泵站更新改造工程泵房基础处理设计探析

李保轩

(广东中灏勘察设计咨询有限公司，广东 肇庆 526000)

新的发展环境下，社会发展对于水利资源的开发利用提出了越发严格的要求，也带动了水利工程的建设和发展。当前，我国很多泵站在运行中都出现了排涝能力不足、构筑物老化严重，安全隐患众多，需要对其进行必要的更新改造，通过拆除重建的方式来提升泵站的整体性能，确保其能够很好的满足社会发展要求。

1 工程概况

棉湖贡山泵站位于揭西县棉湖联围内，棉湖联围的排涝任务由棉湖、贡山两座泵站共同担负，棉湖泵站位上围，于2003年建成投产，贡山泵站位于下围，下围集雨面积25.5 km2，保护人口10.5万人，耕地面积1.76万亩，围内工农业总产值达8.65亿元。贡山泵站兴建于1976年，担负贡山围26.39 km2集雨面积的排涝任务。贡山泵站原设计排涝标准为10 a一遇24小时暴雨3天排干，排涝流量为26.8 m3/s，装机15台，总装机容量为1950 kW。泵房结构为堤后式湿室型，采用轴流立式机组，喇叭口进水，出水流道为单机单根混凝土压力管，拍门断流。

工程建成投产运行至今已有38年，原设计排涝标准偏低，排涝能力不足,且该站水工建筑物、机电设备、金属结构及设备均存在严重的安全隐患，危及安全运行，土建结构及主要机电设备均已达到或超过合理使用寿命,根据《广东省揭西县棉湖镇棉湖贡山泵站工程安全鉴定报告》(2009年5月)，评定贡山泵站、贡山自排闸和贡山节制闸为四类泵站和水闸，存在严重的安全隐患，应拆除重建[1]。

2 水文地质条件

2.1 水文条件

榕江南河揭西县境内现设有富口、河婆及东桥园水文站。贡山围内无水文测站，贡山泵站上游3.6 km处有东桥园水文站，该站位于榕江南河的中下游，临近榕江南北河交汇处，是榕江南河的控制性水文站。东桥园水文站属于国家基本站点，建站时间较早，水文资料系列较长，洪水资料完整可靠，故本次设计以东桥园水文站作为参证站。

2.2 地质条件

贡山泵站及自排闸工程区布置了17个钻孔，勘探最大揭露深度为28.30 m，揭露地层主要为第四系人工填筑(Q4s)成因的填土，海积冲积(Q4al+m)成因的淤泥质土、冲积(Q4al)成因的粉质黏土、淤泥质粉砂、中粗砂、砾砂、卵砾石和下部基岩(燕山期花岗岩)。贡山节制闸工程区布置了5个钻孔，勘探最大揭露深度为23.90 m，揭露地层主要为第四系人工填筑(Q4s)成因的填土，海积冲积(Q4al+m)成因的淤泥质土及冲积(Q4al)成因的粉质粘土、中粗砂、砾砂和下部基岩(燕山期花岗岩)[2]。

3 泵房基础处理设计

结合相应的可行性研究以及《泵站设计规范》(GB 50265-2010)的相关要求，将更新改造泵站建筑防洪标准确定为30 a一遇，并且依照100 a一遇进行校核。泵站主要建筑为3级，次要建筑为4级。结合泵站的实际情况，在泵房基础处理设计中，需要关注几个核心问题。

3.1 泵站和自排闸基础处理

3.1.1 方案比选

对照相应的可行性研究报告，在初步设计阶段，针对泵站以及自排闸所处区域的地质状况进行进一步的勘察工作，发现在泵站和自排闸基底广泛分布有淤泥质土层和淤泥质粉砂层，虽然厚度不大[3]，但是分布十分不均匀，处理难度相对较大。在贡山泵站下游揭阳市三洲拦河闸应急重建工程中，通过水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)和水泥搅拌桩复合地基的比选，最终选用了CFG桩复合地基并取得了成功。由于本工程和三洲拦河闸地基土层相差不大，且荷载特性基本相同，因此本阶段设计采用CFG桩和水泥搅拌桩复合地基方案比较后确定建筑物的基础处理方案。为对两种方案的实际效果进行对比，这里以泵站主厂房为例进行方案比选，结果见表1。综合考虑各方面的实际情况，最终决定选择CFG桩方案来对基础进行处理[4]。

表1 水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)和水泥搅拌桩方案对比

3.1.2 处理状况

在泵站和自排闸的主要建筑中，全部采用了CFG桩施工方案，桩体直径为500 mm，结合不同建筑物的实际情况，对CFG的具体参数进行设计：①在泵站主厂房中，基础承受的平均应力为109.66 kPa，综合考虑各方面的影响因素，决定将CFG桩的桩距控制在2.00 m×2.50 m，桩端进入砾砂层大于0.5 m，平均有效桩长为8.5 m。处理后，基础承载能力达到110 kPa，沉降量为4.95 mm，能够满足设计要求；②在泵站防洪闸中，基础承受的平均应力为100.83 kPa，综合考虑各方面的影响因素，决定将CFG桩的桩距控制在2.00 m×2.50 m，桩端进入砾砂层大于0.5 m，平均有效桩长为12.0 m[5]。处理后，复合地基承载力为140 kPa；③在清污桥中，基础承受的平均应力为49.69 kPa，综合考虑各方面的影响因素，决定将CFG桩的桩距控制在2.00 m×2.75 m，桩端进入砾砂层大于0.5 m，平均有效桩长为8.0 m。处理后，复合地基承载力为85 kPa；④在泵站前池扶壁挡墙中，基础承受的平均应力为138.04 kPa，决定将CFG桩的桩距控制在2.00 m×2.00 m，桩端进入砾砂层大于0.5 m，平均有效桩长为10.0 m。处理后，复合地基承载力为140 kPa；⑤在自排闸闸室中，基础承受的平均应力为138.66 kPa，综合考虑各方面的影响因素，决定将CFG桩的桩距控制在2.00 m×2.50 m，桩端进入砾砂层大于0.5 m，平均有效桩长为10.0 m。处理后，复合地基承载力为140 kPa，总沉降量在20.56 mm，能够满足设计要求[6]；⑥在自排闸箱涵中，基础承受的平均应力为108.90 kPa，决定将CFG桩的桩距控制在2.00 m×2.50 m，桩端进入砾砂层大于0.5 m，平均有效桩长为9.0 m。处理后，地基承载力为110 kPa，沉降量15.15 mm，能够满足设计要求。

3.2 节制闸基础处理

结合相应的地质勘察报告分析，在泵站节制闸区域，存在有厚度较大的淤泥质土层，该层土抗剪强度很低，与复合地基加强体的摩阻力小，若采用CFG桩复合地基，不能有效发挥CFG桩的强度，且刚性桩复合地基不能有效提高复合地基的抗剪能力，因此本次设计节制闸仍采用可研阶段推荐的搅拌桩复合地基处理方案。而依照地基处理后的复合地基承载力大于基底最大应力和总沉降量小于150 mm等设计原则，各主要建筑物桩基均采用直径800 mm的水泥搅拌桩处理[7]。

节制闸基础的处理体现在两个关键区域：一是节制闸闸室基础的处理，要求基础应力为101.39 kPa，将桩距控制在1.50 m×1.20 m，桩端进入中粗砂层大于1.00 m，平均有效桩长为11 m，处理后的复合地基在承载力方面达到了110 kPa，沉降量为34.30 mm；二是节制闸悬臂挡墙基础的处理，要求基础应力为119.76 kPa，将桩距控制在1.20 m×1.20 m，桩端进入中粗砂层大于1.00 m，平均有效桩长为11 m，处理后的复合地基在承载力方面达到了120 kPa，沉降量能够满足设计施工要求。

3.3 旧泵站拆除

旧泵站的拆除是泵站更新改造的一个重要环节，为不影响泵站的正常使用，需要在新泵站建成并且正常运行之后，才能拆除旧泵站。旧泵站泵房拆除范围包括底板以上的浆砌石结构及上部结构、拦污栅及闸墩、出口拍门、出口部分挡墙、穿堤涵管和护坦。在旧泵站拦污栅位置新建悬臂挡墙，悬臂挡墙高3.50 m，顶高程4.50 m。悬臂挡墙顶设置4 m宽平台。旧泵站原有区域拆除后回填至8.00 m高程，长度约26.00 m左右，8.00 m高程和4.50 m高程之间采用1∶2坡度衔接。旧泵站穿堤涵管拆除后利用黏土回填压实[8]。

4 结语

在对泵站进行更新改造的过程中，需要切实做好水文地质勘察，了解泵站的具体情况，明确其中存在的缺陷和问题。对安全隐患进行防范，尤其需要重视泵站基础处理的设计工作，对照相关标准对基础进行处理，保证基础的稳固性和可靠性，为泵站的安全运行提供可靠的基础支撑，使得泵站的功能和作用能够最大限度的发挥出来。