淺談泵站技術(shù)改造原位下沉施工方案

吳太原

淺談泵站技術(shù)改造原位下沉施工方案

吳太原

一、基本情況

五河縣城南泵站位于該縣城南新區(qū)，建于2008年，當(dāng)年是按照城南園區(qū)6.0km2的高排區(qū)排水條件設(shè)計的，為濕室型軸流泵站，其下部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)泵室，上部為框架結(jié)構(gòu)廠房；泵站裝機4臺共800kW。受城南新區(qū)建設(shè)影響，城南泵站排水范圍發(fā)生變化，原高排格局已被打破。為滿足排水區(qū)低水位時的抽排要求，需要對該站進行技術(shù)改造。

二、技術(shù)改造方案的選擇

就城南泵站而言，本次技術(shù)改造主要的任務(wù)就是解決城南泵站在低水位時的抽排問題。根據(jù)經(jīng)驗，如無法通過其他技術(shù)手段降低水泵安裝和泵室底板高程，就只能選擇拆除重建。因泵站建設(shè)年代較近，原泵站土建結(jié)構(gòu)和設(shè)備狀況良好，且拆除重建方案建設(shè)工期較長，顯然拆除重建是極不經(jīng)濟的，社會影響也較大。

根據(jù)泵站排區(qū)的地形和匯排水情況，經(jīng)復(fù)核驗算，需要將現(xiàn)狀泵站的水泵安裝高度降低1m方能滿足使用要求。由于水泵進水口安裝高度距離底板僅有685mm，按規(guī)范要求和實際情況，在泵室底板無法下降的情況下，水泵安裝高程再無下降可能。通過技術(shù)分析，可以降低該站底板高程的有局部破拆重建反拱底板、泵站整體平移回遷和泵站原位下沉三種方案。方案的優(yōu)缺點比較見表1。

由于整體下沉方案是在原址上實施，不用拆除和重新安裝機泵，對周邊影響小，施工安全，改造后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不會改變設(shè)計流態(tài)和進水室容量，且投資相對較?。槐檬覟殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，且地基承載較高，為泵站整體下沉創(chuàng)造了條件。經(jīng)綜合比較選擇泵站整體下沉方案。

三、泵站整體下沉的施工難點分析

（1）泵房基礎(chǔ)埋藏深，在自然水面以下4m左右；距離堤壩近，受外河高水位影響大，地下水位高；（2）泵站整體下降高度1.0m，機械無法作業(yè)，人工挖掏土方作業(yè)困難；（3）泵房整體下沉?xí)r要保證垂直下降、整體平穩(wěn)、安全可靠，下沉后要保證泵房基礎(chǔ)穩(wěn)固、機泵軸心鉛直；（4）在狹小的空間里施工鋼筋混凝土支承平臺較為困難；（5）頂升時需找出設(shè)備重心點才能精確定位千斤頂布設(shè)位置，以保證下沉的安全可靠性。（6）實施過程中泵室段與壓力水箱間銜接處理。

四、整體下沉方案及工作思路

結(jié)合現(xiàn)狀實際情況，基本工作思路為：（1）研究原泵站竣工圖紙和工程實體，分析計算泵房重量，找出泵房重心點和結(jié)構(gòu)受力點位置，科學(xué)精確地定位布設(shè)千斤頂和安置支承物；（2）現(xiàn)場測量泵房各部位高程，精確繪制泵房現(xiàn)狀平面圖，并于周邊設(shè)置固定控制點；筑內(nèi)河圍堰，抽排泵室及前池明水；（3）拆除泵房周圍土方；（4）沿泵房周圍布置井點降水，營造相對干燥的施工環(huán)境；（5）沿著5個墩墻下部人工掏挖甬道，做鋼筋混凝土反力支承基礎(chǔ)；（6）根據(jù)分析計算結(jié)果，布設(shè)千斤頂安放位置；（7）荷載托換和下沉，復(fù)核下沉高度和平整度及位移情況，調(diào)整修正；（8）混凝土填充底板下部空隙。

五、泵站整體下沉的具體措施

該泵站泵室為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，其下地基承載力較高（達210kPa），為泵站整體下沉創(chuàng)造了條件。整體下沉具體技術(shù)措施如下：

（1）剝離泵室與周邊的連系后，首先采用挖機開挖泵室周邊土方，至底板基面以上2.0m高度時留置一個2m寬平臺以備布置井點降水，待開挖到現(xiàn)狀基礎(chǔ)底面高度時停止機械開挖，改用人工掏挖，直至挖到計劃下沉面以下0.5m。

（2）沿泵房周圍的開挖預(yù)留平臺上布置井點降水，井點管間距1m、管長6m，在施工期間采用2臺離心式水泵不間斷抽排，以降低基坑地下水位，營造相對干燥的施工環(huán)境。

（3）于泵室底板順?biāo)鞣较虻?個墩墻下面先后人工掏挖5條甬道。首先從中墩③前后側(cè)相向人工掏挖底寬1.5m、高1m和縱深2.5m的甬洞，清基后澆筑混凝土墊層和長2.5m的C30鋼筋混凝土支承基礎(chǔ)，達設(shè)計強度后安裝混凝土預(yù)制塊和千斤頂，千斤頂高度不足部分采用鋼支承和鋼板襯墊；在中墩③已做的新基礎(chǔ)未達到設(shè)計強度時，為加快工程進度，其間可對邊墩①和⑤從前后側(cè)相向掏挖同樣規(guī)格的甬洞，并澆筑基礎(chǔ)，為保證穩(wěn)定性，在邊墩的外側(cè)用鋼管支撐加厚鋼板頂托，待達設(shè)計強度后改用新基礎(chǔ)并列安裝混凝土預(yù)制塊和千斤頂；然后掏挖中墩②和④下土方并澆筑基礎(chǔ)和安裝頂托；之后施工墩墻中下部；在完成5條甬道基礎(chǔ)施工和頂托支承后，清盡泵房底板下的所有土方和雜物。

（4）千斤頂布置：本次需下沉建筑物總重量經(jīng)復(fù)核計算為874t，按5個墩墻下設(shè)置5條南北向反力基礎(chǔ)為支承計算，3個中墩承載偏大，約為190t左右，兩個邊墩承載約為152t；中墩線荷截達22t/m左右，若每個墩墻下布置5處千斤頂，新做支承基礎(chǔ)寬1.5m，則單處下沉壓力近15MPa?？紤]到荷載分布的不均勻問題，兩個邊墩下分別布置7臺、3個中墩下分別布置10臺100t行程130mm千斤頂，千斤頂高度為30cm，共使用44臺千斤頂。并列下沉托換使用混凝土預(yù)制墊塊，托換點不得低于千斤頂數(shù)量。安裝下沉頂升設(shè)備及臨時托換塊時注意垂直度、水平對正，千斤頂頂端必須墊襯鋼板，被頂工件面需平整。完成上述工作后，即可緩慢下沉。

表1　泵室底板下沉方案比選

六、動態(tài)下沉

1.稱重和試下沉頂升

利用液壓加壓讀出設(shè)備支架單點的荷載，如每臺千斤頂荷載不相同就要給它們使用不同的壓力。為了保證多點頂負(fù)荷一致，在下沉頂升設(shè)備之前，首先要讓多頂均勻接觸工件，并以多頂均勻接觸工件的這一點作為多頂運行的基準(zhǔn)，為此，安裝中要有一個受力平衡貼合功能。為保證頂升過程按要求進行，在頂升前應(yīng)測定每個頂升點處的實際荷載。

稱重時依據(jù)計算頂升荷載，采用逐級加載的方式進行，在一定的頂升高度內(nèi)（1～10mm），通過反復(fù)調(diào)整各組的油壓，可以設(shè)定一組頂升油壓值，使每個頂點的頂升壓力與其上部荷載基本平衡。為觀察頂升處是否脫離，可用百分表測定其行程。將每點的實測值與理論計算值比較，計算其差異量，由液壓工程師和結(jié)構(gòu)工程師共同分析原因，最終確定該點實測值能否作為頂升時的基準(zhǔn)值。如差異較大，將作相應(yīng)調(diào)整。為了觀察和考核整個頂升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及對稱重結(jié)果的校核，在正式頂升之前，應(yīng)進行試頂升，試頂升高度10mm。試頂升結(jié)束后，提供整體姿態(tài)、結(jié)構(gòu)位移等情況，為正式頂升提供依據(jù)。

2.正式下沉

試頂升后，觀察若無問題，便進行正式頂升。正式頂升時，須對整個頂升過程認(rèn)真作好記錄。先按預(yù)設(shè)荷載進行加載和頂升；及時跟進各個觀察點反映測量情況；各個測量點反映的測量數(shù)據(jù)應(yīng)及時匯交現(xiàn)場指揮中心，比較實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的差異，分析研究數(shù)據(jù)偏差原因，并及時進行調(diào)整；科學(xué)調(diào)整后，有針對性地決策下一步操作。

3.頂升注意事項

（1）下沉過程中要求各方密切配合，做好記錄，并指定專人觀察整個系統(tǒng)的工作情況，若有異常，直接通知指揮控制中心；結(jié)構(gòu)頂升空間內(nèi)不得有障礙物。

（2）整個下沉過程應(yīng)觀察位移傳感器的頂升位置，當(dāng)任何一缸的壓力誤差大于5%，控制系統(tǒng)要立即關(guān)閉液控單向閥，以確保建筑物安全。

（3）下沉完成后，對計算機顯示的各油缸的位移和千斤頂?shù)膲毫η闆r進行整理分析，如有異常要及時處理。并測量各標(biāo)高觀測點的標(biāo)高值，計算各觀測點的抬升高度，檢查建筑物傾斜度，作為工程竣工驗收資料。

七、就位對接處理

整體下沉頂升工作完成，關(guān)掉所有千斤頂下腔截止閥，并檢查千斤頂液壓油有無滲漏和缸體的爆裂，所有檢查項目結(jié)束。利用預(yù)制好的混凝土塊面做臨時支撐，并保持垂直，上下水平度有誤差可以使用不同厚度的鋼板墊實，保證建筑物水平，確保機械組平穩(wěn)下落。拆掉所有頂升設(shè)備后，要保證臨時支撐穩(wěn)固；于泵室底板上部鉆孔，并在底板外圍立模，通過鉆孔向底板下部澆灌C30混凝土，充實整個底板。

八、泵站整體下沉的評價

城南泵站技術(shù)改造工程已按設(shè)計要求完工，到了設(shè)計使用要求，現(xiàn)泵站運行狀況良好。城南泵站采取整體下沉處理方案，泵室原位下沉投資不到60萬元，施工期僅2個月，而且施工安全可靠、耗費材料少。該技術(shù)可在類似泵站技術(shù)改造工程中借鑒推廣■

（作者單位：安徽省五河縣水利局233300）