一种水厂渠道系统

技术领域

本发明属于渠道设计技术领域，具体涉及一种水厂渠道系统。

背景技术

渠道是水厂的重要组成部分，连接不同处理单元或位于部分处理单元内，用于运输水体介质，渠道内部安装设备和仪器，起到处理和检测水质的作用。渠道能否正常工作直接影响水厂运营。

常规渠道为钢筋混凝土材质，呈矩形截面，渠道壁板厚度为200~300mm。渠道一般侧挂在池壁顶部位置，有的渠道位于池体内部一侧，有的渠道位于池体外侧，也有渠道悬挂于顶部梁板。钢筋混凝土渠道和周边池壁、顶部梁板形成整体结构，其抗震计算模型不明确，常为地震发生时水厂结构体系的薄弱部位，易产生结构破坏，维修改造时间长、成本高。渠道内需要安装格栅、紫外和闸门等附属设备，常规钢筋混凝土渠道设计有大量预留预埋，存在局部造型复杂的结构，现浇施工难度大的问题，且根据需要常在内部做二次浇筑，支模施工困难，进度慢，质量不佳。

因现有钢筋混凝土渠道在施工、运营和后期改造等各个方面中存在各种问题，且现有渠道尚未形成成熟、合理的抗震标准和结构体系，因此亟需对现有钢筋混凝土渠道系统进行改进。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种水厂渠道系统，该渠道系统的支架模块保留承载、抗震的主体结构，去除渠道壁板，减轻自重荷载，可达到更好的抗震设防目标；渠道模块采用轻质薄壁渠道，可拆卸安装在支架模块上，传力路径清晰，结构形式可靠；形成的渠道系统抗震性能好，节约材料和造价，可采用工厂生产、现场安装的方案，安拆便捷，节约工期，且设备仪器兼容性好，施工空间受限小，更加方便安全。

本发明采用的技术方案如下：

一种水厂渠道系统，包括支架模块和渠道模块；

所述支架模块包括：

若干主梁，每根所述主梁一端与池侧壁连接，另一端水平向外延伸，若干所述主梁平行间隔设置；

若干立柱，所述立柱下端与所述主梁向外延伸的一端连接，上端连接至顶部梁板，所述立柱和所述主梁一一对应构成单榀框架；

次梁，水平通长设于所述主梁向外延伸的一端处，与所述主梁垂直；

挑沿，水平通长设于所述池侧壁上，连接所述主梁位于所述池侧壁的根部处；

所述渠道模块为轻质薄壁渠道，可拆卸的安装于所述主梁、次梁和挑沿上，位于所述单榀框架内。

在本申请的一种实施例中，所述渠道模块包括标准区段和端部区段，所述标准区段包括平面板材围合成的渠道主体，所述端部区段包括波纹板材围合成的渠道主体。

在本申请的一种实施例中，所述渠道模块端部区段的端部封板上设有泄流洞口，所述泄流洞口安装有受力可拆卸的泄压板；

或，

所述渠道模块端部区段的端部封板和/或顶壁上设有溢流口，所述溢流口高于常态水位设置，安装有可翻转的活动盖板。

在本申请的一种实施例中，所述端部封板在所述泄流洞口周围设加固结构；

和/或，所述泄压板为刚度大但强度低的脆性构件；

和/或，所述泄压板外侧设置有若干道刚性杆，所述刚性杆一端与泄压板连接，另一端与所述支架模块、池侧壁或顶部梁板连接。

在本申请的一种实施例中，还包括抗震支座，所述抗震支座设于所述渠道模块的标准区段处，安装于所述次梁和所述挑沿上，上侧与所述渠道模块底部抵接。

在本申请的一种实施例中，所述抗震支座为复合橡胶支座。

在本申请的一种实施例中，所述次梁和所述挑沿与所述渠道模块端部区段对应处设有滑动构造面，所述滑动构造面与所述渠道模块的端部区段底部滑动抵接。

在本申请的一种实施例中，所述渠道模块内部沿长度方向设有若干挡水构件，所述挡水构件为高位防波板或者为低位挡水板；

所述高位防波板固定安装于渠道内上部，若所述高位防波板底部略低于常态水位，所述高位防波板上设有通气孔；若所述高位防波板底部高于常态水位，则不设通气孔；

所述低位挡水板包括连接轴，固定设于连接轴上部的上挡板和固定设于连接轴下部的下挡板，所述上挡板和下挡板相垂直，所述连接轴限位转动安装于渠道内侧壁上；当常态水位时，所述下挡板位于水流中，与水流方向一致，所述上挡板略高于常态水位，垂直于渠道长度方向；当水流波动时，冲击所述上挡板，能使连接轴转动90°后锁定。

在本申请的一种实施例中，还包括抗震堵水组件，所述抗震堵水组件包括传感器、控制器和堵水气囊，所述堵水气囊安装于所述渠道模块的进水洞口，所述传感器安装于所述端部区段由波纹板材围合成的渠道主体处；所述传感器、控制器和堵水气囊电信连接。

在本申请的一种实施例中，所述支架模块为钢筋混凝土构件；

所述渠道模块为预制的薄壁预应力钢筋混凝土渠道、化学材质渠道、钢材质渠道或钢材质与化学材质的复合渠道。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明的水厂渠道系统，其支架模块保留承载、抗震的主体结构，去除渠道壁板，减轻自重荷载，可达到更好的抗震设防目标；渠道模块采用轻质薄壁渠道，可拆卸安装在支架模块上，传力路径清晰，结构形式可靠；形成的渠道系统抗震性能好，节约材料和造价，可采用工厂生产、现场安装的方案，安拆便捷，节约工期，且设备仪器兼容性好，施工空间受限小，更加方便安全。

2、在渠道模块的标准区段（渠道长度方向的主要部分）下方设置抗震支座，在端部区段下方设置配合的滑动构造面，抗震支座有效缓冲和隔离渠道模块与支架模块之间的震动传递；渠道模块端部区段采用波纹板材围合成，与滑动构造面配合，可适应地震工况产生的较大相对位移，通过往复拉压变形和滑动摩擦消耗地震动能，与滑动构造面配合，在地震时可放大相对位移，更好的触发端部泄压板的破坏机制和堵水气囊的工作机制。与通过“加强和保护结构体系”的传统抗震思路不同，本申请在端部的局部结构采用“引导结构定向破坏”的思路，将渠道模块受地震影响的无序破坏改为影响可控，修复快捷的定向破坏形式，通过泄压构造进一步消耗地震能量，同时改善工作条件，达到保护渠道系统主体结构的抗震目标。

3、根据渠道液面标高等条件，在内部设置对应的挡水构件消减渠道内液面晃动和波动，分散涌流对渠道的冲击效应，避免水流和水压在渠道模块长度方向上积累而造成渠道的破坏，增加渠道系统的安全性。

4、设置抗震堵水组件，通过监测端部区段渠道的位移、变形等信息判定地震信号，自动启动堵水气囊拦截进水，避免地震发生时渠道模块持续进水，改善地震工况下渠道系统的受力模型。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请中水厂渠道系统的立体结构示意图。

图2为本申请中支架模块的俯视结构示意图。

图3为本申请中水厂渠道系统的俯视结构示意图。

图4为顶部梁板的俯视结构示意图。

图5为图3中A-A方向的剖示结构示意图。

图6为本申请中抗震堵水组件的结构示意图。

图7为本申请中水厂渠道系统设置高位防波板的结构示意图。

图8为本申请中水厂渠道系统设置低位挡水板的结构示意图。

图9为本申请中渠道模块设置溢流口和活动盖板的结构示意图。

图10为本申请中抗震堵水组件的工作流程示意图。

附图标记：

100、支架模块；110、主梁；120、立柱；130、次梁；140、挑沿；

200、渠道模块；210、标准区段；220、端部区段；221、端部封板；222、泄流洞口；223、泄压板；224、溢流口；225、活动盖板；230、进水洞口；231、堵水气囊；232、传感器；

31、顶部梁板；32、池侧壁；

4、刚性杆；

5、抗震支座；

6、滑动构造面；

71、高位防波板；711、通气孔；72、低位挡水板；721、连接轴；722、上挡板；723、下挡板。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

本发明施例提供了一种水厂渠道系统，该渠道系统设置于水厂或污水厂的水池顶部，包括相互分离的支架模块100和渠道模块200等。

如图1至图5所示，支架模块100为钢筋混凝土构件，包括若干主梁110、若干立柱120、次梁130和挑沿140（也即牛腿）等。

若干主梁110水平设置，一端与池侧壁32垂直连接，经钢筋锚固挂设于池侧壁32上，另一端水平向外延伸；若干主梁110平行间隔设置在同一水平面内。

若干立柱120竖向设置，下端与主梁110向外延伸的一端连接，上端连接至顶部梁板31。立柱120与主梁110一一对应连接，构成单榀框架。其中立柱120优选锚固连接至顶部梁板31的梁构件上，主梁110与顶部梁板31的梁构件平行且对应设置。

次梁130水平通常设于主梁110向外延伸的一端处，沿渠道长度方向设置，与主梁110和立柱120垂直连接。次梁130可包括平行设置的多根，除设于主梁110向外延伸的端部处，还可以与主梁130中部区域垂直连接。

挑沿140也称牛腿，水平通长设于池侧壁32上，并与主梁110连接池侧壁32的根部处垂直连接。

渠道模块200为轻质薄壁渠道，可拆卸的安装于主梁110、次梁130和挑沿140上，即主梁110、次梁130和挑沿140组成支架模块100的底部承载平面，渠道模块200安装于该承载平面上，且位于立柱120与主梁110组成的单榀框架内。

综上，本申请的支架模块100呈框架结构，设置于池侧壁32和顶部梁板31上，其主梁110和立柱120围合成若干单榀框架，水平次梁130和挑沿140分别以水平主梁110和池侧壁为支承，沿渠道下方布置，形成渠道通常支架，单榀框架和垂直方向的次梁130和挑沿140组成整体的钢筋混凝土框架式支架模块体系，结构形式简单，受力合理；其支架模块100保留承载、抗震的主体结构，去除渠道壁板，减轻自重荷载，可达到更好的抗震设防目标；渠道模块200采用轻质薄壁渠道，可拆卸的安装在支架模块100上，传力路径清晰，结构形式可靠；形成的渠道系统抗震性能好，节约材料和造价，可采用工厂生产、现场安装的方式，安拆便捷，节约工期，且设备仪器兼容性好，施工空间受限小，更加方便安全。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例的渠道模块200为装配式结构，采用设备化思路。由工厂生产后运至现场进行安装。渠道模块200的轻质薄壁渠道可为预制的薄壁预应力钢筋混凝土渠道、化学材质渠道、钢材质渠道或者钢材质与化学材质的复合渠道等。渠道模块200接头部位可选用承插、法兰连接、焊接等方式进行连接，适应不同的连接需求和使用场景。接头部位应设置止水结构。渠道模块200为钢材质渠道时，内侧做内衬层，内衬层可采用有机或无机防腐材料，粘接、涂覆于钢制渠道上形成复合构造。

渠道模块200横截面呈矩形、类矩形结构，渠道模块200沿长度方向可划分为标准区段210和端部区段220，标准区段210为渠道模块长度方向的主体部分，端部区段220位于渠道模块进出口两端及转弯部位处，渠道模块200由若干标准区段210和端部区段220组装而成。标准区段210包括由平面板材围合成的渠道主体，端部区段220包括由波纹板材围合成的渠道主体。当然，标准区段210也可在平面板材区段间隔设置若干波纹板材围合成的波纹区段，波纹区段的构造具有弹性变形的能力，可往复变形适应渠道因地震产生的位移变形，消耗渠道的集中应力，减弱渠道模块200的地震效应。优选渠道模块200为装配式钢材质渠道，平面板材即为平面钢板，波纹板材即为波纹钢板。

在端部区段220设置波纹板材为合成的渠道主体，可很好的适应地震工况下渠道端部内产生的较大涌流，通过波纹区段往复拉压变形，减小、消耗地震能量，一定程度上保护渠道系统不被破坏。

实施例3

在实施例2的基础上，如图1所示，本实施例的渠道模块200端部区段220的端部封板221上设有一泄流洞口222，该泄流洞口222密封安装有受力可拆卸的泄压板223。在地震工况下，渠道模块200端部位置的涌流会形成较大冲击流，有可能造成渠道局部破坏，设置该受力可拆卸的泄压板223，在较大涌流作用下可优先定向破坏该泄压板223，将渠道模块内的位置和形式不定的无序破坏形式改为定向破坏形式，泄压板223的破坏会消耗地震能量，使渠道内的水流由泄流洞口222排出带走地震动能，并减少内部盛水荷载，使渠道模块的荷载条件和地震反应发生根本性改变，由原来复杂的“固体-液体”耦合形式变成常规的钢制渠道固体形式，极大地降低渠道模块200和内部设备的不确定破坏风险。

优选地，端部封板221在泄流洞口222的周围设有加固结构，加固结构如加强筋肋等，以提高泄流洞口222周围的承载能力，抵抗较大的冲击力。

泄压板223为刚度大但强度低的脆性构件，如为采用塑钢、陶瓷、铸铁或玻璃等材料制成的泄压板。平时可承担常态水压，在较大地震工况下受冲击变形时容易破碎。且泄压板223设置为可拆卸结构，破损时易于拆卸，且安拆便捷。

如图1和图3所示，在一种实施方式中，泄压板223外侧还设置有若干道刚性杆4，刚性杆4一端与泄压板223外侧受力不利位置连接，另一端沿渠道长度方向倾斜延伸并与支架模块100的立柱120、池侧壁32或顶部梁板31连接，抵接泄压板223外侧。地震工况时，渠道模块在端部区段220的波纹板材部分往复变形与支架模块100、池侧壁32及顶部梁板31产生相对位移，使得刚性杆4抵接在泄压板223的端部产生集中应力，当地震超过一定烈度，在端部区段220波纹板材变形与刚性杆4相互作用下优先发生泄压板223破坏，进行定向泄流。定向破坏可避免渠道破损位置不可控，在精密设备等设施上方漏水时造成次生灾害损失，进一步地，池外渠道在泄流洞口222下方应设置导水槽，将泄流水体导流至下方集水坑或储水罐。泄压板223震后破损可快速更换，恢复通水运营。

实施例4

在实施例2的基础上，如图9所示，本实施例的渠道模块200端部区段220的端部封板221和/或端部顶壁上设有溢流口224，位于端部封板221上的溢流口224应高于常态水位设置；溢流口224上安装有可翻转的活动盖板225。

当地震工况时，渠道模块200端部涌流较大，水力扬程远超渠顶标高时，冲击水流可顶开端部封板221及顶壁上溢流口224的活动盖板225，将渠道内水流定向外泄到渠道模块200外，减小地震工况时渠道内部水体剧烈波动对渠道模块的影响。水流外泄可带走地震能量，减小渠道内部荷载和复杂的耦合效应，一定程度降低地震对渠道系统的破坏概率。

实施例5

在实施例2、3或4基础上，本实施例还设置有抗震支座5，该抗震支座5设于渠道模块200的标准区段210处下方，与平面板材围合成的渠道主体对应。抗震支座5沿渠道长度方向布置，安装于次梁130和挑沿140上，其上侧与渠道模块200的标准区段210的平面板材围合成的渠道主体底部抵接。

可选地，抗震支座5为复合橡胶支座，可由多层橡胶和钢板交替叠置结合而成，单层厚度为2~5mm；当然抗震支座5也可以是其他形式的复合橡胶支座。进一步地，可在标准区段210下方设置与抗震支座5匹配的限位构件，如角钢和软隔垫等，防止罕遇地震工况下渠道模块200与支架模块100发生较大的相对位移。

次梁130和挑沿140与渠道模块200端部区段220对应处设有滑动构造面6，该滑动构造面6可为光滑的钢板滑槽预埋件，与端部区段200的波纹部位对应，滑动构造面6与端部区段200的波纹部位底部滑动抵接，接触界面涂刷有润滑材料，如硅脂等，起润滑作用。

钢筋混凝土的支架模块100是承载和抗震能力强的刚性结构，钢制的渠道模块200是适应变形和耗能较强的柔性结构，两者之间设置抗震支座5进行衔接。正常工况时，抗震支座5为渠道模块200和支架模块100的接触面增加缓冲层，避免硬性接触，改善界面受力条件；地震工况时，使结构反应集中于抗震支座5处，阻隔和减弱地震能量的传递，使渠道由激烈的摆动变为缓慢的平动。滑动构造面6的设置与端部区段220弹性变形的波纹构造配合，在地震时放大端部的相对位移，与泄压板223及刚性杆4相配合，可更好的触发泄压板223的定向破坏，实现“引导结构定向破坏”的机制。

实施例6

在实施例1-5的基础上，本实施例在渠道模块200内部沿长度方向间隔设置有若干挡水构件。挡水构件的类型根据渠道模块设计运行常态水位的高度进行确定。常态水位较高的，渠道模块200内设置的挡水构件为高位防波板71；常态水位较低的，挡水构件为低位挡水板72。对不同常态水位的渠道模块200设置不同类型的挡水构件，可更好地消减渠内水流涌动，分散渠内动态水压。

如图7所示，高位防波板71为固定形式，横向固定安装于渠道截面内上部，包括两种形式，一种形式是高位防波板71底部略低于常态水位，即底部浸入水中，该高位防波板71在常态水位以上的板上位置设置有若干通气孔711（顶部趟口的渠道不设通气孔）；另一种形式是高位防波板71底部未浸入水，为非浸水高位防波板，板上不设通气孔。两种形式的高位防波板71配合设置，在渠道模块内液面波动初始位置处设置浸水高位防波板，在液面波动发展位置处设置非浸水高位防波板，可很好地消减渠内水流涌动，分散渠内动态水压。

如图8所示，低位挡水板72为活动形式，包括连接轴721、上挡板722和下挡板723，其中上挡板722由一侧边固定设于连接轴721上部，下挡板723由一侧边固定摄于连接轴721下部，该上挡板722和下挡板723相互垂直。连接轴721、上挡板722和下挡板723固定为一体。当常态水位时，连接轴721竖向限位转动安装于渠道内侧壁上，下挡板723位于水流中并与水流方向一致（即与渠道长度方向一致），上挡板722略高于常态水位并垂直于渠道长度方向。当地震工况水流波动较大时，水流涌动冲击上挡板722，使低位挡水板72整体发生转动，连接轴721转动90°后会发生锁定，锁定时下挡板723垂直渠道长度方向，拦截涌动的水流，分散冲击作用，减少冲击水流在渠道长度方向上过量累计。连接轴721转动90°后可通过插销、凹槽等限位结构进行锁定，使转动位移发生后不可逆转。

实施例7

如图3、图6和图10所示，本实施例的水厂渠道系统还包括抗震堵水组件，抗震堵水组件包括传感器232、控制器和堵水气囊231等。其中，堵水气囊231安装于渠道模块200的进水洞口230处，传感器232安装于渠道模块200中端部区段220由波纹板材围合成的渠道主体处，传感器、控制器和堵水气囊231电信连接。

当发生地震时，地震特征信号（如位移、速度和振动波形式等）通过传感器监测并传递给控制器，控制器对信息进行分析并判定，判定是否为地震，以及判定地震是否达到预设地震烈度，若判定为地震且达到预设地震烈度，则向堵水气囊231发出动作信号，触发堵水气囊231使堵水气囊231充气膨胀堵住进水洞口230，避免渠道模块200持续进水和在破损处持续向外溢流。其中，控制器中预设地震烈度可包括位移、速度和加速度等反应地震波的特征信号值。

抗震堵水组件与端部区段220、泄压板223及溢流口224等配合设置，在地震发生时局部放大地震反应（如位移和变形），消耗地震能量，触发泄压板223和堵水气囊231的工作机制，改善渠道系统的荷载和抗震条件，减小地震对渠道系统的破坏，提高渠道系统的抗震能力。