倒口泵站更新改造总体设计方案对比分析

【摘要】倒口泵站位于柴湖镇群益村柴湖围堤桩号20+100处，是钟祥市丹江口库区移民集中安置区的骨干排涝泵站，工程于1968年11月动工兴建，1970年12月竣工。能基本满足整个排涝区排涝要求，但不能满足区域内（西干渠上段）渍水“高水高排”提排要求，亟需加固、改造。通过两种总体设计方案多方面对比分析，最终选用10台单机200KW立式轴流泵的方案，满足更新改造要求，提高倒口泵站的提排能力，达到“高水高排”的要求。

【关键词】倒口泵站；加固改造；方案对比；立式轴流泵

1、工程背景概况

倒口泵站位于钟祥市柴湖镇（围堤20+100桩号），距钟祥城区约25km。工程于1968年11月动工兴建，1970年12月竣工，由由省水利厅设计院设计，省水利工程一团施工。装机容量10×155kW，设计排水流量16.5m3/s。

泵房为堤后式，厂房分列与箱涵两侧分为水泵层、电机层，泵站采用两侧进水流道，单机单管出水，出水流道为两孔箱涵，箱涵尺寸为3m*3.5m*56.7m（宽*高*长）。主要建筑物包括引水渠，拦污栅、前池、泵房、配电房、出水箱涵、消力池、变电站等。引水渠长2300m，底宽由20m渐变至6.8m。

泵房内安装有28ZLB-70型轴流泵10台，JSL128-8型155kW异步电动机10台。主泵设备10台由原武汉水泵厂生产，分别配用杭州发电设备厂生产的10台电机。

泵站电源从柴湖变电站接入，电压等级35 KV，泵站户外设35kv变电站一座，变压器容量为2050kVA，共3台，两台台容量1000kVA，一台容量50kVA。

原设计低压柜型号均为BSL型，为淘汰产品，但因资金原因未进行更新，目前仍在使用中。

变压器低压侧供电方式采用单回路0.4kV电源引入泵房，泵房0.4kV母线采用单母线分段供电形式。

2、工程现状与问题

倒口泵站为堤后式泵站。泵站水工部分工程由泵房、进水渠、前池、压力箱涵（灌溉箱涵和穿堤箱涵）、自排闸、灌溉闸、防洪闸、出口消力池及出水渠等建筑物组成。承担排涝面积68.1km2，灌溉面积6万亩，设计电排流量16.5m3/s，装机容量10×155kw，三等工程。该工程与柴湖排水区的金刚口泵站、白土地庙泵站联合运行，现状规模基本满足排区要求。但泵站建成投入排涝运行43年来，工程本身长期失修、配套工程不完善、管理设施不配套、工程结构破坏、砼严重老化。管理单位虽对工程中出现的一些问题进行过针对性处理，但因资金所限都不彻底，致使工程仍然存在较大的隐患。目前该工程水工部分主要存在的问题如下：

（1）经过安鉴复核计算，倒口泵站复核提排流量为23.1m3/s，现状提排流量为16.5m3/s，在与白土地庙、金刚口泵站联合运行时，能满足整个排涝区排涝要求，但不能满足区域内（西干渠上段）渍水“高水高排”提排要求。

（2）主泵房屋面大梁强度不满足规范要求，泵房下圈梁裂缝，水泵层至底板存在贯穿性裂缝3条，排架柱破损，同时建筑面积太小，不满足安全运行要求，且内壁面脱落，门窗锈蚀变形，无安全防护网。

（3）进出水渠道淤积严重，进口无拦污栅桥，无清污设施；进出水消力池淤积，存在砼碳化、露筋等问题；进、出口挡土墙存在碳化，裂缝的问题；变电站台风化严重，存在裂缝；压力涵箱伸缩缝止水破坏，漏水，中墩存在三条裂缝；出口海漫浆砌石结构破损。

（4）自排闸、防洪闸、灌溉闸排架存在裂缝、变形、露筋等问题，且启闭机房破损严重；

（5）拦污栅安装在水泵层进水口，距离水泵太近，水泵运行期间，经常形成阻塞，导致进水受到严重影响，栅体全部锈损、变形严重。且又无清污设备，故拦污栅使用和检修维护十分不便。

（6）无观测检修设施，管理设施落后，办公条件差。

3、本次改造对工程等别的确定

本次改造泵站的等别、功能基本不变，泵站设计电排流量提升至23.1m3/s，设计电灌流量提升至11m3/s，装机容量10×200kw。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《泵站设计规范》（GB 50265-2010）及《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）有关条文规定，泵站属三等工程，其主要建筑物（主泵房、压力箱涵、出口防洪闸等）按3级建筑物设计；其它次要建筑物按4级建筑物设计；临时建筑物为5级。

设计排涝标准十年一遇一日暴雨三日排至作物耐淹深度，设计灌溉保证率P=85%。

工程地震基本烈度为Ⅵ度。

4、总体改造方案比选

倒口泵站安全鉴定结论：泵站建筑物安全类别评定为四类，机电设备安全类别评定为四类，金属结构安全类别评定为四类，泵站安全类别综合评定为四类。

根据安鉴复核计算及现场检测结果，结合安全鉴定结论，本次对泵站进行更新改造的主要任务有：（1）将电排流量提升至设计标准23.1m3/s；（2）水机重新选型；（3）配套电机，更新高、低压输、配电设备；（4）新建拦污栅桥，配备清污机，更换闸门及启闭机；（5）进水渠及前池清淤、护砌；原泵房拆除重建，新建副厂房；穿堤箱涵和灌溉箱涵维修，对穿堤箱涵部位围堤进行充填灌浆处理；自排闸、灌溉闸、防洪闸启闭房拆除重建；对出口消力池、海漫及边墙维修，出水渠清淤，边坡整形。

上述更新改造中除水机选型、配套电机、泵房重建、变电站重建设计外，其余加固方案较为独立，故本次加固对水机选型选用两个方案（含对应方案电机、变电站、泵房等配套设计），通过综合比选确定最终总体加固方案。

（1）方案一：立式轴流泵方案

立式轴流泵方案选配10台单机200KW轴流泵，设计提排流量为10*2.31=23.1m3/s。将10台机组对称布置在原自排闸进口两侧，水泵出水钢管与原检修井相接进入灌溉箱涵。原泵房全部拆除，新建主泵房机电层高程40.50m，宽6.48m，基础底板高程34.22m（与现状底板高程相同），宽7.28m。厂房单侧长23m（水机层单侧长19.6m），在邻近挡土侧11.1m处、邻近自排闸进口侧8.5m处设沉降缝。检修间布置在厂房正中间，长6.8m，宽6.48m。进口前池底板高程33.46m（与现状底板高程相同），底宽44.8m。新建副厂房布置在主泵房南端，平面尺寸11m×8m，内设中控室、值班室等。原变电站拆除（底部进水涵洞亦拆除），新建变电站布置在主泵房南端，平面尺寸32m×18m，配备2台S11-1600/35主变，1台S11-80/35站变。

（2）方案二：潜水轴流泵方案

潜水轴流泵方案选配6台单机400KW轴流泵，设计提排流量为6*4.07=24.4m3/s。将6台机组对称布置在原自排闸进口两侧，水泵出水钢管重新布设孔洞进入灌溉箱涵。原泵房全部拆除，新建主泵房顶部高程41.50m，宽10.5m，基础底板高程33.52m。厂房单侧长19.2m（水机层单侧长15.8m），在邻近自排闸进口侧端部处设沉降缝。检修间布置在厂房正中间，长6.8m，宽10.5m。进口前池底板高程32.52m，底宽38.4m。新建副厂房布置在主泵房南端，平面尺寸11m×8m，内设中控室、值班室等。原变电站拆除（底部进水涵洞亦拆除），新建变电站布置在主泵房南端，平面尺寸32m×18m，配备1台S11-3150/35主变，1台S11-80/35站变。

（3）方案比较

从以下三方面对两方案进行比较：

a）从工程结构方面比较

方案二由于潜水泵对前池最低保证水位要求较高（最小保护水深3.3m），灌溉期进水池最低运行为36.82m，只能通过将泵房底板由现状高程34.22m降低至33.52m，才能在电灌时正常开机，相应前池底板需由现状高程33.46m降低至设计高程32.52m。另一方面由于水泵出水流道与原检修井不在同一轴线上，需拆除重建检修井，封堵原灌溉箱涵连接的10处孔洞，重新开凿6处孔洞。从应力分析角度看，方案二需降低现状泵房底板高程，从而更接近地基承载力较差的第④层粉质粘土层，需采取地基处理措施，同时深开挖泵房、前池底板对现状灌溉箱涵地基应力重新分配极为不利。从施工组织设计角度看，深开挖需要基坑排水和高边坡支护，增加施工难度和投资。相比较方案二，方案一水泵出水流道基本与原检修井、灌溉箱涵孔洞在一轴线上，原灌溉箱涵孔洞亦可利用。

由上述可以看出，方案一相对方案二结构好，工程量小，施工简便。因此从工程结构方面看，方案一较优。

b）从调度运用方面比较

方案二单机流量大，不适应柴湖排区低流量、高频率的排涝和灌溉需求，相比较方案一较优。

c）从工程投资方面比较

方案二泵房拆除重建工程量比方案略小，但其前池及出水流道工程量较大，同时方案二机电设备和变电设施比方案一多出208万。工程总投资方案一明显比方案二低，因此从工程投资方面看，方案一较优。

5、结束语

综上所述，通过从工程结构、从调度运用方面和工程投资三个方面的综合比较，方案一优于方案二，因此推荐方案一即选用10台单机200KW立式轴流泵方案。目前该改造工程已竣工投入运行，达到了改造设计目标效果。通过本次泵改实践、泵站实际运行，论证和分析了改造的成效，具有一定的指导和借鉴意义。