扬州市瓜洲泵站工程现场测试及分析

李进东，蔡一平，李忠斌，许旭东，杨 帆

(1.江苏省水利科学研究院，南京 210017； 2.扬州大学，江苏 扬州 225009)

0 引 言

为了保证泵站安全稳定运行，泵站的现场检测尤为重要[1-2]。泵站现场检测是判断泵站水工建筑物、机电设备、金属结构及附属设施能否投入运行、使用的基础性和关键性环节，也是预防泵站水工建筑物、机电设备、金属结构等损坏及保证泵站安全运行的重要措施[3-4]。现场抽样测试可以确保施工质量的可靠性与工程安全运行。

当前，工程技术人员及学者对泵站现场测试的内容主要集中于泵站流量的现场测试[5-7]、泵站机组性能的现场测试[8-10]、泵站轴功率现场测试[11-12]，而对泵站运行前期的隐蔽工程及机电设备的现场测试关注较少。隐蔽工程对泵站安全的影响不容忽视，其中基础及防渗工程是保证泵站基础稳定，避免发生严重渗流的重要工程设施，电气设备是确保泵站能正常稳定运行的重要设备，因此对基础及防渗工程、电气设备的安装及性能状态进行现场检测是必要的。本文针对瓜洲泵站的机电设备、基础及防渗工程两个方面进行现场检测并开展分析，为该泵站的安全稳定运行提供支撑数据，并为同类泵站的现场检测提供参考。

1 工程概况

扬州市瓜洲泵站工程站址位于古运河南端瓜洲闸东侧，是扬州市城市防洪排涝工程的重要组成部分。瓜洲泵站等别为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物等级为3级。泵站布置6台3000ZLQ-28.4立式轴流泵，配1 600 kW的TL1600-48型立式同步电动机6台，单机流量28.4 m3/s，装机总流量170 m3/s，总装机容量9 600 kW，泵站设计净扬程1.88 m；泵装置进出水流道为肘形进水流道与虹吸式出水流道，断流设备为真空破坏阀。瓜州泵站实景图见图1。

图1 瓜州泵站实景图

2 测试内容及方法

瓜洲泵站的现场检测内容主要包括灌注桩、水泥搅拌桩、地连墙等基础及防渗工程检测，以及主机泵制造及安装检测、辅机设备安装检测、电气设备安装检测及电气试验、机组试运行测试。

桩身完整性检测的方法常有钻芯法、摄像法和应力波反射法。钻芯法对基桩具有破坏性，要对桩基进行灌浆补孔封闭，检测的效率相对较低，且检测费用高。摄像法检测直观但只能检测到内壁的裂缝，外侧的局部缺陷不易检测。应力波反射法具有速度快、适应性强、费用低、抽检数量大的优点[13]，已被广泛应用于工程现场检测。应力波反射法包括高、低应变法，其中低应变法具有设备简便、费用较低、操作简单、准确性高的优点，因此低应变法对瓜州泵站的基础工程桩进行桩身完整性检测；相比于静载试验检测的单桩极限荷载高应变检测所得到的单桩承载力一般更低，在工程上是偏安全的，因此采用高应变法检测单桩竖向承载力。为检测水泥搅拌桩复合地基承载力，采用慢速维持荷载法进行单桩静载试验和运用钻芯法抽检水泥土搅拌桩的无侧限抗压强度。防渗墙的质量方法包括地质雷达法、高密度电阻率法和瞬变电磁法，地质雷达法可用于探测墙体的空洞和细小的裂缝[14]，且具有定位精确和高分辨率的优点，因此选用地质雷达法对防渗围封墙体进行探测。

为保证主机泵的正确安装，运用量测法测量水泵转轮室直径，检查内径尺寸偏差是否在设计偏差范围内。使用检测仪器对水泵主轴直径、粗糙度、硬度进行检测；采用超声探伤检测水泵主轴，超声探伤具有穿透能力强、设备简单、使用条件和安全性好、检测范围广等的优点；使用测量仪器对泵站辅机系统安装和电气设备安装进行检测。

3 基础及防渗工程测试及分析

3.1 灌注桩

抽检扬州市瓜洲泵站工程施工3标基础工程桩58根进行桩身完整性监测，得到各混凝土灌注桩的低应变实测波形曲线，限于篇幅，仅给出桩号5_1灌注桩的低应变实测波形曲线，见图2。根据实测波形曲线，结合工程地质情况、施工记录等进行综合分析与计算，所测58根桩均未发现异常情况，桩身较为完整。其中，I类桩57根，占所测桩数的98.3%；II类桩1根，占所测桩数的1.7%。

图2 低应变实测波形曲线(桩号5_1)

为测试单桩静荷载性能，采用慢速维持荷载法抽检泵站检修间基础部位的1根灌注桩ZC_2的单桩竖向承载力，该灌注桩的桩径为600 mm，桩长30 m，试验按照《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)单桩竖向抗压静载试验要点进行，检测结果见表1。对该桩试验荷载加载至1 500 kN时，桩的累计沉降量为14.21 mm；卸载至0 kN时，残余沉降量为11.43 mm，所检桩的单桩竖向承载力特征值为750 kN，满足设计承载力要求。

表1 单桩静载试验检测结果

对瓜州泵站的站身部位灌注桩采用高应变法检测其单桩竖向承载力，共抽测1根，桩号为10_9，该桩长23.3 m。根据实测F-V波形曲线，结合工程地质情况、施工记录等，以实测波速为边界条件进行拟合计算，模拟Q～s曲线、土阻力及桩身剖面图见图3。桩侧的土阻力为3 666.4 kN，桩端土阻力为646.0 kN，动测承载力为4 312.4 kN，极限承载力设计值为4 262 kN，检测结果均满足设计要求。

图3 模拟Q～s曲线、土阻力及桩身剖面图

3.2 水泥搅拌桩

为检测该泵站水泥搅拌桩复合地基承载力，采用慢速维持荷载法抽检清污机桥底板部位3根水泥土搅拌桩试桩，水泥搅拌桩桩径600 mm，桩长10 m，间距为1 m×1 m，为方型布置，试验依据《建筑地基检测技术规范》(JGJ 340-2015)复合地基荷载试验要点进行，3根水泥搅拌桩的沉降量见图4。1#桩在试验荷载加至276 kPa时，累计下沉量为27.33 mm，卸载至0 kPa时残余沉降量为20.27 mm；2#桩在试验荷载加至276 kPa时，累计下沉量为25.67 mm，卸载至0 kPa时残余沉降量为22.04 mm；3#桩在试验荷载加至276 kPa时，累计下沉量为21.75 mm，卸载至0 kPa时残余沉降量为17.85 mm；所检桩的复合地基承载力均不小于138 kPa，满足设计承载力要求。

图4 各水泥搅拌桩的沉降量

采用钻芯法抽检两组清污机桥114#、136#水泥土搅拌桩的无侧限抗压强度，试样成型日期与试压日期间隔均为96 d，检测结果见表2。 实测无侧限抗压强度为2.54～4.34 MPa，两组强度代表值分别为3.85 、3.19 MPa，满足设计强度1.5 MPa要求。

表2 水泥土无侧限抗压强度抽检结果

3.3 地连墙

瓜州泵站的站身底板防渗围封设计型式为C30素混凝土墙体，采用地质雷达法对防渗围封墙体进行探测，探测部位为下游西块站身底板，长度总计27 m，设计墙体高程-2.50～-13.50 m，防渗围封墙的现场实测图谱见图5。由图5可知，识别区域内同相轴基本连续，存在两处波形杂乱是由于该处灌注桩距离墙体太近，受桩内钢筋影响所致，整体未见缺陷异常。

图5 防渗围封墙实测图谱

对13#地连墙试块的抗压强度进行抽检，试样规格为150×150 mm，以同等养护条件进行养护，试样制作日期与试压日期间隔56 d，检测结果见表3。由表3可知，抗压强度代表值为39.3 MPa，满足混凝土设计强度等级C30要求。

表3 混凝土抗压强度抽检结果

抽检17#地连墙的抗渗试块1组以检测抗渗强度，抗渗等级W4，试样以同等养护条件进行养护，龄期为56 d，试验水压为0.4 MPa，试样检测结果见表4。样品经检验，混凝土抗渗符合《水工混凝土试验规程》(SL 352-2006)规定的W4等级要求。

表4 混凝土抗渗抽检结果

4 机电设备测试及分析

4.1 主机泵制造质量

对瓜州泵站的水泵转轮室部件尺寸进行抽检，转轮室内球面直径见图6。采用量测法检测内球面直径，检测结果见表5。由表5可知，叶轮室内径尺寸偏差抽检结果在设计偏差范围之内，满足《泵站设备安装及验收规范》(SL 317-2015)的要求。

图6 水泵转轮室内球面示意图

表5 水泵转轮室加工检验成果

对水泵制造质量进行抽检，检查的项目包括叶片间隙、叶片表面粗糙度以及叶片角差，检查、检测结果见表6。由表6可知，水泵各部件外观检查良好，表面光滑，未发现明显缺陷。叶片间隙、表面粗糙度、叶片角差抽检结果总体在《泵站设备安装及验收规范》(SL 317-2015)允许偏差范围之内。

表6 水泵制造检查、检测结果

水泵主轴是连结电动机与水泵叶片的重要结构，水泵主轴的质量影响到水泵及泵站的安全稳定运行。对2#水泵主轴直径、粗糙度、硬度进行检测，检测结果见表7。

表7 2#泵轴检测结果

由表7可知，2#水泵主轴粗糙度、外径公差及内部质量抽检结果满足《泵站设备安装及验收规范》(SL 317-2015)的要求，轴颈硬度大于设计要求。为检查水泵主轴是否存在裂缝、暗伤，对水泵主轴进行超声探伤，泵轴牌号为45钢锻造，共抽检1根，检测结果见表8。由表8可知，主轴未发现超标缺陷，满足《钢锻件超声检测方法》(GB/T 6402-2008)要求。

表8 超声探伤检测结果

4.2 主机泵及电气辅助设备测试

对3000ZLQ28.4型立式轴流泵安装主要参数进行抽检，主机泵的主要参数满足《泵站设备安装及验收规范》(SL 317-2015)的要求。对辅助设备安装的水系统、油系统、真空破坏阀的工艺外观进行检查，相应指标满足《泵站设备安装及验收规范》(SL 317-2015)的要求。

泵站的主要电气设备包括低压开关柜、10 kV高压开关柜、变压器、电缆及桥架、防雷及接地装置等，对这些电气设备进行安装检查。主电机，绝缘电阻为2 950～9 620 MΩ(≥10 MΩ)；吸收比为2.65～2.93(≥1.3)；电机定子线圈直流电阻不平衡度为0.03～0.13%(≤2%)；主变压器(SC11-12500/20)，绝缘电阻为6 850～19 850 MΩ，变比误差为0.05%～0.09%(≤±1%)；相间直流电阻差为0.25%～0.79%(≤2%)；主机电缆，绝缘电阻为2 980～3 650 MΩ(≥10 MΩ)；高低压室及电机接地电阻，实测0.58～0.61 Ω(≤1 Ω)，以上结果符合《电气装置安装工程接地装置施工验收规范》(GB 50169-2016)的要求。

5 结 论

本文对瓜州泵站的机电设备、基础及防渗工程进行了现场测试，测试结果表明基础工程灌注桩、水泥土搅拌桩、地连墙的抽检结果均满足设计及规范要求。采用量测法对主泵制造及安装效果进行测量，对电气设备的安装进行检查，结果显示主要参数均满足对应的规范要求，机组的试运行效果理想。

经现场检测验证，高应变法可较好地用于检测灌注桩的单桩竖向承载力；慢速维持荷载法可较好地用于检测水泥土搅拌桩试桩的承载力；地质雷达法可用于检测地连墙的连续性。

通过对瓜洲泵站进行基础及防渗工程测试、机电设备检测，可以有效地为泵站的安全运行提供具体的现场测试数据和科学依据，为泵站现场测试的质量分析提供有效参考，有益于确保泵站的施工质量及工程后期的安全可靠运行。