南县育新泵站泵房加固处理和实施效果

钟小利 肖立辉

（1.南县育新电排站 益阳市 413200；2.湖南金地标工程项目管理有限公司 益阳市 413000）

1 基本情况

育新泵站位于洞庭湖区11个重点垸的益阳市南县育乐垸内,建成于1978年，临藕池河中支，安装64ZLB-50型立式半调节轴流泵配套TDL215/31-24立式同步电动机4台套，装机容量3 200 kW,设计流量32 m3/s，为育乐垸装机容量最大的泵站。泵站主要由引水渠道、进水前池、厂房、出水流道、防洪闸和消力池等建筑物组成。主厂房平面尺寸为 24.9 m×9.4 m(长×宽)，由 4个机组段及安装场段组成，机组间距4.8 m，水泵层高程24.8 m，电机层高程31.8 m，与地面齐平，安装场位于右端，长3.9 m。

育新泵站所在地地形平坦开阔，地面高程（27.8～28.4）m。 地基（Q4al+l）自上至下地层分布为：①灰、黄色粉质粘土，厚（2.0～2.5）m，可塑状；② 粉细砂（4.0～5.0）m；③灰黑色淤泥质粉质粘土厚8.0 m，软塑～流塑状，高压缩性；④砂卵砾石厚度大于8.0 m。勘测期地下潜水位埋深1.2 m。存在的主要工程地质问题包括：地基不均匀沉陷破坏、闸基渗漏与渗透、砂基液化。

育新泵站建于流砂基础上，泵站建成后不久出现不均匀沉降，尤其是靠出水侧沉降较多，导致机组水平倾斜，同心度偏位。经测试机组偏差值：定子同心度偏差1.98 mm，上导偏差1.2 mm，水平偏差2.65 mm。运行中转子摆动幅度大，产生剧烈振动，机组运行极不稳定，泵轴套单边磨损严重。

2 泵房稳定和抗渗复核

2.1 泵房稳定分析复核

（1）计算工况。

①设计运用工况（基本组合）：前池为设计内水位、外河为设计外水位，荷载有自重、设备重、水重、水压力、扬压力、土压力等；②检修运用工况（特殊组合）：前池地下水和底板齐平，外河为枯水期水位，荷载有自重、设备重、水重、水压力、扬压力、土压力等；③核算运用工况（特殊组合）：前池为最低运行水位，外河为防洪水位，荷载有自重、设备重、水重、水压力、扬压力、土压力等。

（2）厂房的抗滑稳定。

式中Kc——抗滑稳定安全系数；

F——基础底面和地基之间的摩擦系数，根据地质资料，泵房基础为粉细砂层，取F=0.3；

ΣG——作用于泵房底面以上的全部竖向荷载（kN）；

ΣH——作用于泵房底面以上的全部水平荷载（kN）。

（3）泵房基底应力。

根据 《泵站设计规范》（GB/T 50265-2010），应用以下公式：

式中Pminmax——泵房基础底面应力的最大值和最小值（kN）；

ΣG——作用于泵房底面以上的全部竖向荷载（kN）；

A——泵房基础底面面积（m2）；

ΣM——作用于泵房基础底面以上的全部竖向和水平荷载对于基础底面垂直水流向的形心轴力矩（kN·m）；

W——泵房基础底面对于该底面垂直与水流向的形心轴的截面矩（m3）。

泵站抗滑稳定及基底应力等计算结果详见表1。

从计算成果来看，泵房抗滑稳定安全系数及基底应力均满足规范要求。

表1 育新泵房稳定及基底应力计算成果表

2.2 泵房抗渗复核

为了保证地基土壤的渗透稳定性，泵站站身应有足够的地下轮廓线长度。地下轮廓线从水流的入渗点开始，沿建筑物的地下轮廓，到水流逸出点为止。泵站的抗渗计算，主要是校核渗径长度，以控制地基渗流平均坡降是否在容许范围之内。采用直线法核算，则渗径长度必须满足下式要求：

式中L1——需要的渗径长度（m），L1=C1H；

C1——渗径系数；

H——泵房承受的水头差（m），计算时通常选择最大校核水位计算；

L渗——地下轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度总和。

按外河为防洪水位，内河为最低运行水位校核计算，通过计算得知实际泵房的防渗长度小于所需最小渗径长度，防渗不满足要求。

3 除险加固工程措施

针对育新泵站的地形地质条件和存在的问题，据现场调查和理论分析计算，主要原因是因为泵房基础防渗不满足要求而引起渗透变形，渗透带走泵房底板下的细颗粒土引起泵房沉降。经技术经济比较，确定采用的除险加固工程措施为对泵房基础进行充填灌浆处理渗流淘空的粉细沙基础并固结流砂。

按有关设计规范的要求，为保证工程效果，充填灌浆孔的平面布置一般需按梅花状分布，间距1.5 m。考虑到本项目为已建工程的除险加固，受施工条件的限制，从工程实际出发，对充填灌浆孔的平面布置进行适当调整。

为增加育新泵站基础的承载力，充填灌浆钻孔穿过粉质粘土和粉细砂层至淤泥质粉质粘土层以下1.0 m的范围内，平均深9.0 m。垂直超薄防渗墙的主要施工设备为造墙机，采用液压振动方式沉模，达到设计深度后拔起成槽、灌浆成墙，墙体材料采用水泥、石粉、膨润土和水，其渗透系数、弹性模量及渗透破坏比降能够满足防渗要求。

按照前述平面布置和设计技术参数要求，育新泵站泵房充填灌浆共需布置钻孔40个，总占孔深度121.8 m，总灌浆深度87.40 m。充填灌浆平面布置和典型剖面详见附图。

附图 育新泵站泵房泵房充填灌浆布置图

4 工程实施效果和推广建议

针对育新泵站存在的主要问题，根据现场查勘、安全鉴定结论、初步设计报告和国家发展改革委员会的批复意见，在育新泵站更新改造工程中进行了主泵房基础除险和加固改造，同时新建了副厂房、出水流道加固改造、新建管理用房、新建35 kV开关站和水力机械及电气设备的更新改造。泵站更新改造工程实施后，经过近几年的运行实践可以看出，育新泵站的更新改造取得了良好的效果，工程效益明显，主要包括：

（1）主厂房沉陷处于较稳定状态，经观测无明显沉陷；

（2）自动化程度提高后，设备运行性能稳定，至今未发生异常情况；

（3）泵站安全性提高，未出现故障，状态良好；

（4）运行扬程提高，由原6.3 m提高到 7.3 m，保证了在高水位的情况下的正常运行；

（5）值守便利，随时能掌握运行动态，且环境优良。

从近年泵站运行情况来看，对育新泵站泵房基础进行充填灌浆处理较好地解决了育新泵站的不均匀沉降问题。由于洞庭湖区地质条件的限制，泵站站房不均匀沉降为普遍性的问题，育新泵站泵房基础处理的经验值得洞庭湖区其他类似泵站借鉴和推广。

[1]GB 50265-2010.泵站设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.

[2]湖南省水利水电勘测设计研究总院.湖南省益阳市育新泵站更新改造初步设计报告[R].2006.

[3]湖南省水利水电勘测设计研究总院.湖南省益阳市育新泵站更新改造工程技施设计工作报告[R].2011.