淺談永幸河泵站設計思路及要點

朱彤

淺談永幸河泵站設計思路及要點

朱彤

一、基本情況

永幸河泵站位于淮北大堤饒荊段，鳳臺縣城北約1km的永幸河入淮河口處，建成于1978年6月，是永幸河灌區(qū)的骨干控制工程。

因老站排澇標準低，流態(tài)差、裝置效率低，設備及土建結構老化損壞嚴重等，在世行貸款安徽省淮河流域重點平原洼地治理工程西淝河下段洼地工程中，對永幸河泵站進行了拆除重（擴）建。重建的永幸河泵站設計抽排流量為80m3/s，設計灌溉流量40m3/s，灌區(qū)面積560km2，耕地55萬畝，泵站裝機5臺，單機容量1250kW，總裝機6250kW，工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模大（2）型。重建的泵站樞紐由上閘、前池、泵房、壓力水箱、灌溉涵、穿堤出水涵及防洪閘、進出水渠和變電站等建筑物組成。泵房等主要建筑物級別為2級；泵站穿堤涵位于淮北大堤，為1級建筑物。重建工程自2011年10月開工建設已基本完成，并發(fā)揮了巨大的防洪、經(jīng)濟和社會效益。

二、工程地質條件

站址處地層自上而下依次為：堤身素填土，主要為重粉質壤土，夾輕粉質壤土、砂壤土、極細砂等，較不均勻，弱透水性；①層輕粉質壤土夾砂壤土，局部夾重粉質壤土薄層，弱透水性，強度較低，厚度變化大；②層中粉質壤土，硬—可塑，夾輕粉質壤土、砂壤土，強度較好，微透水性；③層極細砂，中密～密實，強度高，中等～弱透水性；③1層細砂，位于上游河段，夾泥質，強度相對較低，稍密~中密；④層重粉質壤土，硬塑，強度高，壓縮變形小，微透水性。

地下水以孔隙承壓水為主，主要儲藏于③1、③層極細砂中，與淮河水有密切水力聯(lián)系。

重建泵房底板開挖高程8.52m，位于②層中粉質壤土上。上閘閘室坐落于③1層極細砂，此層滲透性大，抗沖性差。擬建場地內(nèi)素（堤身）填土和①層輕粉質壤土夾砂壤土，粘性小，抗沖性能差。

該工程區(qū)域內(nèi)地震動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為6度。

三、樞紐總體布置設計思路

永幸河泵站樞紐具有抽排、抽灌、自排等功能。抽排時由永幸河抽排入淮河；灌溉時引抽灌的淮河水至上游永幸河灌區(qū)；自排是由永幸河經(jīng)節(jié)制閘（上閘）、船閘閘室、下閘（防洪閘、已于先期加固）進入淮河。

重建工程布置時主要考慮了以下因素：（1）重建泵站是在已有樞紐工程的基礎上為擴大其抽排流量而興建的，不改變自排和灌溉工況時的過流量及運行要求。（2）重建工程施工總工期兩年多，泵站主體部分施工跨兩個枯水期，其間須滿足每年5～9月永幸河流域排澇和灌溉期灌溉要求，即新站施工期須維持老站的運行。（3）盡可能減小拆遷難度，降低賠償額度。站區(qū)東側緊臨淮北大堤；南側為城區(qū)道路，道路以南為居民樓群；北側為泵站管理處生活和辦公區(qū)，距站區(qū)東北角不足10m遠處為一幢新建的辦公樓；管理處宿舍區(qū)以西為密集的居民區(qū)。站區(qū)周圍無合適的新站址，而所在的淮北大堤為國家1級堤防，為保障其防洪安全，新建站不宜采用堤身式布置，故為減小征地拆遷難度，節(jié)省工程投資，重建站仍須布置于原站區(qū)范圍內(nèi)。（4）淮北大堤非汛期破堤后，汛前須恢復原斷面，滿足度汛要求。工期安排的關鍵節(jié)點為：第一個枯水期破堤施工后，第二年3月底、4月初前須完成穿堤涵施工、下放防洪門及土方回填復堤；第三年汛前完成機組和設備安裝、拆除內(nèi)外側圍堰，第三年汛期實現(xiàn)由新站排澇。

綜合考慮上述因素，樞紐主要建筑物布置如下：

（1）新建站：為滿足施工期老站運行要求，同時新站應盡可能靠近永幸河以方便進出水明渠的布置及減小工程征地范圍等，將新建泵房按堤后式布置于老泵房北側20m的原有變電站處。為改善泵站的進出水流態(tài)，提高機組的運行效率，泵站進出流均采用正向布置。采用塊基型泵房。泵房內(nèi)“一”字型布置5臺機組，水泵型號為2000ZLQ18-4.5，配套電機型號為TL1250-28/2600。泵房自下而上設流道層、水泵層、中間層（兩道）和電機層。安裝間布置在主廠房左端、與機組段電機層高程相同。泵房進水流道的進口設置攔污柵（人工清污）和檢修閘門，以方便運行期單臺機組故障檢修。每臺泵流道出口處均設拍門和事故備用控制閘門。副廠房布置在主廠房下游側的壓力水箱上。壓力水箱后新建穿堤出水涵與淮北大堤正交，出口處建防洪閘并通過明渠彎道將澇水匯入永幸河。

（2）上閘：根據(jù)新泵房位置，為滿足新站正向進水布置需要，將老上閘拆除并上移105m重建新上閘。汛期永幸河上游來水中水草較多，須及時清除以保證機組正常運行。因“Y”形前池面積較大，為避免汛期抽排時站前污物積聚過多，影響泵站美觀，故將新上閘布置為5孔攔污進水閘，左邊孔為灌溉涵出口檢修閘孔，其余4孔為節(jié)制閘孔，設閘門、攔污柵和清污機?？菟诳申P閉上閘工作閘門并排空前池，進行各臺機組及前池的檢修。

（3）灌溉涵：分為四段：①進口段：在壓力水箱末端左側設灌溉涵進口控制閘。②涵洞段。③安裝間段：該段從安裝間下穿過，與安裝間段泵室結構融為一體。④岸墻段：該段與前池左側空箱式岸墻融為一體，延伸至上閘左邊孔。

（4）變電站：施工期建臨時變電所，待拆除老泵房后，于新建泵房右側的老泵房處新建變電站。

四、樞紐技術難點設計

1.改善前池進水流態(tài)的措施

為維持新站施工期老站的運行，新泵房布置于老站左側，故進水渠向左側開挖、拐彎進入新站進水池。彎道布置影響了前池進水流態(tài)，易導致機組進流不均、尤其是最右側的一臺水泵進流不充分。為解決這一問題，在安徽省內(nèi)泵站中首次采用了前池導流墩設計，布設了4道圓弧形導流墩以改善前池進水流態(tài)。導流墩在平面上呈扇形布置，各墩同圓心等間距，并與泵室進水流道中隔墩一一對齊。從近年機組運行實踐來看，上述措施實施效果良好。

2.地基處理

新建泵房基底為②層中粉質壤土，采用天然地基。

上閘閘室及其上游擋墻、前池兩側空箱式擋墻及灌溉涵的基底均為細砂層，為保證樞紐建筑物的抗?jié)B穩(wěn)定性，對上述建筑物基底均進行換土處理，換填粉質粘土或中、重粉質壤土，換土深度前池擋墻基底為1.0m，其余均為1.5m，換土范圍為各建筑物基底并向兩側分別延伸1m；閘室上游混凝土護坦及漿、干砌塊石護底下方設置共計35m長、厚度為1.0～1.1m的粘土鋪蓋。上述建筑物基底換土及閘上粘土鋪蓋均要求分層碾壓夯實，壓實度不小于0.92。

在施工過程中，現(xiàn)場開挖顯示穿堤涵洞基底約2m厚的輕粉質壤土夾砂壤土層較松散，在地下潛水作用下穩(wěn)定性差。穿堤涵施工工期緊，須確保按期下放防洪閘門及回填復堤。為保證工程施工質量和進度，并確?；幢贝蟮?級堤防穿堤建筑物抗?jié)B穩(wěn)定性，對穿堤涵基底進行了換填7%水泥土處理，沿洞線方向置換范圍為涵洞洞身底部（進出口各延伸1.0m），垂直洞線方向置換范圍為洞身兩側各延伸1.0m，壓力水箱、出口鋼筋混凝土護坦及其兩側擋墻下臥輕粉質壤土層薄而松散部位，亦根據(jù)現(xiàn)場實際情況換填1.2m厚水泥土。水泥土的填筑壓實度不小于0.94，同時滿足干密度不小于1.60g/cm3。

3.基坑支護

新建站基坑最大開挖深度達13.8m，而新站機組投入使用前須維持老站運行，工期十分緊張。新泵房距老泵房僅20m，該段開挖時不具備全放坡條件；基坑開挖深度范圍內(nèi)存在承壓水；開挖土層中廣泛分布抗?jié)B性差的輕粉質壤土夾砂壤土層，該層從現(xiàn)場開挖情況看，在地下水作用下流動性強、易塌落，若不采取支護措施，極易發(fā)生基坑邊坡坍塌，從而危及老泵房的穩(wěn)定及新站基坑的安全。為保證泵站重建工程的順利實施以及新站施工期老站灌溉、排澇功能的正常發(fā)揮，新站基坑采取了放坡開挖與雙排灌注樁支護結合的方式進行臨時支護，即上部在20.0m高程處放坡開挖（坡高4.1m），下部設雙排灌注樁支護。灌注樁樁徑1.0m，樁距1.6m，分兩排布置，排距2.4m，共計71根樁，其中有13根樁的上半部位于前池右側擋墻范圍。處理方式是：施工后期將擋墻范圍內(nèi)的樁身混凝土鑿除后，將其受力鋼筋錨入擋墻底板。因基坑開挖范圍內(nèi)出露的土層多為輕粉質壤土夾砂壤土，為防止樁間流土，樁后采用多頭小直徑防滲墻進行加固，防滲墻厚度不小于 0.22m，滲透系數(shù)小于1.0E-6cm/s。

4.地下水控制

因基坑開挖深度大，邊坡廣泛分布的①層輕粉質壤土夾砂壤土層在承壓水作用下流動性大、易塌落，而基坑周邊建筑物眾多，故地下水控制是施工期面臨的又一大考驗。施工中采用了深井降水措施?？紤]到泵站前池范圍大、覆蓋層薄，而其下方有深厚的砂層，為保證泵站運行期的抗?jié)B安全，除前池鋼筋混凝土底板上梅花形布設冒水孔、下設反濾層外，為進一步降低承壓水頭，避免站前薄覆蓋層被擊穿，將永久工程與施工期降水相結合，在前池底板中間增設一排直徑0.5m、間距3m的砂井，井底與底部砂層連通。

設計要求基坑排水控制降低地下水位至建基面以下0.5m并滿足基坑穩(wěn)定要求，深井降水實施過程中，對深井布置及降水深度進行實時控制，采用水位自動監(jiān)測等技術，加強地下水位及周邊建筑物變形等觀測，密切關注深基坑開挖及工程降水施工對臨近建筑物的安全影響，施工中未出現(xiàn)異常情況。

五、結語

永幸河泵站重建工程是世行貸款安徽省淮河流域重點平原洼地治理工程中最大的一座單體建筑物工程，已基本建成并完成了機組啟動和單位工程驗收，工程運行良好，并于近年發(fā)揮了巨大的排澇和灌溉效益■

（作者單位：安徽省水利水電勘測設計院230088）