寶雞峽北昌泵站改造主體建筑物設(shè)計(jì)分析

摘 要：寶雞峽北昌泵站設(shè)計(jì)灌溉面積約90km2，泵站總裝機(jī)功率1 900kW，設(shè)計(jì)揚(yáng)程22.50m/20.50m。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，設(shè)施設(shè)備老化嚴(yán)重，出現(xiàn)眾多安全隱患，效能明顯衰減。基于此，本文依據(jù)國(guó)家工程規(guī)范和運(yùn)行實(shí)際，對(duì)主體建筑物設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，為同類(lèi)工程提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：寶雞峽;泵站改造;主體建筑物

中圖分類(lèi)號(hào)：TV675 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）25-0082-02

1 北昌泵站概況

寶雞峽北昌泵站位于咸陽(yáng)市乾縣王村鎮(zhèn)任家村，于1972年建成，設(shè)計(jì)灌溉面積約90km2，本級(jí)灌溉面積20km2，設(shè)計(jì)流量6.38m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程22.50m/20.50m，泵站總裝機(jī)功率1 900kW。泵站為正向進(jìn)水正向出水，進(jìn)水池、主廠房、輸水管道和出水池呈直線布置。北昌泵站進(jìn)水建筑物主要有進(jìn)水閘、引水渠、進(jìn)水池等。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，設(shè)施設(shè)備老化嚴(yán)重，出現(xiàn)眾多安全隱患，效能明顯衰減。因此，經(jīng)過(guò)技術(shù)專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)探查分析及陜西省水利廳、財(cái)政廳批準(zhǔn)，決定實(shí)施工程設(shè)備分步更新改造。

2 進(jìn)水建筑物設(shè)計(jì)

2.1 進(jìn)水閘

北昌泵站在寶雞峽塬上總干渠樁號(hào)154+319處設(shè)閘引水?？偢汕?jié)制閘上游為梯形斷面，設(shè)計(jì)流量50m3/s，設(shè)計(jì)水深2.78m;節(jié)制閘下游為梯形斷面，設(shè)計(jì)流量45m3/s，設(shè)計(jì)水深2.78m。北昌泵站進(jìn)水閘自1972年建成后，經(jīng)多年運(yùn)用，性能良好，閘底過(guò)流穩(wěn)定。經(jīng)水利復(fù)核計(jì)算，原有閘孔尺寸能滿(mǎn)足引水要求，只是運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)久，閘門(mén)、設(shè)備與建筑設(shè)施破損老化嚴(yán)重。所以，本次改造擬在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行拆除重建，并更換設(shè)備等。

2.2 引水渠

北昌抽水站除向本級(jí)灌溉面積供水外，還負(fù)有向南上座供水的任務(wù)。我們將塬上總干渠樁號(hào)154+319處進(jìn)水閘至北昌泵站之間的這條渠道稱(chēng)為引水渠，為梯形斷面土渠。引水渠底寬4.5m，渠深3.80m，邊坡系數(shù)為1.25，設(shè)計(jì)流量6.58m3/s。本次改造在保證設(shè)計(jì)水位與原水位相比變幅不大及其渠道必須達(dá)到?jīng)_淤平衡運(yùn)用狀態(tài)的前提下，宜將引水渠設(shè)計(jì)成矩形斷面，并對(duì)其進(jìn)行襯砌。

2.2.1 渠道縱斷面設(shè)計(jì)。經(jīng)分析得出，進(jìn)水渠經(jīng)多年運(yùn)行，現(xiàn)有比降能達(dá)到?jīng)_淤平衡，所以本次設(shè)計(jì)不對(duì)引水渠原有縱比降進(jìn)行調(diào)整，維持現(xiàn)狀。

2.2.2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)?？紤]到引水渠總長(zhǎng)為30.30m，除去進(jìn)水閘、流道引渠、交通橋、工作橋和攔污柵所占長(zhǎng)度，所剩部分僅夠漸變段長(zhǎng)度，采用矩形斷面，漸變段采用八字墻，水流形態(tài)好，抗凍脹性能強(qiáng)。渠深2.6m，底寬4.0m，設(shè)計(jì)流量6.58m3/s，設(shè)計(jì)水深1.455m?？紤]到引水渠工程的重要性和長(zhǎng)度較短的實(shí)情，擬對(duì)其進(jìn)行全斷面襯砌，襯砌到頂，高出設(shè)計(jì)水位1.15m。

2.2.3 渠道襯砌設(shè)計(jì)。渠道襯砌采用M7.5漿砌石砌筑，同時(shí)沿渠道中心每10m設(shè)橫向伸縮縫一條，縫內(nèi)填塞瀝青砂板條。

2.3 進(jìn)水池

北昌泵站原有前池為正向進(jìn)水式前池，為單機(jī)單流道方形前池，沒(méi)有排砂設(shè)施。為了保證良好的進(jìn)水條件，擬將前池分隔成單臺(tái)機(jī)組的圓形進(jìn)水池，并分別設(shè)閘控制。另外，拆除原前池進(jìn)口的清污機(jī)，重新安裝2座清污機(jī)。

2.3.1 進(jìn)水流道寬度。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50265—97）7.3.2條對(duì)進(jìn)水流道布置的要求，按公式（1）計(jì)算流道寬度：

[B=Q/S=Q/h×v]" " " " " " " " " " " " " "（1）

式中，[B]為流道寬度（m）;[S]表示過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2）;[h]表示設(shè)計(jì)水深（m）;[v]表示規(guī)范建議流速（m/s），取流道進(jìn)口斷面處流速v為0.8～1.0m/s。

經(jīng)計(jì)算，確定大泵設(shè)計(jì)流量0.94m3/s，流道寬度為1.0m。

2.3.2 流道縱橫斷面設(shè)計(jì)。流道橫斷面采用矩形斷面，深為2.6～5.0m不等。在流道上控制閘門(mén)下游8.08m斷面處變流道底坡，以上為平底，以下為一陡坡，流道陡坡坡降為1∶3.33。

2.3.3 進(jìn)水池設(shè)計(jì)。參照《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50265—97），進(jìn)水池水下容積按進(jìn)水池對(duì)應(yīng)水泵30～50倍的設(shè)計(jì)流量確定，同時(shí)考慮吸水管路的布置要求。由于來(lái)水泥沙含量較大，擬采用圓形進(jìn)水池。進(jìn)水池清污機(jī)平臺(tái)板、控制閘啟閉機(jī)平臺(tái)板等為鋼筋混凝土預(yù)制安砌，臺(tái)帽為現(xiàn)澆混凝土，進(jìn)水池流道底板與側(cè)墻為M7.5漿砌石砌筑。側(cè)墻與底板采用M7.5漿砌石砌筑，M10砂漿勾縫。八字墻后接清污機(jī)段，長(zhǎng)5.00m，共設(shè)2座清污機(jī)，凈寬1.6m，長(zhǎng)1.40m，清污機(jī)清污平臺(tái)寬5.0m，兼做交通橋;進(jìn)水池及進(jìn)水流道側(cè)墻頂寬0.5m，外側(cè)邊坡比1∶3，內(nèi)側(cè)為直墻;進(jìn)水池及進(jìn)水流道底板厚0.5m。進(jìn)水池砌石擋墻與底板下做厚度不等的3∶7灰土墊層。在清污機(jī)、控制閘起止斷面處分設(shè)縱橫變形縫，縫寬20mm，縫內(nèi)填聚乙烯泡沫板，止水采用653型橡膠止水帶。

3 泵站主副廠房改造設(shè)計(jì)

3.1 廠房現(xiàn)狀

北昌泵站廠房建成于1972年，主廠房為土木結(jié)構(gòu)，7間，建筑面積為388.50m2;副廠房緊鄰主廠房南側(cè)布置，結(jié)構(gòu)與主廠房相同，建筑面積174m2。由于主副廠房建筑標(biāo)準(zhǔn)偏低，加上多年運(yùn)用，出現(xiàn)墻皮脫落、局部地基基礎(chǔ)沉陷性裂縫，對(duì)泵站的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

廠房主要存在以下問(wèn)題。①原廠房基礎(chǔ)埋深較淺，基礎(chǔ)斷面小，局部地基基礎(chǔ)出現(xiàn)沉陷性裂縫，對(duì)泵站的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。②原主廠房泵坑深度不夠，水泵安裝高程偏高，長(zhǎng)期運(yùn)行均存在氣蝕現(xiàn)象，造成水泵葉輪進(jìn)口端經(jīng)常出現(xiàn)氣蝕破壞。運(yùn)行一段時(shí)間后，葉片進(jìn)口壁面開(kāi)始呈蜂窩狀，并引起電化腐蝕，需要經(jīng)常更換水泵葉輪，既影響了灌溉供水，也增加了正常運(yùn)行維修費(fèi)用。

3.2 廠房改造方案

由于現(xiàn)廠房存在上述問(wèn)題，加之本次設(shè)計(jì)需降低水泵機(jī)組基礎(chǔ)高程，因此，水電機(jī)組安裝底高程較設(shè)計(jì)室內(nèi)地面低1.511m。而原廠房基礎(chǔ)埋深僅為1m左右，且進(jìn)水側(cè)基礎(chǔ)與吸水池側(cè)壁合建，如果僅對(duì)現(xiàn)廠房進(jìn)行加固，則出現(xiàn)基礎(chǔ)懸空，且難以滿(mǎn)足設(shè)備、管線布設(shè)的需要。另外，為了完善抽水站各項(xiàng)運(yùn)行功能，根據(jù)抽水站新的運(yùn)行規(guī)范要求，廠房還需增隔高壓室、電容器室和工具室等。原副廠房結(jié)構(gòu)尺寸不能滿(mǎn)足要求，所以，廠房改造方案應(yīng)為拆除舊廠房后新建廠房。

4 出水管道設(shè)計(jì)

根據(jù)工程實(shí)際，本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，在出水管管材的選用上僅對(duì)鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管進(jìn)行比較。

4.1 鋼管

鋼管的特點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，在抗彎、抗壓、韌性、耐沖擊和耐震動(dòng)等方面有較大優(yōu)勢(shì)，承受內(nèi)壓高、材質(zhì)較輕，加工使用靈活方便，特殊要求地段（過(guò)公路、鐵路等處）使用更適宜，但需進(jìn)行防腐。

4.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有較高的強(qiáng)度和延伸率，其機(jī)械性能可以和鋼管媲美，承受壓力高，且耐腐蝕，供水安全可靠。其接口形式為柔性承插口膠圈連接，施工方便，對(duì)地基沉降適應(yīng)性好，具有一定抗御地震的能力[1]。

4.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管安裝方便，價(jià)格較低，可采用柔性承插口橡膠密封圈連接，對(duì)地基沉降適應(yīng)性好，有一定的抗震能力，不需防腐處理，其內(nèi)壁較鋼管和球墨鑄鐵管光滑，有較好的水利特性，但管材的單位重量較重，且需金屬配件進(jìn)行配合。

綜上所述，本設(shè)計(jì)在管道平直段擬采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，橡膠密封圈連接;在管道彎折處與出水池坡管段等處采用鋼管。

5 結(jié)語(yǔ)

2014年，泵站工程改造完成后，主體性能得到改善，機(jī)組抽水量增加，滿(mǎn)足了灌區(qū)抗旱灌溉用水要求?？梢?jiàn)，泵站改造設(shè)計(jì)合理，科學(xué)有效，值得總結(jié)推廣，今后應(yīng)繼續(xù)完善改造其他落后泵站，全面提升灌區(qū)抽水效能，更好地服務(wù)灌區(qū)“三農(nóng)”發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]程海.寶雞峽北昌泵站更新改造工程設(shè)計(jì)分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013（23）：12-13.