哈爾濱市松北工程雙口面泵站設(shè)計(jì)

李 歡，李眾望，趙現(xiàn)建，呂宏飛

(中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021)

1 工程概況

哈爾濱松北灌排體系及水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程通過“兩縱”、“四橫”的方式布置，與松北城區(qū)規(guī)劃的18個(gè)湖泊相連接形成一個(gè)完整的水系網(wǎng)絡(luò)，為松北城市發(fā)展提供排洪和排澇安全保證。雙口面支渠泵站為整個(gè)排水泵站群中的一座，位于雙口面支渠末端，由雙口面支渠向松花江排水。

2 工程基礎(chǔ)處理

泵站基礎(chǔ)坐落于細(xì)砂層上，該層地基承載力較低，僅100～120 kPa，經(jīng)綜合考慮地基土質(zhì)、泵房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工條件等因素，設(shè)計(jì)采用振沖砂石樁進(jìn)行地基處理。砂石樁樁徑0.5 m，樁深6.0 m，間排距2.0 m，等邊三角形布置。施工前先在泵房基礎(chǔ)邊緣具有相同地質(zhì)條件位置打了5根試驗(yàn)樁。

根據(jù)現(xiàn)場荷載試驗(yàn)的成果,樁體單位面積承載力特征值達(dá)到640 kPa,樁間土承載力特征值達(dá)到210 kPa,復(fù)合地基承載力特征值按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：fspk——復(fù)合地基承載力特征值，kPa；fpk——樁體單位面積承載力特征值，kPa；fsk——樁間土承載力特征值，kPa；m——面積置換率；

面積置換率為m=5.7%，復(fù)合地基承載力特征值為235 kPa；樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)達(dá)到15擊，地基土質(zhì)達(dá)到中等密實(shí)程度。經(jīng)振沖砂石樁進(jìn)行地基處理后，地基承載力及建筑物基礎(chǔ)大小應(yīng)力比均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

地基土體大致分為粉質(zhì)粘土、中砂、粗砂三層，其中粉質(zhì)粘土最大厚度達(dá)20 m，根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》對泵房基礎(chǔ)進(jìn)行沉降計(jì)算。地基壓縮層的計(jì)算深度按計(jì)算層面處附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之比等于0.1時(shí)確定，經(jīng)計(jì)算壓縮土層計(jì)算深度為19 m，之下土層壓縮量不計(jì)。地基處理前粉質(zhì)粘土的孔隙比為0.949，泵房地基最終沉降量為18.3 cm，為避免對泵房結(jié)構(gòu)安全和泵房內(nèi)機(jī)組正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，采用砂石樁地基處理方式，地基處理后粉質(zhì)粘土的孔隙比為0.56，泵房地基最終沉降量為8.2 cm，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)構(gòu)布置

雙口面支渠泵站為強(qiáng)排泵站，設(shè)計(jì)流量5 m3/s。泵站安裝4臺(tái)700ZDB-100潛水軸流泵，配套電機(jī)功率180 kW，總裝機(jī)容量720 kW。泵站主要由上游鋪蓋、進(jìn)水閘、前池、泵房、壓力水箱、穿堤涵管、防洪閘、下游護(hù)坦及防沖槽等組成。

上游鋪蓋長15 m，采用40 cm厚混凝土結(jié)構(gòu)，下鋪設(shè)10 cm厚碎石墊層。

進(jìn)水閘為雙孔開敞式結(jié)構(gòu)，單孔寬2.5 m。進(jìn)水閘順?biāo)鞣较蜷L9.0 m，閘前設(shè)攔污柵，工作閘門采用平面鋼閘門。123.50 m高程為閘門操作、檢修平臺(tái)，設(shè)置4臺(tái)螺桿機(jī)。進(jìn)水閘上游采用八字形半重力式翼墻與岸坡連接，下游與前池池首相接。

前池采用正向進(jìn)水，池首與進(jìn)水閘相連。前池分為兩段，前端為梯形段，長10 m，底寬由5.8 m擴(kuò)散到11.8 m，底坡為1∶3.89，底高程由112.32 m降到109.75 m；后段為矩形段，長5 m，底寬11.8 m，底高程109.75 m。兩側(cè)采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻。

泵房為堤后濕室型，上部為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，下部為鋼筋混凝土墩墻結(jié)構(gòu)。泵室底板厚1.0 m，下鋪設(shè)10 cm厚碎石墊層，順?biāo)鞣较蜷L7.75 m，寬13.80 m，底板高程109.75 m；上部廠房寬9.2 m，長24.3 m，廠房分為兩層，一層地面高程113.45 m，二層地面高程118.12 m。泵房內(nèi)一字形布置4臺(tái)700ZDB-100潛水軸流泵，水泵進(jìn)水管管口高程110.30 m，出水管中心高程114.35 m。

壓力水箱為單層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L8.0 m，前段與泵房相接，后段逐漸收縮與穿堤涵相連。壓力水箱頂部設(shè)1.5m×1.5m的進(jìn)人孔。壓力水箱后接穿堤涵洞，涵管為單孔2.5m×2.5m鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，總長90.0m。涵管底高程115.12m，分為9節(jié)，單節(jié)長10.0m。為防止閘門啟閉時(shí)壓力水箱充泄水時(shí)壓力升高或出現(xiàn)負(fù)壓，在泵房下游墻內(nèi)埋設(shè)兩根通氣管，一端伸入壓力水箱頂部，另一端升高到校核洪水位以上與外界相通。

防洪閘布置在涵管出口處，順?biāo)鞣较蜷L5.0m，寬4.5m，底板高程115.12m，工作閘門采用平面鋼閘門。

防洪閘后接5.0m長的下游護(hù)坦段，護(hù)坦采用40cm厚的塊石，下鋪設(shè)10cm厚碎石墊層和10cm厚水撼砂墊層。護(hù)坦后接4.3m長的防沖槽，槽深2.0m，上游坡1∶0.5，下游坡1∶1。

4 建筑造型

泵站位于哈爾濱松北區(qū)市內(nèi)，雙口面支渠末端，環(huán)城景觀大道由泵站后側(cè)穿過，平時(shí)人流車流較多，因此，設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧美觀并與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致。建筑造型設(shè)計(jì)中在進(jìn)廠大門側(cè)增加了門廊結(jié)構(gòu)，由泵房外墻向外挑臺(tái)長度1.5m，基礎(chǔ)設(shè)置6根立柱，進(jìn)廠門外立柱跨度6.2m，其他跨度2.8m。泵房正面設(shè)計(jì)一具有俄羅斯風(fēng)格鐘樓，泵房正面及背面對稱布置上、下兩層共28扇窗戶，上層中間3扇為城門洞形。泵房頂板127.0m高程女兒墻以上做成四面內(nèi)傾斜屋面，屋面掛藍(lán)灰色玻纖瓦。

5 防水防凍

該泵站位于雙口面支渠末端松花江堤防內(nèi)側(cè)，地下水位較高，泵站進(jìn)水前池最高運(yùn)行水位115.34m，泵房水泵層樓板高程113.45m，承受約2m高水頭，澆筑樓板混凝土選用W6抗?jié)B指標(biāo)，水泵座環(huán)加設(shè)防水墊圈。泵站出口最高運(yùn)行水位120.63m，壓力水箱頂板底高程117.62m，承受約3m高水頭，澆筑壓力水箱混凝土選用W6抗?jié)B指標(biāo)，進(jìn)人孔有壓蓋板下加設(shè)密封墊片，壓力水箱與泵房間設(shè)置橡膠止水帶，壓力水箱內(nèi)布置一根放空管，穿過下游墻、113.45m高程樓板、水泵隔墩伸入泵站進(jìn)水前池，冬季開啟放空壓力水箱，防止凍脹。穿堤涵洞由景觀大道下穿過，為防止內(nèi)水外滲對公路產(chǎn)生不利影響，每段涵洞接縫處均設(shè)置橡膠止水帶，接縫外側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)突起30cm高防止松花江外水繞滲，涵洞施工過程中施工縫采取設(shè)置鍵槽、縫間加設(shè)一道止水鋼板的處理措施。

泵站處地下水位較高，原狀土大部為粉質(zhì)粘土，為防止冬季回填土凍脹變形及擋土墻前冰凍壓力對建筑物產(chǎn)生危害，將原設(shè)計(jì)泵站進(jìn)口段懸臂式擋墻改為半重力式擋土墻，墻上布置PVC排水孔以降低地下水位，擋墻墻背后貼一層10cm厚擠塑板緩解凍土對擋墻的破壞作用，擋土墻后選用粗粒材料作為回填土，回填料選擇耐風(fēng)化，顆粒級(jí)配較好，透水性好，不易發(fā)生滲透變形的中粗砂或砂礫石。