倒口泵站更新改造總體設計方案對比分析

【摘要】倒口泵站位于柴湖鎮(zhèn)群益村柴湖圍堤樁號20+100處，是鐘祥市丹江口庫區(qū)移民集中安置區(qū)的骨干排澇泵站，工程于1968年11月動工興建，1970年12月竣工。能基本滿足整個排澇區(qū)排澇要求，但不能滿足區(qū)域內(nèi)（西干渠上段）漬水“高水高排”提排要求，亟需加固、改造。通過兩種總體設計方案多方面對比分析，最終選用10臺單機200KW立式軸流泵的方案，滿足更新改造要求，提高倒口泵站的提排能力，達到“高水高排”的要求。

【關鍵詞】倒口泵站；加固改造；方案對比；立式軸流泵

1、工程背景概況

倒口泵站位于鐘祥市柴湖鎮(zhèn)（圍堤20+100樁號），距鐘祥城區(qū)約25km。工程于1968年11月動工興建，1970年12月竣工，由由省水利廳設計院設計，省水利工程一團施工。裝機容量10×155kW，設計排水流量16.5m3/s。

泵房為堤后式，廠房分列與箱涵兩側(cè)分為水泵層、電機層，泵站采用兩側(cè)進水流道，單機單管出水，出水流道為兩孔箱涵，箱涵尺寸為3m*3.5m*56.7m（寬*高*長）。主要建筑物包括引水渠，攔污柵、前池、泵房、配電房、出水箱涵、消力池、變電站等。引水渠長2300m，底寬由20m漸變至6.8m。

泵房內(nèi)安裝有28ZLB-70型軸流泵10臺，JSL128-8型155kW異步電動機10臺。主泵設備10臺由原武漢水泵廠生產(chǎn)，分別配用杭州發(fā)電設備廠生產(chǎn)的10臺電機。

泵站電源從柴湖變電站接入，電壓等級35 KV，泵站戶外設35kv變電站一座，變壓器容量為2050kVA，共3臺，兩臺臺容量1000kVA，一臺容量50kVA。

原設計低壓柜型號均為BSL型，為淘汰產(chǎn)品，但因資金原因未進行更新，目前仍在使用中。

變壓器低壓側(cè)供電方式采用單回路0.4kV電源引入泵房，泵房0.4kV母線采用單母線分段供電形式。

2、工程現(xiàn)狀與問題

倒口泵站為堤后式泵站。泵站水工部分工程由泵房、進水渠、前池、壓力箱涵（灌溉箱涵和穿堤箱涵）、自排閘、灌溉閘、防洪閘、出口消力池及出水渠等建筑物組成。承擔排澇面積68.1km2，灌溉面積6萬畝，設計電排流量16.5m3/s，裝機容量10×155kw，三等工程。該工程與柴湖排水區(qū)的金剛口泵站、白土地廟泵站聯(lián)合運行，現(xiàn)狀規(guī)?；緷M足排區(qū)要求。但泵站建成投入排澇運行43年來，工程本身長期失修、配套工程不完善、管理設施不配套、工程結(jié)構(gòu)破壞、砼嚴重老化。管理單位雖對工程中出現(xiàn)的一些問題進行過針對性處理，但因資金所限都不徹底，致使工程仍然存在較大的隱患。目前該工程水工部分主要存在的問題如下：

（1）經(jīng)過安鑒復核計算，倒口泵站復核提排流量為23.1m3/s，現(xiàn)狀提排流量為16.5m3/s，在與白土地廟、金剛口泵站聯(lián)合運行時，能滿足整個排澇區(qū)排澇要求，但不能滿足區(qū)域內(nèi)（西干渠上段）漬水“高水高排”提排要求。

（2）主泵房屋面大梁強度不滿足規(guī)范要求，泵房下圈梁裂縫，水泵層至底板存在貫穿性裂縫3條，排架柱破損，同時建筑面積太小，不滿足安全運行要求，且內(nèi)壁面脫落，門窗銹蝕變形，無安全防護網(wǎng)。

（3）進出水渠道淤積嚴重，進口無攔污柵橋，無清污設施；進出水消力池淤積，存在砼碳化、露筋等問題；進、出口擋土墻存在碳化，裂縫的問題；變電站臺風化嚴重，存在裂縫；壓力涵箱伸縮縫止水破壞，漏水，中墩存在三條裂縫；出口海漫漿砌石結(jié)構(gòu)破損。

（4）自排閘、防洪閘、灌溉閘排架存在裂縫、變形、露筋等問題，且啟閉機房破損嚴重；

（5）攔污柵安裝在水泵層進水口，距離水泵太近，水泵運行期間，經(jīng)常形成阻塞，導致進水受到嚴重影響，柵體全部銹損、變形嚴重。且又無清污設備，故攔污柵使用和檢修維護十分不便。

（6）無觀測檢修設施，管理設施落后，辦公條件差。

3、本次改造對工程等別的確定

本次改造泵站的等別、功能基本不變，泵站設計電排流量提升至23.1m3/s，設計電灌流量提升至11m3/s，裝機容量10×200kw。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）、《泵站設計規(guī)范》（GB 50265-2010）及《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-2013）有關條文規(guī)定，泵站屬三等工程，其主要建筑物（主泵房、壓力箱涵、出口防洪閘等）按3級建筑物設計；其它次要建筑物按4級建筑物設計；臨時建筑物為5級。

設計排澇標準十年一遇一日暴雨三日排至作物耐淹深度，設計灌溉保證率P=85%。

工程地震基本烈度為Ⅵ度。

4、總體改造方案比選

倒口泵站安全鑒定結(jié)論：泵站建筑物安全類別評定為四類，機電設備安全類別評定為四類，金屬結(jié)構(gòu)安全類別評定為四類，泵站安全類別綜合評定為四類。

根據(jù)安鑒復核計算及現(xiàn)場檢測結(jié)果，結(jié)合安全鑒定結(jié)論，本次對泵站進行更新改造的主要任務有：（1）將電排流量提升至設計標準23.1m3/s；（2）水機重新選型；（3）配套電機，更新高、低壓輸、配電設備；（4）新建攔污柵橋，配備清污機，更換閘門及啟閉機；（5）進水渠及前池清淤、護砌；原泵房拆除重建，新建副廠房；穿堤箱涵和灌溉箱涵維修，對穿堤箱涵部位圍堤進行充填灌漿處理；自排閘、灌溉閘、防洪閘啟閉房拆除重建；對出口消力池、海漫及邊墻維修，出水渠清淤，邊坡整形。

上述更新改造中除水機選型、配套電機、泵房重建、變電站重建設計外，其余加固方案較為獨立，故本次加固對水機選型選用兩個方案（含對應方案電機、變電站、泵房等配套設計），通過綜合比選確定最終總體加固方案。

（1）方案一：立式軸流泵方案

立式軸流泵方案選配10臺單機200KW軸流泵，設計提排流量為10*2.31=23.1m3/s。將10臺機組對稱布置在原自排閘進口兩側(cè)，水泵出水鋼管與原檢修井相接進入灌溉箱涵。原泵房全部拆除，新建主泵房機電層高程40.50m，寬6.48m，基礎底板高程34.22m（與現(xiàn)狀底板高程相同），寬7.28m。廠房單側(cè)長23m（水機層單側(cè)長19.6m），在鄰近擋土側(cè)11.1m處、鄰近自排閘進口側(cè)8.5m處設沉降縫。檢修間布置在廠房正中間，長6.8m，寬6.48m。進口前池底板高程33.46m（與現(xiàn)狀底板高程相同），底寬44.8m。新建副廠房布置在主泵房南端，平面尺寸11m×8m，內(nèi)設中控室、值班室等。原變電站拆除（底部進水涵洞亦拆除），新建變電站布置在主泵房南端，平面尺寸32m×18m，配備2臺S11-1600/35主變，1臺S11-80/35站變。

（2）方案二：潛水軸流泵方案

潛水軸流泵方案選配6臺單機400KW軸流泵，設計提排流量為6*4.07=24.4m3/s。將6臺機組對稱布置在原自排閘進口兩側(cè)，水泵出水鋼管重新布設孔洞進入灌溉箱涵。原泵房全部拆除，新建主泵房頂部高程41.50m，寬10.5m，基礎底板高程33.52m。廠房單側(cè)長19.2m（水機層單側(cè)長15.8m），在鄰近自排閘進口側(cè)端部處設沉降縫。檢修間布置在廠房正中間，長6.8m，寬10.5m。進口前池底板高程32.52m，底寬38.4m。新建副廠房布置在主泵房南端，平面尺寸11m×8m，內(nèi)設中控室、值班室等。原變電站拆除（底部進水涵洞亦拆除），新建變電站布置在主泵房南端，平面尺寸32m×18m，配備1臺S11-3150/35主變，1臺S11-80/35站變。

（3）方案比較

從以下三方面對兩方案進行比較：

a）從工程結(jié)構(gòu)方面比較

方案二由于潛水泵對前池最低保證水位要求較高（最小保護水深3.3m），灌溉期進水池最低運行為36.82m，只能通過將泵房底板由現(xiàn)狀高程34.22m降低至33.52m，才能在電灌時正常開機，相應前池底板需由現(xiàn)狀高程33.46m降低至設計高程32.52m。另一方面由于水泵出水流道與原檢修井不在同一軸線上，需拆除重建檢修井，封堵原灌溉箱涵連接的10處孔洞，重新開鑿6處孔洞。從應力分析角度看，方案二需降低現(xiàn)狀泵房底板高程，從而更接近地基承載力較差的第④層粉質(zhì)粘土層，需采取地基處理措施，同時深開挖泵房、前池底板對現(xiàn)狀灌溉箱涵地基應力重新分配極為不利。從施工組織設計角度看，深開挖需要基坑排水和高邊坡支護，增加施工難度和投資。相比較方案二，方案一水泵出水流道基本與原檢修井、灌溉箱涵孔洞在一軸線上，原灌溉箱涵孔洞亦可利用。

由上述可以看出，方案一相對方案二結(jié)構(gòu)好，工程量小，施工簡便。因此從工程結(jié)構(gòu)方面看，方案一較優(yōu)。

b）從調(diào)度運用方面比較

方案二單機流量大，不適應柴湖排區(qū)低流量、高頻率的排澇和灌溉需求，相比較方案一較優(yōu)。

c）從工程投資方面比較

方案二泵房拆除重建工程量比方案略小，但其前池及出水流道工程量較大，同時方案二機電設備和變電設施比方案一多出208萬。工程總投資方案一明顯比方案二低，因此從工程投資方面看，方案一較優(yōu)。

5、結(jié)束語

綜上所述，通過從工程結(jié)構(gòu)、從調(diào)度運用方面和工程投資三個方面的綜合比較，方案一優(yōu)于方案二，因此推薦方案一即選用10臺單機200KW立式軸流泵方案。目前該改造工程已竣工投入運行，達到了改造設計目標效果。通過本次泵改實踐、泵站實際運行，論證和分析了改造的成效，具有一定的指導和借鑒意義。