电排站改造扩建提升及施工防渗技术应用实践

张 威

(四会市建筑安装工程有限公司,广东 四会 526200)

0 引 言

近年来, 由于我国局部地区降水量较多,致使一些城市经常受到洪灾影响,严重影响城市居民的生命财产安全[1]。水利电排站可以解决由自然灾害引起的水利工程建设问题,因此其建设质量和运行管理对于城市居民而言是非常重要的[2]。电排站是目前水利工程较为重要的建筑,对电排站的工程质量和防渗性能已经受到越来越多的重视[3]。水利工程较好的防渗和排水能力是确保可以正常运行和延长使用寿命的重要指标。随着大量的工程经验的积累和建设技术的改进,电排站的建设质量也不断提升[4]。文章以某电排站建设工程为例,结合工程概况对该电排站工程进行了现状分析,对其改造扩建和施工防渗技术进行深入探析,其中包括施工方案、水力计算、结构稳定性分析与施工导流围堰等关键工序技术的应用。确保城镇安全,保证受益区工业、农业生产的正常运作,使人民群众增产受益。期望为相关类似工程提供了一定的参考意义,为我国电排站的施工质量提升做出一定贡献。

1 工程概况

1.1 工程背景

电排站位于绥江右岸西沙围姚沙段,西沙围内由排涝片区和独岗排涝片区组成,其中排涝片区控制集雨面积7.83km2,电排站总设计排水流量15.45m3/s,总装机容量1570kW。电排站旧厂房排水流量8.1m3/s,装机容量850KW。电排站新建厂房设计排水流量为7.35m3/s,工程装机容量720kW。是姚沙涝区内3个重要防洪排涝泵站之一。但电排站现状排涝标准偏低,排涝能力严重不足,汛期经常发生涝灾,严重影响当地工农业生产和社会经济发展。本次工程主要对姚沙电排站进行扩建,通过扩建进一步提高涝区的排涝能力,保障人民生命财产安全。

1.2 现状分析

姚沙涝片位于绥江河的右岸,其范围以姚沙拦洪沟往北至独岗电排站中心排渠。涝区内通过多个排渠汇总至姚沙电排站排入绥江,该站重建于2001年,按为10a一遇24h暴雨3d排干排涝标准设计,装机容量850kW,抽排流量8.1m3/s,设计标准偏低。

1.2.1 工程存在问题

排涝标准偏低:按广东省水利厅规定的治涝标准,城镇按10a一遇24h暴雨1d排干设计,但现有姚沙电排站是按农村排涝标准的设计,即10a一遇2h时暴雨3d排干,不满足排涝标准。

排涝流量偏小:根据姚沙排涝片区设计排涝流量计算成果可知,姚沙排涝片区按10a一遇24h暴雨1d排干标准计算出来的排涝流量为13.45m3/s,独岗排涝片区分流量为2.0 m3/s。而现有姚沙电排站的总排涝能力只有8.10 m3/s,因此不能满足排涝要求,需对其进行扩建,由此可得本工程需扩建流量为:

Q扩建=Q设计+Q独岗-Q现有=13.45+2.0-8.1=7.35m3/s

(1)

1.2.2 扩建的必要性

洪涝灾害:姚沙涝区曾多次出现农田受淹,水利、供电、通讯和公路交通等设施出现不同程度损坏,交通、供水、供电中断等情况。

姚沙电排站是姚沙涝区内3个重点防洪排涝泵站之一,肩负着西沙围内姚沙排涝片区7.83km2土地的排水任务,关系着贞山街道区域是否受淹,占有极重要的地位。对姚沙电排站进行扩建能消除隐患涝区内洪涝灾害的危险,确保城镇安全,保证受益区工业、农业生产的正常运作,使人民群众增产受益。所以本次扩建工程的实施是十分必要的。

2 方案设计分析

2.1 改造扩建方案

新建厂房为3级建筑物,本工程采用湿室型-墩墙式厂房,除进水池侧,厂房其他三面均是挡土墙,并设置隔墩,形成单独进水室。优点是进水条件较好;进水口方便设置检修闸,方便电排站日常运行及管理。厂房为三层框架结构,基础采用D=800钢筋混凝土钻孔桩处理,电机层下部为进水池,进水池底板和侧墙采用钢筋混凝土结构,底板顶高程为3.20m,厚为0.8m,侧墙厚1.0m,进水池层高5.1m;进水前池为3级建筑物,敞口式,总宽18.50m,进水斜坡段顺水流方向长13.20m,水平段长5.80m,进水前池为矩形断面,进水池两岸边坡设钢筋混凝土挡土墙,进水前池翼墙高度4.00～4.30m,顶高程为8.3m。

厂房基础坐落在粉质黏土上,地基土允许承载力为160kPa,[R]= 160kPa>93.29kPa,满足要求,但由于地基开挖,建后粉质黏土层厚约2.5～3.2m,故需对厂房地基进行加固处理。参考类似工程经验,拟考虑钢筋混凝土钻孔桩复合地基处理方案。

2.2 水力计算

2.2.1 容积计算

2.2.1.1 总容积计算:

根据《泵站设计规范》进水池的水下容积可按公用该进水池的水泵30倍～50倍设计流量确定。

总进水池的水下容积=设计水位时进水池断面面积×池总净宽=27×15.5=418.50m3;

40倍设计流量=40×7.35=294.0 m3;

由于进水池的水下容积418.50 m3>40倍设计流量294.0 m3,满足进水池容积设计要求。

2.2.1.2 单孔单泵容积计算

单孔进水池的水下容积=设计水位时进水池断面面积×池单孔净宽=27×3.5=94.50m3;

单泵40倍设计流量=40×1.98=79.20m3;

由于进水池的水下容积94.50 m3>40倍设计流量79.20 m3,满足进水池容积设计要求。

2.2.2 流速计算

1)进水流道计算:根据《泵站设计规范》进口流道进口流速宜为0.8～1.0m/s。进水流道流速计算见表1。

表1 进水流道流速计算表

新建电排站进水流道尺寸为15.5×4.0m,设计排泄流量为7.35m3/s,改造后安装4台水泵总排水流量为7.92m3/s。由表1可知流量为7.35 m3/s或7.92m3/s时,出水涵管流速均<0.8 m/s,不满足进水流道设计流速要求,但为符合流道型线平顺,各断面面积沿程变化均匀合理,出口断面处的流速和压力分布比较平均,不缩小进水流道断面,保持与原有河道宽度一致。

2)出水流道计算:根据《泵站设计规范》出水流道出口流速≤1.5m/s。出水涵管流速计算见表2。

表2 出水涵管流速计算表

已知新建电排站出水涵管尺寸为3.5×3.0m,设计排泄流量为7.35m3/s,改造后安装4台水泵总排水流量为7.92m3/s。由表2可知流量为7.35 m3/s或7.92m3/s时,出水涵管流速均<1.5 m/s,满足出水流道设计流速要求。

2.3 结构稳定性分析

2.3.1 厂房稳定性分析

厂房基础坐落在粉质黏土上,地基土允许承载力为160kPa,地基与基础摩擦系数为0.21,其稳定分析成果如表3所示。

表3 厂房稳定分析成果表

根据计算结果可知,厂房坐落于粉质黏土的稳定分析结果满足要求,采用钻孔灌注桩复合地基处理。

2.3.2 出水管渗流稳定性分析

为了保护出水管的安全,对出水管渗流稳定进行计算分析。根据《水工建筑学》,所需的防渗长度L应满足:

L≥CH

(2)

式中:L为防渗长度,根据图纸实测L=40m;H为上、下游水位差,H=11.90-6.1=5.80m;C为渗径系数,依地基土的性质而定,按照地质勘察可知其土的属于黏土,其值可按《水工建筑学》的允许渗径系数值表选取C=4。

根据上式计算防渗长度L=40m≥CH=4×5.8=23.20m,因此防渗长度满足防渗要求。

3 电排站防渗处理关键技术

3.1 施工导流围堰

由于地下水和河水之间有较强的水力联系,且大气降水可以给地下水进行补给,必须采用适用于工程现场的措施进行防渗处理,否则将严重影响电排站的正常运行。

基坑较深受到的渗透压力较大,为了防止河水渗入,进行了内外围堰修防渗措施。在大堤以外的滩地上修建外围堰挡水,使用河床围堰,并作为河岸的临时交通道路。设计围堰采用土石围堰,它能充分利用当地材料,对基础适应性强,施工工艺简单,可利用堤防开挖土及边坡整治土余方填筑围堰。在进水控制段前做内围堰,并作为河道两岸的临时交通道路,围堰安全加高取0.50m。

采用截水+排水方式提高防渗效果。利用人工进行装填黏性土,袋口绑扎。防水土工布置于土袋下平整叠实,袋装土均匀紧密分层错位平铺,通过人工将最顶层用素土填实袋装土之间的空隙踩实。同时,施工期基坑内积水可通过小型潜水泵抽排至外河及内河排渠。施工时在基坑周边设置集水井,集水井之间通过排水沟连接,在基坑中形成闭合环形排水系统,并通过潜水泵抽排集水井中的汇水。

3.2 基坑开挖

水是影响边坡稳定性的重要因素,因此开挖前和开挖过程中必须做好截排水措施。具体措施有:防止降水对边坡冲刷,在边坡周边设置地表排水沟,同时将边坡的土进行薄膜覆盖;对已经出现坡面渗水的部位,必须在采取相应的保持稳定措施之后才能继续施工;为避免基坑积水,设置集水沟,将水抽至地面排水沟;围堰填筑前清除淤泥等含水量较大的土并清理至河岸3m,以保证围堰嵌入河岸,保证连接段的防渗效果。

边坡开挖采用放坡开挖,坡度值满足边坡稳定要求。基坑外边坡顶地面荷载必须距离边坡顶边线3m以外。土方挖运,采取分层剥离的方式,先清理表层土,由上至下逐层开挖,适当对新的施工面加宽,降低后续开挖难度,增强施工工效。

3.3 钻孔灌注桩施工

电排站基础采用钻孔灌注桩复合地基的处理方法,提高地基土的抗渗性能。主要施工步骤为:定位对中、钻进、清孔、钢筋笼制造及安装、按规定速度边提升浇筑混凝土、桩基检测。

施工前做好施工条件调查和准备工作,确保现场环境满足机械设备正常运转的要求。如应确保地面净空和操作空间能满足钻机的正常施工,为保持钻机的平稳性,必须做好清表工作,对淤泥等土层进行及时清理换填[5]。当钻进至设计深度时进行清孔作业,将按设计要求绑扎好的钢筋笼吊放至钻孔,不断将提升注浆管直至达到设计标高可停止施工。

3.4 钢筋混凝土施工

钢筋混凝土施工是电排站防渗排水施工的关键内容之一,电排站结构自防水性能是防渗漏的最重要处理措施。主要分为混凝土、模板和钢筋施工三个内容:

1)混凝土施工:电排站主体工程混凝土浇筑量较大,为保证混凝土施工的质量和进度,必要时可考虑采用商品混凝土。利用混凝土搅拌车运输,通过混凝土泵直接入仓,进行机械振捣,浇筑时应控制施工缝设置位置,并安排人工养护。为了做好土壤环境保护,严禁将施工剩余的砂浆混凝土随意丢弃到周边的农田耕地,应统一运至弃渣场填埋处理[6]。

2)模板施工:为保证工程质量,提高重复利用次数,除异型模板采用木模镶宝丽板外,其余全部采用组合钢模板为主。所有连接件与设计须使模板能整装,并使其拆模时不致损坏混凝土。钢板连接缝尽可能光滑紧密,不允许带凹坑、皱折或其它表面缺陷。组合钢模板施工时,严格按照施工设计和技术措施的规定及有关的规程、规范施工[7]。同时还应考虑模板拼缝的严密性,确保无漏浆问题。施工人员进行完混凝土浇筑作业前必须做好验收工作,模板及其支架必须具有足够的强度、刚度和稳定性,其支承部分应有足够的支承面积。

3)钢筋施工:在进行钢筋施工的过程中,钢筋的安装位置、间距、保护层及各部分钢筋大小的尺寸均应符合施工详图的规定[8]。同时应按照设计图纸中规定的钢筋等级、规格、型式、长度放样,做好防水工作,钢筋底部放置垫层,实行上盖下垫措施,防止在运输和储存时,钢筋发生锈蚀问题。

最后,在对钢筋进行安装的过程中,需要工作人员能够严格按照图纸进行安装,钢筋的规格、数量、间距符合要求且绑扎牢固。

4 结 论

水利电排站可以解决由自然灾害引起的水利工程建设问题,因此其建设质量和运行管理对于城市居民而言是非常重要的。随着大量的工程经验的积累和建设技术的改进,电排站的建设质量也不断提升。文章以某电排站建设工程为例,结合工程概况对该电排站工程进行了现状分析,对其改造扩建和施工防渗技术进行深入探析,其中包括施工方案、水力计算、结构稳定性分析与施工导流围堰、钻孔灌注桩等关键工序技术的应用。通过控制出水管防渗长度、提高导流围堰的防渗效果、增强地基土的抗渗性能和电排站结构自防水等一系列防渗处理措施,保证受益区工业、农业生产的正常运作,使人民群众增产受益,为相关类似工程提供了一定的参考意义。