某泵站进出水建筑结构与基础问题优化

董永江

（绍兴市水利水电勘测设计院有限公司，浙江 绍兴 312099）

1 工程概况

越城区古城内河防洪排涝提升工程位于浙江省中北部，钱塘江口以南，工程泵站主要建筑物包含新建排涝闸站2 座，改建活水泵站1座，改建活水闸1座等。通过勘探，按照土层成因不同及物理力学性质差异，对该地区进行工程地质分析，发现该地区地基岩土层自上而下由为10 个工程地质层构成，其中8、9 层缺失，工程岩性特征为：杂填土层（mlQ4）、淤泥层（l-）、粉质黏土层（l-）、淤泥质黏土层（）、粉质黏土层（al-）、淤泥质粉质黏土层（）、粉质黏土层（al-、al-）、块石层、中等风化砂岩层（K）等。图1 所示为水利工程泵站总体结构。

图1 工程泵站总体结构图

2 泵站进出水结构组成

2.1 进、出水建筑

进水建筑连接水源与泵房，改进泵站进水流道流态，降低管道内水耗，创造适合泵站的引水条件，出水建筑连接压力管道与灌排干渠及压力涵管，消耗水流势能，稳定水流流速，汇集水流、排除多余水流。该水利工程泵站进、出水建筑包拦引渠、前池和进水池、出水池、进、出水流道及底板、翼墙等，进水池由下部结构、移动式发电机组、管理房组成，包含拦污栅、钢筋混凝土框架柱、钢筋混凝土构造柱、进水前池和出水池边墙等建筑设计，出水池为钢筋混凝土结构，钢筋混凝土底板。

2.2 泵房

该水利工程螺丝畈闸站泵站机组型式为2台700QZB-125D潜水轴流泵，设计流量为1.50 m3/s 进水池宽度为2.30 m，底高程为2 m，主泵房垂直水流方向宽度为6.25 m，顺水流方向长度为8 m。稽山闸站机组型式为4台800QGWZ-135J全贯流潜水电泵，设计流量为2 m3/s，进水池宽度为2.70 m，底高程为0.70 m，主泵房垂直水流方向宽度为7.30 m，顺水流方向长度为14.20 m。罗门闸采用液压坝，闸门高度为2.50 m，闸门顶高程为4.50 m，闸墩顶高程为5 m，水闸顺水流方向长度为18 m，垂直水流方向长度为7.20 m，单孔6 m，故闸室总宽度为7.20 m，水闸上部不设置启闭机房。该工程对活水泵站西侧1孔泵室实施改造，泵墩拆除，改进为平面钢闸门水闸，闸宽3.20 m，门顶高程4.50 m。维修活水闸采取闸门加高方式进行，对现有泵闸进行维修加固。

3 泵站进出水结构布置

3.1 泵闸特征高程设计

3.1.1 波浪高度

水域平均水深确定计算公式为：

水域平均水深=设计水位-河底高程

平均波高与波长的确定需要采用莆田实验方法进行计算，公式为：

式中：平均波高（m）为hm，重力加速度为g，计算风速取18 m/s，风区内平均水深取2.50 m，风区长度为30 m，平均波周期为Tm，平均波长为Lm。

3.1.2 水闸波浪高度

式中：波浪中心超出计算水位的高度为hz，通过下述公式求出防洪高程，可以结合相关计算数据考虑为建筑物预留沉降确定墩顶高程。

3.2 泵闸稳定性分析

3.2.1 抗滑稳定系数

式中：Kc为抗滑稳定安全系数，构筑物基础底面上的全部竖向荷载为∑G，于构筑物基础底面以上的全部水平荷载为∑H，构筑物基础底面与地基之间的摩擦系数为f。

3.2.2 抗浮稳定系数

式中：抗浮稳定安全系数为Kf，水闸基础面以上的全部重力为∑V，水闸基础面以上的全部扬压力为∑V。

3.2.3 基地应力

式中：闸室上的全部竖向荷载为∑G，闸室上的全部竖向和水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩为∑M，闸室基底面积为A，闸室基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴截面矩W。

3.3 泵闸基础施工方案

该水利工程施工位置存在泵房载荷量较大，且地基岩土层特性复杂的情况，因此，泵房主要建筑物选用C15混凝土、C20混凝土、C25 混凝土、C30 混凝土、HPB300、HRB400 钢筋作为基础建筑材料，钢筋混凝土容重为25 kN/m3。其中，螺丝畈闸站底板位于淤泥质粉质黏土层，地基承载力仅为60 kPa，闸站地基底应力不满足地基承载力的要求，需进行建筑物地基处理，拟采用桩基础作为闸站的地基处理方式，通过钻孔灌注桩及预应力管桩提升泵房基础强度。罗门闸位于软土地基上，结合此工程实际情况，为进一步提升地基承载力，减小闸室沉降及闸室与翼墙之间沉降差，拟采用松木桩基础进行水闸基础处理，松木桩桩长6 m，梢径16 cm松木桩，梅花形布置，基础底采用50 cm厚抛石挤淤。

4 泵站进出水建筑结构与基础问题优化

4.1 进出水建筑结构与基础问题分析

4.1.1 定向钻输水管所引起的地表变形问题

在施工过程中，拟建环山河泵站至解放路之间有一定向钻输水管，其管底标高为2.20～-0.20 m，根据勘探孔揭示，其位于3 层淤泥质黏土中，由于场地原因，勘探孔孔距始终未能满足规范要求，实际地层可能会有所差异，施工过程中若碰到疑义建议通过布孔的方式。拟建输水管穿越土层为软弱土层，容易造成偏位、掉钻头，根据中国住建部第37 号文，定向钻为超过一定规模且危险性较为巨大的分部分项工程，在实施定向穿越的过程中可能会引起剧烈的地表变形，对周边环境能够产生一定程度的影响，在水利工程泵站主要建筑物进行施工前，应做好充分的施工分析与预测工作。

4.1.2 结构特点所引发的水利工程安全风险

泵站水闸建在平原或丘陵地区的软土地基上，土质岸与两侧岸边相连，因此由闸室段直接负责阻挡水流。在上游、下游水流冲击的作用下，极易造成建筑绕闸渗流。另外，出水口由于地理条件复杂，会直接造成下游出现波状水跃、折冲水流的现象发生，河床受到进一步冲刷，在泵站水闸结构荷载作用下，容易产生基础过大沉降。因而水闸的绕闸渗流、基础沉降、扬压力及翼墙变形、下游冲刷等是该水利工程建筑物施工过程中的安全监测重点。按工程具体施工部位考虑，闸室段结构复杂，是整个泵站水闸工程主体，闸室段是水闸工程的监测重点和关键部位。

4.1.3 地质条件所引起的水利工程基坑风险

该工程主要的工程建筑物结构与基础风险为桩基工程及基坑工程。当采用钻孔灌注桩时，2-1层、3层及5层软土层容易产生明显的缩径情况，因此，在成孔过程中，必须采用优质泥浆，并根据不同的地层岩性特征，控制相应的泥浆稠度，并进行二次清孔作业，严格控制孔底沉碴厚度，保证足够的初灌量，以此确保成桩的质量。拟建基坑位于闹市区，距离周边道路及建筑的实际距离均较近，因此，该水利工程在主要建筑物结构与基础施工前，需要采取有效的降水措施及支护措施，并且开挖过程中，应加强对基坑及周边环境的变形情况动态监测，以避免基坑失稳所引起的水利工程施工风险。

4.2 进出水建筑结构与基础问题优化措施

4.2.1 健全施工管理体系

基于水利工程泵站主要建筑物的结构与基础在施工过程中面临的若干问题，对工程泵站正式开展施工作业前，为了从根本上确保施工作业的安全性，需要对施工作业人员进行必要的施工安全教育培训，在此基础上对施工作业现场管理体系进一步优化，对泵站主要建筑物结构与基础施工情况产生科学认知，为制定有效、合理的施工管理制度夯实基础，便于在施工过程中深入贯彻施工管理要求，确保泵站主要建筑物施工质量。

4.2.2 优化泵站建筑物施工技术建设

现阶段，为确保水利工程泵站在测量、导流、基坑排水与支护、围堰填筑、拉森钢板桩施工、混凝土工程施工、底板施工、土方施工及电气设备安装调试过程中的施工质量，施工单位需要针对性做好工程运行管理，在工程管理范围和保护范围内，组织施工条件，布置施工总进度。

在该水利工程中，因地基岩土层的地质结构较为复杂，故泵房应当在施工中，依托地基结构和地基材质，按照拉森钢板桩（或混凝土灌注桩）基坑支护→地基处理→土方开挖→混凝土垫层→底板→流道→混凝土梁、板、柱→土方回填→泵房建筑→水泵、闸门及电气设备安装→设备调试→青石栏杆的施工顺序进行施工，促使泵房具备超高强度与载荷承受能力，防止泵站主要建筑物产生裂缝、倾斜，影响整个水利工程的正常运行。与此同时，为确保施工技术顺利实施，要协调好国土、规划和电力等部门，在主要建筑物施工前期的技术论证阶段给予充分支撑，保证工程经济效益。

5 结语

综上所述，水利工程泵站建筑物的结构与基础问题长期以来受社会各界关注，作为水利工程的关键组成部分，泵站的主要建筑物假如因定向钻输水管引起地表变形问题、因结构特点引发水利工程安全风险、因地质条件引起水利工程基坑风险，将会影响整个水利工程的高质量运行。以一贯之，施工单位应在详细了解泵站具体施工情况的基础上，健全泵站主要建筑物施工管理体系、强化泵站主要建筑物施工技术建设，继而保证水利工程的施工质量，泵站能够正常运转。