电厂循环水泵房结构设计方案探讨

吴兆和

（中国能源建设集团江苏省电力设计院，江苏 南京 211102）

1 工程概述

某电厂本期建设2×600MW 超超临界燃煤发电机组，采用扩大单元制直流供水系统，厂区布置1 座循环水泵站，安装4 台循环水泵，供2 台2×660MW 机组循环冷却用水。泵站平面尺寸为45m（进水向）×30m，共分4 个流道，每个净宽6.0m，沿水流方向分别设有平板钢闸门、拦污栅清污机、旋转滤网、循环水泵，水泵出口阀门井内设有液控止回碟阀。由于厂区地坪设计标高为6.5m，长江1%设计高潮为9.76m，厂区地坪与长江高潮位相差较大，因此循泵间与进水间采用台阶式布置，进水间平台面标高为10.60m，高差3.8m。在循泵间与进水间之间设置1 台50t/12.5t 低腿门式起重机，轨距26m，起吊高度27m。进水间的平板钢闸门和循泵出口液控止回碟阀，可分别利用门机的外伸吊臂起吊。循环水泵站的底板深度主要由旋转滤网的过水深度决定，结合循环水引水管顶管施工需要的覆土深度和施工机械需要的作业空间，井综合比较循环水泵站的底板高程为-6.60m，即进水间泵站深度为17.20m，水泵间深为13.40m。

2 工程地质条件

2.1 地层结构及特征

根据区域地质资料，厂址区内地基岩土层主要由上部第四系全新统冲、湖积层、上更新统冲积层和下部白垩系上白垩统沉积岩组成，局部地段分布有少量人工填土。地基岩土层主要由粉质黏土，淤泥质粉质黏土，粉土，粉砂，粉、细砂，中、粗砂，卵石和泥质粉砂岩等组成，如表1 所示。

2.2 地下水条件

厂区的地下水按其区域水文地质条件、含水层性质和埋藏条件可以划分为两种类型：上部含水层（层②和层③）中的地下水类型为孔隙潜水；下部含水层（层④以下）中的地下水类型为微承压水。上部潜水水位主要受大气降水和地表水体的影响，并与长江水形成一定的补排关系，呈季节性变化；下部的微承压水主要补给来源为长江江水。

3 循环水泵房上部结构方案

在欧美等发达国家，电厂循环水泵房一般均采用露天布置、不设上部结构。国内发电厂循泵房通常设有上部结构，但随着经济的快速发展、技术的不断进步和观念的更新改变，尤其是从2000 年电力设计革命以来，越来越多的业主接受并采用了循泵房露天布置的方式。如广东大唐潮州三百门电厂2×600MW 机组+2×1000MW 机组、广东台山电厂5×600MW 机组等，循泵房均采用露天布置。

表1 各地基土层埋藏条件一览表 单位：m

露天布置较室内布置而言，不仅工程造价低，厂区占地较小，而且在国外非常普遍，国内也有不少工程应用实例。虽然露天布置较室内布置而言，循泵及电机的运行、维护条件相对较差，但不会影响电厂的安全、稳定运行。因此，循泵房露天布置和室内布置在技术上都是可行的。

3.1 方案分析

（1）室内布置、检修场地位于端部。本方案（以下称方案一）循泵房地上部分采用国内常规布置方式，即室内布置、检修间位于循泵房的端部。方案一循泵房按起吊高度12m、跨度15m 设计，包括5.4m 开间6 档、6m 开间1 档。进水间按露天布置考虑，仅设置起重机及轨道梁、柱。方案一因检修间位于独立柱基上，与循泵房存在沉降差异，故检修间需作为独立结构段、与循泵间用变形缝隔开。

（2）室内布置、检修场地位于侧面。本方案（以下称方案二）是循泵房地上部分室内布置的另一种表达形式，考虑到方案一检修间布置在端部时，需作为独立结构段单独设置，且其地基处理、结构设计、施工工艺均较复杂，故本方案将检修场地与起重机吊装通道结合起来，一起布置在循泵房的侧面。方案二循泵房按起吊高度12m、跨度18m 设计，包括5.4m 开间6 档。进水间按露天布置考虑，仅设置起重机及轨道梁、柱。由于方案二不再设置独立的结构段，且进水间平台与设计地坪间存在4.1m 的高差，因此，进水间的起重机无法直接起吊地面上的设备、器材，即进水间平台上设备、器材的进出需要汽车吊辅助作业。

（3）露天布置、设置起重设施。本方案（以下称方案三）循泵房地上部分全部采用露天布置，循泵间和进水间共用一台门式起重机，检修场地和设备运输通道与方案二相同，布置在循泵与旋转滤网之间的零米平台上，进水间的平板钢闸门和循泵出口液控蝶阀，可分别利用门机的外伸吊臂起吊。

（4）露天布置、不设起重设施。本方案（以下称方案四）与方案三布置相同，但不设起重设施。方案四的设备安装及运行期间每年的大、小维修，均按外借汽车吊或履带吊辅助作业。

3.2 技术经济分析

循泵房地上部分各种布置方案，主要对比工程量及相应综合造价统计如表2 所示，技术经济分析如表3 所示。

表2 循泵房地上部分工程量及综合造价统计表

上述循泵房地上部分的4 种布置方案，均有工程应用实绩，技术上均是可行的。由表3 可知，循泵房采用露天布置，均可节省一定的工程造价，以方案三与方案二为例，至少可节省58 万元。虽然方案四最为经济，但因其维修较为不便，故本设计循泵房地上部分推荐采用方案三“露天布置、设置起重设施”方案。

4 循环水泵房下部结构方案

循泵房地下部分结构的确定，与其设置位置、地质状况、施工工艺等密切相关，根据以往工程经验，结合该工程场地条件、取排水构筑物特点及总平面布置需要，本文提出了两种较为可行的设计方案：（1）沉井施工、水下封底；（2）排桩或地连墙支护、现浇施工。

4.1 沉井方案

本方案循泵房布置在长江防洪大堤以内5m，距堤脚距离约20m。考虑到长江厂址河段97%设计低潮位1.38m、1%设计高潮位9.76m、0.1%设计高潮位10.55m、厂区地面设计标高6.50m 等具体条件，结合厂区总平面布置及供水系统工艺要求，循泵房平面外形尺寸为30m×45m、水泵间零米层设计标高为6.80m、底板顶标高为-6.60m。因此，循泵房的基坑总深度将在18m 左右（包括底板结构厚度）。按照以往工程经验，这样的基坑深度，采用沉井结构是较为适宜的。

根据厂址地质初勘报告，循泵房基底将坐落在层④粉砂夹粉质黏土上，而其下部主要为层⑤粉、细砂和层⑥粉、细砂，透水性均较大，故沉井下沉时，较难通过设置井点或深井的办法有效降低地下水位。因此，沉井终沉阶段必须考虑基坑渗水与流砂问题。对此，本方案拟在沉井下沉时，初期采用排水下沉、终沉前约8m 深度采用不排水下沉，并采用水下封底的办法进行施工。本方案主要工程量及综合造价如表4 所示。

4.2 地连墙方案

“地连墙”支护兼具灌注桩的强度、刚度和水泥搅拌桩的防渗特性，且其结构形式简洁，尤其当其作为建筑结构的一部分时，更为经济、合理。“地连墙”的实施，需要专门的作业机具和施工工艺，因此，与“排桩＋止水”支护相比，应用与普及程度相对较低。考虑到该工程地基土绝大部分为粉土、粉砂，透水性较强，为便于基坑防渗、排水，本方案暂选择“地连墙”作为基坑支护结构，并考虑与循泵房下部结构分开，净间距为2m。

根据工程地形、地质条件、厂区总平面布置及供水系统工艺要求，经初步计算，“地连墙”支护墙厚为800mm，墙顶标高为4.00m，基坑底标高为-8.10m，墙底标高为-15.00m，总高约19m。基坑开挖时，支护墙需设置4 道水平支撑，各道支撑与墙顶、坑底及相互之间的间距，分别为1.0m、2.9m、2.9m、2.8m、2.5m。

本方案循泵房地下部分按现浇结构设计，外墙厚度为1.2m、内墙厚度为1.0m、底板厚度为1.2m，平面外形尺寸为44.4m×29.4m，循泵间平台标高为6.80m、进水间平台标高为10.60m、底板顶标高为-6.60m。为避免基坑开挖时的渗水与流沙问题，需在支护墙以内、循泵房底板设计标高以下6m 范围内进行封闭灌浆。本方案主要工程量及综合造价如表5 所示。

表3 循泵房地上部分技术经济分析

表4 沉井方案主要工程量及综合造价统计表

表5 地连墙方案主要工程量及综合造价统计表

4.3 技术经济分析

循泵房地下部分各设计方案，技术经济分析如表6所示。

表6 循泵地下结构技术经济比较

地连墙方案在工程投资上比沉井方案高约88 万元。从分项费用看，由于地连墙方案采用了“地连墙”围护结构，而地连墙分项概算造价达2280 元/m3（折算为1824 元/m2），约为同等条件下“排桩+止水”方案（分项概算造价约为1300 元/m2）的1.4 倍，这也是本方案相对沉井方案优势不大的原因所在。地连墙方案围护结构如改用“排桩+止水”，则工程总投资约为1825 万元，比沉井方案约低75 万元。

考虑到该工程主要土层为粉土、粉砂，地连墙和排桩在施工中均存在塌孔等问题，因此，本设计推荐采用“水下封底＋沉井施工”；实际施工时，应选择在枯水期进行，采取必要的降水措施，尽量争取干沉、干封底，以节约工程投资，提高工程质量。

5 结束语

综上所述，循环水泵房上部采用露天布置，循泵间和进水间共用一台门式起重机。循泵房下部采用沉井结构，结合该工程的实际情况，钢板桩支护方案相对便宜些，但是施工风险高，而地连墙方案造价偏高，沉井方案整体性强、稳定性好，荷载能力较大，施工简便，对邻近建筑物影响小，可作为本期循环水泵房的设计方案。