江苏省界牌泵站工程现场检测及分析

2024-01-05蔡一平孙圣杰许旭东李进东

黑龙江水利科技 2023年12期

蔡一平，孙圣杰，许旭东，李进东，杨帆

（1.江苏省水利科学研究院，南京 210017；2.扬州大学水利科学与工程学院，江苏扬州 225009）

随着中国泵站工程建设的快速发展，泵站工程的质量管理得到了管理单位的越发重视。保证泵站工程质量，推动泵站工程建设的高质量发展，泵站工程的现场安全检测显得尤为重要。水利部于2023 年1 月发布了《水利工程质量管理规定》对质量检测单位的检测规范提出了明确的要求，当前泵站现场检测质量的影响因素有很多，包括仪器设备、环境条件、人员素质和检测单位的管理制度等[1]，高质量地开展泵站工程现场检测及检测内容也是值得深入研究的课题。

针对泵站工程现场检测的内容及技术方法的研究，工程技术人员和学者均已开展了相关的研究工作并取得了一些研究成果。李进东[2]等对瓜洲泵站的基础及防渗工程、机电设备进行了随机采样检测并定量分析了检测数据，确保了瓜洲泵站的建设质量。王强[3]等从混凝土的强度、碳化深度和保护层厚度等方面对常州市西河泵站工程建筑物进行了现场检测，确定了该泵站安全等级为B 级。王京刚[4]等围绕泵站现场安全检测的重要性从人员培训、仪器设备、检测误差分析等方面提出了加强泵站现场检测质量控制的具体措施。刘洪[5]等依据《泵站安全鉴定规程（SL316）》对东莞市芦村旧排站的主要电气设备进行了现场检测，明确了该泵站电气设备需更新改造。郑会耀[6]等为检查东江一期泵站建筑物能否满足安全稳定运行要求，对该泵站的主要建筑物和机电结构进行了现场安全检测，明确了泵站建筑物、机电设备、金属结构及整体的安全类别。古丽苏玛依·阿不都萨塔尔[7]等采用现场抽检的方法对新疆某大型灌区泵站的主体工程进行了安全检测，明确了该泵站的当前运行状态特征。康志伟[8]等针对海口排涝泵站存在的排涝能力不足、部分水工建筑物年代久远等问题，对该泵站的混凝土结构、金属结构、机电设备和监测设备进行了安全检测和评估。通过对现有文献的分析可知，泵站工程现场检测的对象多为建设年份久、运行时间长、已存在各类病害的泵站，而对新建泵站现场检测的分析研究鲜少。

文章以江苏省界牌泵站工程为对象，依据《水利水电工程施工质量检验与评定规程（SL176）》、《水利工程施工质量检验与评定规范（DB32/T2334）》的规定，采用抽样检测的方法对界牌泵站工程开展现场检测及数据分析，以期为界牌泵站工程的后续安全可靠高效运行提供数据支撑，同时也为新建泵站工程开展现场检测提供技术方法及检测内容的参考。

1 工程概况

界牌泵站位于镇江丹阳市界牌镇，在新孟河向北延伸段入江口处，是江苏省界牌水利枢纽工程重要的组成部分。泵站选用9 台套开敞式X 型双向立式轴流泵，引、排设计流量均为300m3/s，单泵设计流量33.4m3/s，配套电机功率2 000kW，电机总功率18 000kW。泵房采用块基型结构，站身底板顺水流方向长39.5m，垂直水流方向的宽度为33.9m。泵站流道上下分两层，下层进水流道与上层出水流道内外河侧各设置一扇工作闸门，通过4扇闸门的切换实现泵站的抽引、抽排、自引和自排。内、外河工作闸门外各设安全栅和拦污栅一道。

2 测试内容及方法

界牌泵站的现场检测内容主要包括塑性混凝土防渗墙、灌注桩、等基础及防渗工程检测、主机泵制造及安装质量检测、辅机设备安装、电气设备安装及电气试验和机组试运行检测。

灌注桩的桩身完整性检测的方法常有钻探取芯法、超声透视波法和应力波反射法[9-10]。钻探取芯法钻芯时成孔的垂直度很难控制，对于受检桩的桩长较长时，钻芯就很容易偏离桩身，对基桩造成破坏，且检测费用高、时间长。超声透视波法数据分析时可按照规范要求，绘制声速—深度曲线和波幅—深度曲线，但曲线有问题时，不能完全确定该基桩存在问题，缺陷程度不好确定，要靠其他辅助方法进行确定。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，已被广泛应用于工程现场检测[11-12]。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，因此采用低应变法对界牌泵站的基础工程桩进行桩身完整性检测；慢速维持荷载法静载试验得出的单桩竖向承载力相比于快速维持荷载法静载试验得出的单桩竖向承载力一般更低，在工程上是偏安全的，因此采用慢速维持荷载法检测单桩竖向承载力。塑性混凝土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，且具有定位精确和高分辨率的优点[13]，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，运用量测法检测水泵叶轮室外观质量、测量叶轮室内球面直径，检查过流断面是否光滑，内球面直径是否存在偏差。使用测量仪器对水泵叶片质量以及叶轮与叶轮室预装叶片间隙进行检测；使用测量仪器对水泵主轴直径、粗糙度、硬度、长度进行检测;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

抽检江苏省界牌泵站施工基础工程桩59 根进行桩身完整性监测，其中：泵站底板桩42 根，新孟河侧泵站翼墙桩17 根，获得各混凝土灌注桩的低应变实测波形曲线，限于篇幅，仅给出泵站底板桩号311 灌注桩和新孟河侧泵站翼墙桩桩号BX4_1灌注桩的低应变实测波形曲线，见图1。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 根灌注桩均未发现异常情况，桩身完整，均为Ⅰ类桩。

图1 低应变实测波形曲线

对泵站站身底板部位灌注桩采用慢速维持荷载法检测其单桩竖向承载力，共抽测两根泵房底板桩号分别为204 和364 的灌注桩。所检混凝土灌注桩的设计桩径为1 m，桩长28m，桩身混凝土强度等级为C30。荷载试验按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2014）单桩竖向抗压静载试验要点进行，2 根灌注桩的沉降量如图2 所示，在对204 号和364号混凝土灌注桩均进行荷载加载至4720 kN试验时，204 号灌注桩累计下沉量为25.77mm；卸载至0kN时的残余沉降为19.14mm；对364 号混凝土灌注桩，试验加载至4 720kN 时，累计下沉量为19.97mm；卸载至0kN 时的残余沉降为14.57mm。经现场检测，2 根基桩单桩竖向承载力均满足设计要求。

图2 不同灌注桩的沉降量

3.2 塑性混凝土防渗墙

界牌泵站工程主要防渗封闭线采用塑性混凝土防渗墙结构，次要防液化围封采用三轴搅拌桩的处理方式。对泵站SB-1 塑性混凝土试块进行抽检，试样规格为150×150×150mm 的立方体，以同等养护条件进行养护，龄期为28d，检测结果如图3所示，试件1 在破坏荷载52.34kN 时，抗压强度值为2.33Mpa；试件2 在破坏荷载51.31kN 时，抗压强度值为2.28Mpa 试件3 在破坏荷载51.1kN 时，抗压强度值为2.27Mpa。由图3 可知，试件抗压强度平均值为2.29MPa，满足塑性混凝土设计要求为28d 无侧限抗压强度1～5 MPa 的要求。

图3 泵站SB-1 塑性混凝土试件

抽检泵房 SB-29 塑性混凝土渗透试块1 组以检测防渗墙的渗透系数，同组试件以同等养护条件进行养护，试件养护龄期为32d，各试件检测结果如图4 所示。泵房SB-29 塑性混凝土渗透试块渗透系数为4.11～6.03×10-6cm/s，均值为4.81×10-6cm/s，检测结果均满足设计要求。

图4 防渗墙试件的渗透系数

采用地质雷达法对泵房的防渗围封墙体进行检测，探测部位为站身2#底板塑性混凝土防防渗墙和站身3#底板水泥土防渗墙，两面墙体长度均为30m，共计60m，设计墙体高程均为-20.0～-9.7m，测线墙体参数及测线布置见表1，防渗围封墙的现场实测图谱，从实测图谱可识别区域结合探坑开挖检查情况，探测墙体整体连续完整。

表1 测线墙体参数及测线布置表

4 机电设备检测

4.1 主机泵制造质量

对界牌泵站的水泵叶轮室部件外观质量及尺寸进行抽检，叶轮室内球面直径参考文献[2]所示，采用量测法检测内球面直径，水泵叶轮室制造质量检测结果，见表2。由表2 可知，叶轮外壳过流断面光滑，无明显缺陷；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》（SL317—2015）的要求。

表2 水泵叶轮室制造质量检测结果表

对水泵叶片制造质量进行抽检，检查的项目包括外观检查、叶轮静平衡试验残留不平衡重量以及叶片表面粗糙度，叶轮制造质量检测结果，见表3。由表3 可知，水泵各部件外观检测良好，叶片表面光滑，表面无明显缺陷。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3 叶轮制造质量检测结果表

水泵主轴是连接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1#、2#、7#水泵主轴直径、粗糙度、硬度进行检测，检测结果如表4 所示。由表4 可知，1#、2#、7#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。

表4 泵轴制造质量检测结果表

叶轮与叶轮室预装叶片间隙是判断水泵正常工作的重要结构技术参数之一，间隙过大，泄漏量太大，泵效率降低；间隙过小，则间隙汽蚀严重，甚至叶片碰壳。对6#和7#叶轮和叶轮室预装叶片间隙进行检测，检测结果见表5，由表5 可知，6#和7#叶轮与叶轮室预装叶片间隙抽检结果满足《泵站设备安装及验收规范》（SL 317—2015）的要求。

表5 叶轮与叶轮室预装叶片间隙检测结果表

4.2 主机泵及电气辅助设备测试

对开敞式X 型双向立式轴流泵安装的主要参数进行抽检，主机泵的主要参数满足《泵站设备安装及验收规范》（SL317—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》（SL317—2015）的要求。

泵站的主要电气设备包括低压开关柜、10kV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2 290～8 420 MΩ（≥10 MΩ），吸收比为2.83～3.55（≥1.3）；电机定子线圈直流电阻不平衡度为0.02%～0.06%（≤2%）；主变压器（SCB11—1250/10），绝缘电阻为2780～292 000 MΩ，变比误差为0.24%～0.25%（≤±1%），相间直流电阻差为0.24%～0.40%（≤2%）；主机电缆，绝缘电阻为36 800～56 200 MΩ（≥10 MΩ）；电流互感器，实测绝缘电阻5 220～172 000 MΩ，变比与铭牌一致；高低压室及电机接地电阻，实测0.570～0.727 Ω（≤1Ω）；以上结果符合《电气装置安装工程接地装置施工验收规范》（GB50169—2016）的要求。