摘要：污水泵站的一体化设计，能够合理的减少占地，缩短建设周期。本文结合具体工程实例，对老城区排水管网截污改造中的一体化泵站设计要点进行论述，希望为一体化泵站的推广应用提供参考。
关键词：一体化泵站；截污改造；应用
1 前言
一体化预制泵站在欧洲有超过60年的使用历史，已成为当地泵站的重要形式之一。近10年来，一体化预制泵站在世界范围内得到大幅推广，其使用已遍布世界各地。国内也有很多一体化污水泵站应用实例，如北京天安门污水泵站、上海浦东新农村污水泵站、厦门鼓浪屿景区环岛截污泵站、山东寿光圣城西街污水泵站等。目前国内外污水一体化预制泵站单筒最大规模已达0.6m3/s[1]。一体化泵站具有占地面积小、安全性高、环境友好、造价低及自控能力强等特点，与传统混凝土泵站相比优势突出，将成为中小型泵站建设的一个趋势[2]。
一体化泵站主要由井筒、水泵、格栅、阀门、控制柜、通风系统、管路系统组成，其中主体部分一般在工厂内预制，并在出厂前进行预装和测试，以缩短现场安装时间，提高系统可靠性。一体化预制泵站的主体组成一般有通风系统、检修盖板、顶盖、井筒侧壁、进水管路、出水管路和阀门、水泵、底座、底板、控制柜等。
2 设计应用实例
2.1项目概况
某地沿江大道6#排放口为市政溢流口，污水主要来自于老城区隆康路、胜利三路、大公桥等周边区域。经测量，排污口为单孔2.8×2.2m箱涵，现场有生活污水外溢，水量较大，水质浑浊，异味明显。
根据现场调查，上述区域收集的污水应该经过截污井J213截污后接至大公桥污水泵站，再由污水泵提升至下游排水箱涵，最终至临江溪污水处理厂。经查阅大公桥防洪改造工程排水图纸发现，该处截污闸门井底标高为48.70m，箱涵顶板内标高为51.45m，大公桥片区居民区地面现状标高为52.00m左右，现状污水管道管底标高为50.37m，管径为d800，则管顶标高为51.17m，已接近排水箱涵顶标高，因此若将闸门关闭，则污水管涵收集系统内水面均将抬高，极易引起倒灌。由于存在上述问题，每年5月-9月市政环卫处需经常开启天官桥闸门，当关闭不及时时会导致污水直排长江。
2.2截污改造设计方案
（1）总体方案
考虑到兼顾截污和排涝，本次改造拟在现状箱涵处新建截流井和提升泵站，截流后的污水经泵站提升后进入现状沿江大道截流干管，继而进入现状大公桥污水泵站。
（2）泵站规模
经过实地摸排调查和现场水量监测，6#排污口箱涵旱季平均流量约为9000m3/d，拟建泵站旱季规模取0.95万m3/d（KZ=1.61）。考虑旱季两台水泵运行，则单泵流量为319m3/h。现状截流系统雨季截流倍数n0=1，则拟建泵站需设置3台水泵，即旱季2用1备，雨季3台全部启用。
（3）泵站型式
根据相关部门合周边居民意见，现状箱涵位于御江一品小区和金江银座大厦之间，箱涵边上的道路为周边居民出行必经之地，截污改造工程不能阻碍道路通行，也不得影响南侧御江一品小区施工。经反复踏勘现场，与建设单位及规划部门共同确认泵站选址大致位置（下图1红色区块所示），该选址位于现状道路和御江一品小区红线之间，泵房占地面积约50m2。
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图1 泵站选址位置图
污水泵站目前主要有一体化泵站和传统混凝土泵站两种型式，针对本案列而言，泵站占地面积极小，周边交通不便，而且为不影响御江一品小区施工，泵站基坑开挖回填周期要求很短，同时考虑紧邻居住小区，对噪音控制要求高。经综合考虑，传统混凝土泵站无法满足需求，只能选择一体化预制泵站。
（4）一体化泵站设计
新建一体化预制式泵站一座，直径3.2m，深7.7m，采用3台潜污泵，单台Q=319m3/h，H=7m，Pe=9KW，配变频，旱季2用1备，雨季3台同时启用；截流井加装人工格栅，一体化泵站进水管后设粉碎型格栅1台，Q=1040m3/h，Pe=5.5KW，切割后6~12mm；水泵每小时最高启停10次，有效水深2.3m，有效容积18.49m3。一体化泵站平、剖面图见图2。
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图2 一体化泵站平、剖面图
（5）泵站平面、高程设计
为方便后期运维管理和安全，泵站设置围墙，截流井、控制柜等地面设施均在围墙内。围墙内进行硬化，设置雨水口，雨水口连接管直接排至截流井截流堰下游。
泵站所在位置现状路面标高为52.00m，考虑到该处较为低洼，泵站平面高程确定为82.50m。泵站南侧小区地面标高为55.30m，与泵站地面高差2.8m，小区北侧红线后退2.8m为一排支护桩，两者之间为地面停车位。由于南侧小区红线与现状排水箱涵间距仅4m，泵站底板和筒体无法施工安装，通过详细计算和布置，经建设单位、规划部门及小区同意，一体化泵站向南平移，一半以上的部位位于小区红线内，三面采用支护结构，上部顶板与小区地面齐平，停放车辆，泵站上方净空高度2.45m，可以正常起吊设备。
泵站总占地119.2m2，其中小区红线外占地102m2，小区围墙内占地17.2m2。泵站总平面布置、场地剖面示意图见图3。
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图3 泵站总平面布置、场地剖面示意图
3 设计要点与思考
本案例于2014年底完成施工图设计，2015年中完工，现已正常运行5年，现场实景如图4所示。现结合实际运行情况，对一体化污水泵站的设计要点思考总结如下：
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图4 泵站现场照片
（1）泵站平面布置
一体化泵站地上设施较少，主要有井筒顶盖上的检修口、通风管、控制柜、箱变、必要的进水管阀门井等。除井筒尺寸（一般为?1200~?3800）占地较为明确外，其余设施可结合周边道路布置。因此一体化泵站难以明确用地指标。
结合本案例实际运行效果和运维单位反馈意见，一体化污水泵站设置通透式围墙，将截流井、控制柜、箱变等置于围墙内，并设置硬化检修空地，即美观又方便管理，还有利于保障设施及居民的安全。参考《小城镇污水处理工程建设标准》（建标148-2010），污水泵站（规模不大于1万m3/d）面积为200~450平米[4]，单个筒体的一体化泵站总占地面积可按100m2左右考虑。
（2）进水格栅
本案例设计时尚无专门的规程、规范或标准，为贯彻无人值守理念，选取粉碎型格栅，同时为了减少合流管渠雨季杂质的影响，在截流井处设置人工格栅网，栅条间隙为30mm。经过多年运行发现，人工格栅网的设置有效保护了粉碎型格栅，但拦截物清捞不便，建议改为提篮式格栅，栅条间隙可提高到40~50mm。
（3）集水池有效容积
《室外排水设计规范（2016年版）》（GB50014-2006）规定，集水池有效容积不小于最大一台水泵5min的出水量，水泵为自动控制时，每小时开动水泵不得超过6次。这一规定是为了防止水泵频繁开启的，但随着水泵工艺的进步及控系统的改良，目前国内外一体化预制泵站配备水泵的每小时最大允许启停次数一般为10~30次，可较少集水池的容积[1]。本案例设计每小时最大允许启停次数为9次，集水池有效容积为单台水泵3.48min的出水量，是传统混凝土泵站的70%左右（有效水深降低1.0m），经过多年运行未出现问题。
《一体化预制泵站工程技术标准》（CJJ/T285-2018）规定，集水池有效容积V=最大水泵流量/4/水泵每小时最大启停次数[1]。同样按水泵每小时最大启停次数为6次考虑，相当于一体化泵站集水池有效容积不小于最大一台水泵2.5min的出水量，与现行《室外排水设计规范》严重冲突。考虑到水泵每小时最大启停次数得到大幅提高，为保障污水系统安全可靠，建议仍采用现行《室外排水设计规范》的相关规定，设计时考虑水泵最大启停次数为12次，对应集水池有效容积不小于最大一台水泵2.5min的出水量，有效容积降低一半。确定供货厂家后，再与厂家复核水泵最大停次数，有可能再次降低有效水深和井筒总高度。
4 结论
一体化泵站较传统土建泵站具有占地小，井筒及设备一次采购安装，施工周期短，无人值守，可以远程操控等优点。随着老城区污水系统提质增效和污水处理设施补短板强弱项的逐步实施，一体化泵站将得到更大程度的应用和推广。经过认真分析，一体化污水泵站在老城区排水管网截污改造的设计应用上有以下几点结论和建议。
（1）一体化污水泵站尽量设置通透式围墙，将截流井、控制柜、箱变等置于围墙内，保障设施及居民的安全。井筒旁应留有不小于井筒面积的硬质检修空地，单个筒体的一体化泵站总占地面积可按100m2左右考虑。建议相关规范标准明确一体化泵站的用地指标。
（2）如泵站进水来自合流渠道（箱涵）截流，一体化污水泵站采用粉碎型格栅时，应在截流井处设置提篮式格栅，栅条间隙可取40~50mm。
（3）一体化污水泵站集水池的有效容积设计计算时，水泵最大启停次数按12次考虑，则有效容积不小于最大一台水泵2.5min的出水量，有效水深按2m左右考虑，继而结合水泵布置确定井筒尺寸。确定供货厂家后，再与厂家复核水泵最大停次数，适当调整有效水深和井筒总高度。
参考文献：
[1] CJJ/T285-2018，一体化预制泵站工程技术标准[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2018.
[2] 温展鸿. 城镇污水设计中的一体化泵站应用[J]. 珠江水运, 2018,08: 92-93.
[3] 建标148-2010，小城镇污水处理工程建设标准[S]. 北京:中国计划出版社, 2011.
[4] GB50014-2006（2016年版），室外排水设计规范[S]. 北京:中国计划出版社, 2016.
作者简介：周航（1987-），男，硕士，工程师；张伟鹏（1989-），男，硕士，工程师；何帅（1990-），男，硕士，工程师.