浅谈永幸河泵站设计思路及要点

2016-02-05朱彤

治淮 2016年7期

关键词：前池泵房壤土

朱彤

浅谈永幸河泵站设计思路及要点

朱彤

一、基本情况

永幸河泵站位于淮北大堤饶荆段，凤台县城北约1km的永幸河入淮河口处，建成于1978年6月，是永幸河灌区的骨干控制工程。

因老站排涝标准低，流态差、装置效率低，设备及土建结构老化损坏严重等，在世行贷款安徽省淮河流域重点平原洼地治理工程西淝河下段洼地工程中，对永幸河泵站进行了拆除重（扩）建。重建的永幸河泵站设计抽排流量为80m3/s，设计灌溉流量40m3/s，灌区面积560km2，耕地55万亩，泵站装机5台，单机容量1250kW，总装机6250kW，工程等别为Ⅱ等，工程规模大（2）型。重建的泵站枢纽由上闸、前池、泵房、压力水箱、灌溉涵、穿堤出水涵及防洪闸、进出水渠和变电站等建筑物组成。泵房等主要建筑物级别为2级；泵站穿堤涵位于淮北大堤，为1级建筑物。重建工程自2011年10月开工建设已基本完成，并发挥了巨大的防洪、经济和社会效益。

二、工程地质条件

站址处地层自上而下依次为：堤身素填土，主要为重粉质壤土，夹轻粉质壤土、砂壤土、极细砂等，较不均匀，弱透水性；①层轻粉质壤土夹砂壤土，局部夹重粉质壤土薄层，弱透水性，强度较低，厚度变化大；②层中粉质壤土，硬—可塑，夹轻粉质壤土、砂壤土，强度较好，微透水性；③层极细砂，中密～密实，强度高，中等～弱透水性；③1层细砂，位于上游河段，夹泥质，强度相对较低，稍密~中密；④层重粉质壤土，硬塑，强度高，压缩变形小，微透水性。

地下水以孔隙承压水为主，主要储藏于③1、③层极细砂中，与淮河水有密切水力联系。

重建泵房底板开挖高程8.52m，位于②层中粉质壤土上。上闸闸室坐落于③1层极细砂，此层渗透性大，抗冲性差。拟建场地内素（堤身）填土和①层轻粉质壤土夹砂壤土，粘性小，抗冲性能差。

该工程区域内地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为6度。

三、枢纽总体布置设计思路

永幸河泵站枢纽具有抽排、抽灌、自排等功能。抽排时由永幸河抽排入淮河；灌溉时引抽灌的淮河水至上游永幸河灌区；自排是由永幸河经节制闸（上闸）、船闸闸室、下闸（防洪闸、已于先期加固）进入淮河。

重建工程布置时主要考虑了以下因素：（1）重建泵站是在已有枢纽工程的基础上为扩大其抽排流量而兴建的，不改变自排和灌溉工况时的过流量及运行要求。（2）重建工程施工总工期两年多，泵站主体部分施工跨两个枯水期，其间须满足每年5～9月永幸河流域排涝和灌溉期灌溉要求，即新站施工期须维持老站的运行。（3）尽可能减小拆迁难度，降低赔偿额度。站区东侧紧临淮北大堤；南侧为城区道路，道路以南为居民楼群；北侧为泵站管理处生活和办公区，距站区东北角不足10m远处为一幢新建的办公楼；管理处宿舍区以西为密集的居民区。站区周围无合适的新站址，而所在的淮北大堤为国家1级堤防，为保障其防洪安全，新建站不宜采用堤身式布置，故为减小征地拆迁难度，节省工程投资，重建站仍须布置于原站区范围内。（4）淮北大堤非汛期破堤后，汛前须恢复原断面，满足度汛要求。工期安排的关键节点为：第一个枯水期破堤施工后，第二年3月底、4月初前须完成穿堤涵施工、下放防洪门及土方回填复堤；第三年汛前完成机组和设备安装、拆除内外侧围堰，第三年汛期实现由新站排涝。

综合考虑上述因素，枢纽主要建筑物布置如下：

（1）新建站：为满足施工期老站运行要求，同时新站应尽可能靠近永幸河以方便进出水明渠的布置及减小工程征地范围等，将新建泵房按堤后式布置于老泵房北侧20m的原有变电站处。为改善泵站的进出水流态，提高机组的运行效率，泵站进出流均采用正向布置。采用块基型泵房。泵房内“一”字型布置5台机组，水泵型号为2000ZLQ18-4.5，配套电机型号为TL1250-28/2600。泵房自下而上设流道层、水泵层、中间层（两道）和电机层。安装间布置在主厂房左端、与机组段电机层高程相同。泵房进水流道的进口设置拦污栅（人工清污）和检修闸门，以方便运行期单台机组故障检修。每台泵流道出口处均设拍门和事故备用控制闸门。副厂房布置在主厂房下游侧的压力水箱上。压力水箱后新建穿堤出水涵与淮北大堤正交，出口处建防洪闸并通过明渠弯道将涝水汇入永幸河。

（2）上闸：根据新泵房位置，为满足新站正向进水布置需要，将老上闸拆除并上移105m重建新上闸。汛期永幸河上游来水中水草较多，须及时清除以保证机组正常运行。因“Y”形前池面积较大，为避免汛期抽排时站前污物积聚过多，影响泵站美观，故将新上闸布置为5孔拦污进水闸，左边孔为灌溉涵出口检修闸孔，其余4孔为节制闸孔，设闸门、拦污栅和清污机。枯水期可关闭上闸工作闸门并排空前池，进行各台机组及前池的检修。

（3）灌溉涵：分为四段：①进口段：在压力水箱末端左侧设灌溉涵进口控制闸。②涵洞段。③安装间段：该段从安装间下穿过，与安装间段泵室结构融为一体。④岸墙段：该段与前池左侧空箱式岸墙融为一体，延伸至上闸左边孔。

（4）变电站：施工期建临时变电所，待拆除老泵房后，于新建泵房右侧的老泵房处新建变电站。

四、枢纽技术难点设计

1.改善前池进水流态的措施

为维持新站施工期老站的运行，新泵房布置于老站左侧，故进水渠向左侧开挖、拐弯进入新站进水池。弯道布置影响了前池进水流态，易导致机组进流不均、尤其是最右侧的一台水泵进流不充分。为解决这一问题，在安徽省内泵站中首次采用了前池导流墩设计，布设了4道圆弧形导流墩以改善前池进水流态。导流墩在平面上呈扇形布置，各墩同圆心等间距，并与泵室进水流道中隔墩一一对齐。从近年机组运行实践来看，上述措施实施效果良好。

2.地基处理

新建泵房基底为②层中粉质壤土，采用天然地基。

上闸闸室及其上游挡墙、前池两侧空箱式挡墙及灌溉涵的基底均为细砂层，为保证枢纽建筑物的抗渗稳定性，对上述建筑物基底均进行换土处理，换填粉质粘土或中、重粉质壤土，换土深度前池挡墙基底为1.0m，其余均为1.5m，换土范围为各建筑物基底并向两侧分别延伸1m；闸室上游混凝土护坦及浆、干砌块石护底下方设置共计35m长、厚度为1.0～1.1m的粘土铺盖。上述建筑物基底换土及闸上粘土铺盖均要求分层碾压夯实，压实度不小于0.92。

在施工过程中，现场开挖显示穿堤涵洞基底约2m厚的轻粉质壤土夹砂壤土层较松散，在地下潜水作用下稳定性差。穿堤涵施工工期紧，须确保按期下放防洪闸门及回填复堤。为保证工程施工质量和进度，并确保淮北大堤1级堤防穿堤建筑物抗渗稳定性，对穿堤涵基底进行了换填7%水泥土处理，沿洞线方向置换范围为涵洞洞身底部（进出口各延伸1.0m），垂直洞线方向置换范围为洞身两侧各延伸1.0m，压力水箱、出口钢筋混凝土护坦及其两侧挡墙下卧轻粉质壤土层薄而松散部位，亦根据现场实际情况换填1.2m厚水泥土。水泥土的填筑压实度不小于0.94，同时满足干密度不小于1.60g/cm3。

3.基坑支护

新建站基坑最大开挖深度达13.8m，而新站机组投入使用前须维持老站运行，工期十分紧张。新泵房距老泵房仅20m，该段开挖时不具备全放坡条件；基坑开挖深度范围内存在承压水；开挖土层中广泛分布抗渗性差的轻粉质壤土夹砂壤土层，该层从现场开挖情况看，在地下水作用下流动性强、易塌落，若不采取支护措施，极易发生基坑边坡坍塌，从而危及老泵房的稳定及新站基坑的安全。为保证泵站重建工程的顺利实施以及新站施工期老站灌溉、排涝功能的正常发挥，新站基坑采取了放坡开挖与双排灌注桩支护结合的方式进行临时支护，即上部在20.0m高程处放坡开挖（坡高4.1m），下部设双排灌注桩支护。灌注桩桩径1.0m，桩距1.6m，分两排布置，排距2.4m，共计71根桩，其中有13根桩的上半部位于前池右侧挡墙范围。处理方式是：施工后期将挡墙范围内的桩身混凝土凿除后，将其受力钢筋锚入挡墙底板。因基坑开挖范围内出露的土层多为轻粉质壤土夹砂壤土，为防止桩间流土，桩后采用多头小直径防渗墙进行加固，防渗墙厚度不小于 0.22m，渗透系数小于1.0E-6cm/s。

4.地下水控制

因基坑开挖深度大，边坡广泛分布的①层轻粉质壤土夹砂壤土层在承压水作用下流动性大、易塌落，而基坑周边建筑物众多，故地下水控制是施工期面临的又一大考验。施工中采用了深井降水措施。考虑到泵站前池范围大、覆盖层薄，而其下方有深厚的砂层，为保证泵站运行期的抗渗安全，除前池钢筋混凝土底板上梅花形布设冒水孔、下设反滤层外，为进一步降低承压水头，避免站前薄覆盖层被击穿，将永久工程与施工期降水相结合，在前池底板中间增设一排直径0.5m、间距3m的砂井，井底与底部砂层连通。

设计要求基坑排水控制降低地下水位至建基面以下0.5m并满足基坑稳定要求，深井降水实施过程中，对深井布置及降水深度进行实时控制，采用水位自动监测等技术，加强地下水位及周边建筑物变形等观测，密切关注深基坑开挖及工程降水施工对临近建筑物的安全影响，施工中未出现异常情况。