景电工程泵房后池排水方法的探索

2019-06-26

中国水能及电气化 2019年6期

(甘肃省景泰川电力提灌管理局，甘肃景泰 730400)

1 工程概况和地质气象条件

2 工程破坏情况和原排水系统运行情况

丰富的矿化水与漫长的冻融周期给工程建筑物造成了严重的危害，泵站厂房条形基础、排架基础、镇支墩下部遭受强硫酸盐、氯盐等盐类侵蚀，膨胀的混凝土又与铝酸三钙等反应使混凝土进一步膨胀破坏，造成混凝土表面起毛、开裂、脱皮等现象，严重的部位甚至产生剥落漏筋；冻层和积水结冰形成的膨胀力和静冰压力对钢管基础和管道又产生了顶托力，造成钢管管体及其焊接缝的不均匀形变而产生裂缝。因此集水排水就成为影响工程耐久饱和安全运行的一项重要工作。经过几十年的运行，工程老化严重，以往明沟结合集水井的排水方式在冬春季节效果不佳，在泵站更新改造过程中有必要对原有的后池排水进行系统的改造，采用设置排水盲沟结合自动排水集水井构成后池自动排水系统，保证在工程安全运行的前提下解决后池的集水排水问题，减轻地下水侵蚀和冻融破坏的危害，为工程项目的建设增值服务。

表1 水质化验结果

3 排水方案

通过布设放射状冬季不结冰排水盲沟，把地下水汇集到1～2个集水井中，利用水流控制系统中的潜水泵和管道将地下水抽排到厂区外，保持厂后地表无积水，保证了工程结构体无冻融腐蚀破坏和冻胀力对汇总管顶托破坏。

3.1 现状

景电工程(见图1)后池布满出水汇总管，四围积水和渗水最终汇聚到后池。改造前的典型后池排水布置见图2。

图1 景电泵站建筑物典型布置

图2 原后池排水系统布置

后池底板及管床为浆砌石或混凝土预制块衬砌，压力管道管床内积水和渗水完全依赖所布置的排水明沟进行排水，缺点是容易结冰产生冻胀破坏；后池积水和渗水则依赖渗井过滤汇聚，然后通过厂内水泵排走或利用集水井直接排走，缺点是渗井渗透距离长，效率较低，长时间运作易堵塞，修复很麻烦；厂内之前布置的水泵需要人工开关，排水较被动，需要人频繁检查，易发生溢水，影响厂内正常生产运行。两侧岸坡多采用混凝土预制块衬砌，浆砌石挡土墙做格挡和基础，坡底设排水槽，坡面设导水槽。四围浆砌石挡墙设排水花管，保证墙内侧渗水通道畅通。

3.2 措施

经过多年的运行观察和改造探索，对集水井和盲沟的布置方式和结构进行优化设计，进一步提升排水系统的可靠性和适用性。改造后的典型后池排水布置见图3。

图3 改造后的排水系统布置 (单位：cm)

集水井采用自动感应元件，水位达到预设排水水位时，水泵自启动进行排水，排水时长可设定。一般1～2号镇墩为管道爬坡段，多有地下水或出露泉水，对于岸坡出露泉水可采用单个渗井联合盲沟的方式排到厂后主盲沟进行解决。盲沟反滤料采用20～50mm的砾石，主盲沟采用直径300mm的PVC花管，支盲沟采用直径200mm的PVC花管，花管安装高程视地下水情况而定(埋深不小于1.20m)，外围用反滤布将反滤料与花管包裹起来。后池管床仍然为干砌石护砌(一般40cm厚)，压力管道管床则根据有无地下水分为干砌石护砌(有地下水)和素混凝土衬砌(坡度较陡时或为混凝土预制块衬砌)，采用干砌石护砌的管床其下布置有排水盲沟，主盲沟与支盲沟纵横联通，通过主盲沟将水汇集到集水井。盲沟反滤料采用20～50mm的砾石，主盲沟采用直径300mm的PVC花管，支盲沟采用直径200mm的PVC花管，花管安装高程视地下水情况而定(埋深不小于1.20m)，外围用反滤布将反滤料与花管包裹起来。盲沟埋深大于1.2m时(支盲沟汇聚到主盲沟后与后池盲沟系统联通)，主盲沟顶部地面仍然保留排水明沟；后池则大面积采用主附盲沟全面控制，通过适当的布置将所有汇水引导到集水井中；此处的集水井不再与主厂房相连，而独立进行排水，每个集水井(见图4)设两个水泵(泵型号根据需要选择，一个正常工作，一个备用)，集水井预埋水位感应元件，设定排水时长和水位，集水井水位达到预设水位时水泵自启动进行排水。

图4 集水井排水示意图(单位：mm)

排水管采用内径63cm钢管，管路布置时不得出现顺坡接逆坡以避免窝水现象。出水口一般布置在天然河道或山谷地段，布置在天然河道时要注意出水口高程和管路制高点高程，防止发生洪水时水流倒灌。集水井体积一般不小于50m3,集水井底板高程低于盲沟至少1m,H一般不小于4m。感应片埋设高程要根据来水情况和集水井容量合理布置，避免频繁启用和排水不及时等情况出现。

以上介绍的排水方式在景电灌区已推广实施多年，二期总干五泵站运行超过20年，二期总干二泵站运行近15年，一期西干三、四、五泵站也沿用了该种模式，均取得了良好的排水效果，该种排水方式运行平稳、安全可靠、性价比较好。

4 质量控制

4.1 盲沟布置

盲沟深度一定要大于当地最大冻土深度，以保证冬季时盲沟内水流顺畅；对排水管最好采用梅花形布孔，同时保证孔口布置的均匀性和孔径的一致性(孔径一般1.50cm，过小集水不利，过大易被卵石堵塞)。

4.2 集水井及排水管布置

设置较大容量的集水井可避免自动排水系统频繁启动，集水井容量一般不小于50m3，选用富余扬程的2英寸泵及与之配套的小管径排水管，实现最大限度地排除集水井及盲沟内的积水，并保证水泵停止工作时管内水最少量回流。管线布置时尽量避免直角弯和顺坡接逆坡布置，一定要杜绝管线上下起伏以避免管路窝水，防止冬季结冰造成管道冻塞。

集水井容量和数量要与厂后汇总管布置和地下来水量相结合确定，既不能影响管道和其他建筑的安全，又要保证及时收集汇流且避免自动排水系统频繁启动。

4.3 后池护砌

后池管床统一选用干砌石护砌(一般40cm厚)，既保证水流能有效渗入地下又使浅表层具有抗冻胀性。干砌石造价低廉、结构简单、容易施工、便于维修。

4.4 探索延伸

近年来，格宾网在景电工程改造中应用效果较好，格宾网是采用热镀低碳钢丝，由机器编制成的双绞六边形钢丝网，具有高强度、具有变形能力、对变形适应强、柔韧不易断裂等优点。对于渗水严重或基础较差的，可用格宾网箱装块石进行护砌，并与浆砌石排水渠结合使用，能取得较好的排水效果。对于岸坡局部渗水严重或出露有泉眼的，单个渗井联通盲沟的方法效果较好，但此处的渗井要求2～3级级配，粒径范围2～20cm。格宾网排水护砌见图5。