跨已建堤防建设排涝泵站布置形式探讨

2020-03-05郝菲菲高炜杰

浙江水利科技 2020年1期

郝菲菲，高炜杰

（1.宁波市江北区慈城镇农村发展局，浙江宁波 315031；2.宁波市水利水电规划设计研究院，浙江宁波 315192）

随着沿海地区对排涝的标准及要求的不断提高，强排入海泵站的建设需求也日渐强烈。沿海地区在长期与洪潮的斗争中，已建立起相对完善的堤防体系，故新建排涝入海泵站势必需跨已建堤防。

宁波地区堤防工程具有堤身高、堤脚大、堤基多为未充分固结软基的结构特点。已建成堤防承担重要防洪潮任务，感潮河段堤防及海堤受外海潮水控制往往无明显汛期及非汛期之分，破堤施工风险大。合理布置跨已建堤防排涝泵站，以达到工程安全、度汛安全、造价经济、施工便捷等目标是一个值得探讨的议题。

1 跨已建堤防堤身式泵站布置

跨堤布置泵站按泵站主厂房是否直接挡洪（潮）分为堤身式泵站及堤后式泵站。前者将泵房与出水流道建成一整体结构，与堤防相连，结构紧凑，占地面积小，但堤身式泵站直接挡洪往往厂房高度较高。建设时，由于堤防的堤身断面高大且泵站进水池高程较低，尤其海堤堤身多为抛石体，难以采取排桩支护方式减少开挖面。

因此跨已建堤防堤身式泵站的布置目标应以尽量减少堤防开挖范围、开挖深度及被开挖时间，以达到降低工程造价及堤防破口带来的风险。在空间允许的情况下，一般将主厂房退让于堤防内侧布置，与堤防间留出足够的安全距离。在堤内空间受限的情况下，视具体情况采取合理的工程措施。

1.1 泵、闸分离布置堤身式泵站

新泓口排涝泵站位于宁波市镇海区，设4台单机流量10 m3/s的1600QZB - 160潜水轴流泵。为减少基坑开挖对现有海堤及新泓口闸的影响，泵站采用泵闸分建堤身式布置方案。通过上游引渠与新泓口河连接，水流通过泵房后，经过明渠与出口闸进入外海。泵站建筑物自上游至外海依次为：上游引渠、进水前池、进水池、主泵房、出水池、出水明渠、事故检修闸和检修闸下游护坦。新泓口泵站总平面布置见图1，纵剖面见图2。

图1 新泓口泵站总平面布置图

图2 新泓口泵站纵剖面图

此布置形式主要解决以下问题：①减少海堤堤身的开挖量及开挖范围，降低工程造价并加快施工速度，保证新泓口挡潮闸的安全。②泵站主厂房由于受挡潮检修闸保护，泵站的计算顶高程由6.03 m降低至5.53 m，减少工程投资。

本工程案例将开挖最深的主厂房布置于堤内，并将开挖相对较浅的挡潮检修闸布置于堤身处，主厂房与出口挡潮闸检修闸间设整体式U型槽与出水池联接。泵、闸分离堤身式布置形式对于跨已建堤防排涝泵站来说是一种较适应的布置形式。

1.2 主厂房基坑垂直支护开挖堤身式泵站

印洪碶强排泵站位于宁波市江东区，泵站设计流量30 m3/s。现状印洪碶河入甬江河口位置为2003年外移后的印洪碶闸。甬江堤防岸线与甬江大道之间为甬江公园，甬江大道上游两岸为密集厂房。甬江堤防断面形式为直立墙+大缓坡复合断面土堤，最终，印洪碶强排泵站布置于现状印洪碶老闸左岸甬江堤防之上。

为保证泵站进水流态，泵站主厂房尽量靠近下游侧并靠近老闸。主厂房自原地面最大开挖深度将近10.0 m，设计采用全封闭排桩+内支撑方式对主厂房、进水池及前池基坑进行垂直开挖。在主厂房施工完全能够承担防洪任务前，在岸线平台用编织袋装土保证防洪封闭。印洪碶泵站总平面布置见图3，基坑平面布置见图4。

图3 印洪碶泵站总平面布置图

图4 印洪碶泵站基坑平面布置图

此布置形式主要解决以下几个主要工程技术问题：①控制基坑开挖范围保证印洪碶河、老闸、甬江护岸不受基坑开挖影响，也最大程度保护甬江公园内绿地。②采用基坑垂直开挖保证主厂房施工期间，印洪碶河及老闸能正常外排涝水。③基坑垂直支护后，甬江堤防岸线平台以上部分得以保留，仅需在岸线平台设置高1.63 m的编织带装土围堰就能满足施工期防洪标准不低于原标准的规范要求。

采用“排桩+内支撑”的基坑垂直开挖方式，不仅解决了基坑本身的问题，也解决了施工导流、施工期防洪安全等问题。

2 中、小型泵站跨已建海堤堤后式布置

堤后式泵站按出水流道形式一般分虹吸式及直管式。泵站和流道可分开建设，施工灵活，可减少破堤范围及破堤时间。

大、中型泵站穿堤流道往往采用大尺寸箱涵形式，穿堤出水流道设置往往存在以下2个困局：①堤基均为欠固结软土，且堤脚有深厚抛石层，需对出水流道地基进行处理，否则日后流道将会出现较大的沉降变形，影响泵站及堤防安全。②若对出水流道地基进行处理，则需挖除堤基抛石，造成开挖深度大、范围大、破堤施工时间长。故大、中型泵站跨已建海堤堤后式布置往往需采用虹吸式出水流道方式以保证堤防安全。

对于中、小型排涝泵站，虹吸式出水结构复杂。虹吸形成过程控制不当或真空破坏阀漏气都容易造成机组强烈震动，造成启动或断流失败。降低工程投资、减少建设难度、提高工程可靠性及降低运行管理难度相对于提高泵站效率显得更加重要。

2.1 出水管堤顶浅埋穿堤堤后式泵站布置

对于单机流量不大于3.0 m3/s的出水管道直径一般小于1.2 m。针对此类中、小型机组，可采用堤顶浅埋泵站出水钢管的堤后式布置方案。

大榭岛榭北强排泵站位于大榭岛榭北排洪干河末端，泵站设4台单机2.5 m3/s潜水轴流泵。泵站出水需穿越已建榭北海堤，堤防断面形式为双坡带平台式，海堤内为密集重化工产业区。最终设计将泵站主厂房布置于海堤堤脚20 m外。多段出水钢管间用可挠曲接头连接，并将穿堤钢管管道底高程布置在海堤设计最高防潮水位之上，以减少穿堤管道对海堤闭气及渗透稳定的影响。榭北强排泵站纵剖面见图5。

出水管堤顶浅埋直管穿越海堤虽然增加了泵站扬程，但最大限度减少了对已建海堤的开挖范围、开挖深度及破口时间。对于年运行小时数极低的中、小型排涝泵站，采用本布置方案是经济的。

图5 榭北强排泵站纵剖面图

2.2 顶管穿越堤防堤后式泵站

随着城市内涝加剧，城市已建成区涌现出新的建泵需求。受各方面条件限制，泵站往往无法靠近出水河道，可采用顶管穿越堤防的堤后式泵站布置形式。

大石碶强排泵站位于宁波市江东区小塘河奉化江出口，泵站设计流量10.0 m3/s。河口已建有1座排涝闸且水闸上游紧贴江东南路碶石桥。江东南路下游侧至奉化江边为城防工程奉化江堤防，同时也是滨江公园，宽度仅20 ～ 30 m，且有各类市政管线。综合考虑主厂房布置在江东南路上游右岸贺丞公园内。工程采用顶管方式穿越江东南路，避免道路开挖，并最大程度地减少奉化江堤防的开挖。大石碶泵站平面布置见图6，纵剖面见图7。