多泥沙河流，应计及含沙量对水的重度的影响；

3 扬压力应包括浮托力和渗透压力。渗透压力应根据地基类别，各种运行情况下的水位组合条件，泵站基础底部防渗、排水设施的布置情况等因素计算确定。对于土基，宜采用改进阻力系数法计算；对岩基，宜采用直线分布法计算；

4 土压力应根据地基条件、回填土性质、挡土高度、填土内的地下水位、泵站结构可能产生的变形情况等因素，按主动土压力或静止土压力计算。计算时应计及填土顶面坡角及超载作用；

5 淤沙压力应根据泵站位置、泥沙可能淤积的情况计算确定；

6 风压力应根据当地气象台站提供的风向、风速和泵站受风面积等计算确定。计算风压力时应考虑泵站周围地形、地貌及附近建筑物的影响；

7 其他荷载可根据工程实际情况确定。

3.3.2 预制泵站可能同时受各种荷载进行组合作用。用于泵站稳定分析的荷载组合应按表5.3.2的规定，必要时还应考虑其它可能的不利组合。

表3.3.2 　荷载组合表

荷载组合	计算情况	荷载
		自重	静水 压力	扬压力	土压力	泥沙 压力	波浪 压力	地震 作用	其它 荷载
基本组合	完建情况	√	–	–	√	–	–	–	√
	设计运用情况	√	√	√	√	√	√	–	√
特殊组合	施工情况	√	–	–	√	–	–	–	√
	检验情况	√	√	√	√	√	√	–	√
	核算运用情况	√	√	√	√	√	√	–	–
	地震情况	√	√	√	√	√	√	√	–

3.3.3 各种荷载组合情况下的泵站基础底面应力应不大于泵站地基承载力。

土基上泵站基础底面应力不均匀系数的计算值不应大于本规程附录A表A.0.1规定的值。

岩基上泵站基础底面应力不均匀系数可不控制，但在非地震情况下基础底面边沿的最小应力应不小于零，在地震情况下基础底面边沿的最小应力应不小于-100kPa。
3.4 荷载与扬程计算

3.4.1 设计泵站时应将可能同时作用的各种荷载进行组合。

3.4.2 泵站沿基础底面的抗滑稳定安全系数应按(5.4.2-1)式或(5.4.2-2)式计算：

K_c=fΣG/ΣH　 (5.4.2-1)

K_c=f′ΣG+C₀A/ΣH　 (5.4.2-2)

式中　K_c——抗滑稳定安全系数；

ΣG——作用于泵站基础底面以上的全部竖向荷载（包括泵站基础底面上的扬压力在内，kN）；

ΣH——作用于泵站基础底面以上的全部水平向荷载(kN)；

A——泵站基础底面积(m)；

f——泵站基础底面与地基之间的摩擦系数，可按试验资料确定；当无试验资料时，可按本标准附录A表A.0.2规定值采用；

f′——泵站基础底面与地基之间摩擦角Φ₀的正切值，即f’=tgΦ₀；

C₀——泵站基础底面与地基之间的单位面积粘结力(kPa)。

对于土基，Φ₀、C₀值可根据室内抗剪试验资料，按本标准附录A表A.0.3的规定采用；对于岩基，Φ₀、C₀值可根据野外和室内抗剪试验资料，采用野外试验峰值的小值平均值或野外和室内试验峰值的小值平均值。

当泵站受双向水平力作用时，应核算其沿协力方向的抗滑稳定性。

当泵站地基特力层为较深厚的软弱土层，且其上竖向作用荷载较大时，尚应核算泵站连同地基的部分土体沿深层滑动的抗滑稳定性。

对于岩基，若有不利于泵站抗滑稳定的缓倾角软弱夹层或断裂面存在时，尚应核算泵站可能组合滑裂面滑动的抗滑稳定性。

3.4.3　预制泵站基础底面应力应根据泵站结构布置和受力情况等因素计算确定。

1　对于矩形或圆形基础，当单向受力时，应按(5.4.3-1)式计算：

P_maxmin=ΣG/A±ΣM/W　（3.3.4-1)

式中：P_maxmin——泵站基础底面应力的最大值或最小值(kPa)；

ΣM——作用于泵站基础底面以上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流向的形心轴的力矩 (kN·m)；

W——泵站基础底面对于该底面垂直水流向的形心轴的截面矩(m)。

2　对于矩形或圆形基础，当双向受力时，应按(5.4.3-2)式计算：

P_maxmin=ΣG/A±ΣMx/Wx±ΣMy/Wy　 （3.4.3-2)

式中：ΣM_x、ΣM_y——作用于泵站基础底面以上的全部水平向和竖向荷载对于基础底面形心轴x、y的力矩 (kN·m)；

W_x、W_y——泵站基础底面对于该底面形心轴x、y的截面矩(m)。

3.4.4 　设计扬程应按设计流量时的集水池水位与出水管水位差和水泵管路系统的水头损失以及安全水头确定。在设计扬程下，应满足泵站设计流量要求。

3.4.5　平均扬程可按(5.4.5)式计算加权平均净扬程，并计入水力损失确定；或按泵站进、出平均水位差，并计入水力损失确定。

H=ΣH_iQ_it_i/ΣQ_it_i　(3.4.5)

式中　H——加权平均净扬程(m)；

H_i——第i时段泵站进、出水运行水位差(m)；

Q_i——第i时段泵站提水流量(m/s)；

t_i——第i时段历时(d)。

在平均扬程下，水泵应在高效区工作。

3.4.6　最高扬程应按泵站出水最高运行水位与进水池最低运行水位之差，并计入水力损失确定。

3.4.7　最低扬程应按泵站进水最高运行水位与出水最低运行水位之差，并计入水力损失确定。
3.5 抗浮计算

3.5.1 预制泵站的抗浮计算，应满足下式要求：

（3.5.1）

式中

——抗浮力；

——抗浮稳定性安全系数，应按5.5.2条的规定采用；

——浮托力标准值，按第5.5.4条确定。

当不满足式（5.5.1）时，可采取井壁下端四周浇捣混凝土配重或锚杆等方法解决抗浮问题。

3.5.2 预制泵站抗浮稳定安全系数应按(3.5.2)式计算：

K_f=Σv / Σu　(3.5.2)

式中：K_f——抗浮稳定安全系数；

Σv——作用于泵房基础底面以上的全部重力(kN)；

Σu——作用于泵房基础底面上的扬压力(kN)。

3.5.3 预制泵站抗浮稳定安全系数值，不分泵站级别和地基种别，基本荷载组合下为1.10，特殊荷载组合下为1.05。

3.5.4 地下水对预制泵站筒体壁作用的标准值应按下列规定确定：

1 预制泵站筒体壁上的水压力按静水压力计算；

2 水压力标准值的相应设计水位，应根据勘察部门和水文部门提供的数据采用。对于可能出现的最高和最低水位，应综合考虑一段时间变化及工程设计基准期可能的发展趋势确定；

3 水压力标准值的相应设计水位，应根据对结构的荷载效应确定取最高水位或最低水位。当取最高水位时，相应的准永久值系数可取平均水位与最高水位的比值；当取最低水位时，相应的准永久值系数应取1.0。

4 地下水对预制泵站筒体壁作用的压力，应按(3.5.4)式计算：

F_w,k=γ_wh_w (3.5.4)

式中

F_w,k—地下水对预制筒体壁作用的压力标准值（kN/m²）；

γ_w—地下水的重度（kN/m³）；

h_w—地下水设计水位至基础底面的距离（m）。
3.6 地基计算

3.6.1　预制泵站选用的地基应满足承载能力、稳定和变形的要求。

3.6.2　预制泵站地基应优先选用自然地基。标准贯进击数小于4击的粘性土地基和标准贯进击数小于或即是8击的砂性土地基，不得作为自然地基。当预制泵站地基岩土的各项物理力学性能指标较差，且工程结构又难以协调适应时，可采用人工地基。

3.6.3　只有竖向对称荷载作用时，预制泵站基础底面均匀应力不应大于预制泵站地基特力层承载力；在竖向偏心荷载作用下，除应满足基础底面均匀应力不大于地基持力层承载力外，还应满足基础底面边沿最大应力不大于1.2倍地基持力层承载力的要求；在地震情况下，预制泵站地基持力层承载力可适当减少。

3.6.4　预制泵站地基承载力应根据站址处地基原位试验数据，按照本规程附录B.1所列公式计算确定。

3.6.5　当预制泵站地基持力层内存在软弱土层时，除应满足持力层的承载力外，还应对软弱夹层的承载力进行核算，经深度修正，并应满足(3.6.5)式要求：

P_c+P_z=[R_z]　(3.6.5)

式中：P_c——软弱夹层顶面处的自重应力(kPa)；

P_z——软弱夹层顶面处的附加应力(kPa)，可将泵站基础底面应力简化为竖向均布、竖向 三角形颁和水平向均布等情况，按条形或矩形基础计算确定；

[R_z]——软弱夹层的承载力(kPa)。

复杂地基上大型泵站地基承载力计算，应作专门论证确定。

3.6.6　当预制泵站基础受振动荷载影响时，其地基承载力可降低，并可按(3.6.6)式计算：

[R’]≤ψ[R]　(3.6.6)

式中：[R’]——在振动荷载作用下的地基承载力(kPa)；

[R]——在静荷载作用下的地基承载力(kPa)；

ψ——振动折减系数，可按0.8～1.0选用。高扬程机组的基础可采用小值，低扬程机组的块基型整体式基础可采用大值。

3.6.7　预制泵站地基终极沉降量可按(3.6.7)式计算：

S_∞=Σ(e_1i-e_2i)/(1+e_1i)*h_i (i=1,n)　(3.6.7)

式中：S_∞——地基终极沉降量(cm)；

i——土层号；

n——地基压缩层范围内的土层数；

e_1i、e_2i——泵站基础底面以下第i层土在均匀自重应力作用下的孔隙比和在平均自重应力、均匀附加应力共同作用下的孔隙比；

h_i——第i层土的厚度(cm)。

地基压缩层的计算深度应按计算层面处附加应力与自重应力之等于0.1∽0.2（坚实地基取大值，软土地基取小值）的条件确定。当其下尚有压缩性较大的土层时，地基压缩层的计算深度应计至该土层的底面。

3.6.8　预制泵站地基沉降量和沉降差，应根据工程具体情况分析确定，满足泵站结构安全和不影响泵房内机组的正常运行。

3.6.9　预制泵站的地基处理方案应综合考虑地基土质、泵站结构特点、施工条件和运行要求等因素，宜按本规程附录B表B.2，经技术经济比较确定。换土垫层、桩基础、沉井基础、振冲砂（碎石）桩和强夯等常用地基处理设计应符合国家现行标准《建筑地基处理技术规范》JGJ 79、《建筑桩基技术规范》JGJ 94、《既有建筑地基基础加固技术规范》JGJ 123的有关规定。
3.7 构造

3.7.1 预制泵站钢筋混凝土的施工中，混凝土的水泥用量应满足设计要求，且不宜低于200kg/m。

3.7.2 预制泵站筒体坚固，纤维缠绕玻璃钢的强度，应完全抵抗腐蚀、撕裂和其他破坏力，并永久防水。

3.7.3 预制泵站外部材质应力和荷载应采用FEA进行计算，有限元模型采用轴对称模型，外压力作用于泵站的圆柱周面，大小等效于水压的1.6倍。

3.7.4 泵站顶盖结构设计应根据泵站埋设的位置确定，顶盖结构强度应能承受顶部最大荷载。

3.7.5 埋设在道路上的泵站，顶盖高度应与周围地坪齐平，并根据道路荷载来复核顶盖强度，泵站井筒侧壁不应承受道路荷载。