景電工程泵房后池排水方法的探索

(甘肅省景泰川電力提灌管理局，甘肅 景泰 730400)

1 工程概況和地質(zhì)氣象條件

2 工程破壞情況和原排水系統(tǒng)運行情況

豐富的礦化水與漫長的凍融周期給工程建筑物造成了嚴重的危害，泵站廠房條形基礎(chǔ)、排架基礎(chǔ)、鎮(zhèn)支墩下部遭受強硫酸鹽、氯鹽等鹽類侵蝕，膨脹的混凝土又與鋁酸三鈣等反應(yīng)使混凝土進一步膨脹破壞，造成混凝土表面起毛、開裂、脫皮等現(xiàn)象，嚴重的部位甚至產(chǎn)生剝落漏筋；凍層和積水結(jié)冰形成的膨脹力和靜冰壓力對鋼管基礎(chǔ)和管道又產(chǎn)生了頂托力，造成鋼管管體及其焊接縫的不均勻形變而產(chǎn)生裂縫。因此集水排水就成為影響工程耐久飽和安全運行的一項重要工作。經(jīng)過幾十年的運行，工程老化嚴重，以往明溝結(jié)合集水井的排水方式在冬春季節(jié)效果不佳，在泵站更新改造過程中有必要對原有的后池排水進行系統(tǒng)的改造，采用設(shè)置排水盲溝結(jié)合自動排水集水井構(gòu)成后池自動排水系統(tǒng)，保證在工程安全運行的前提下解決后池的集水排水問題，減輕地下水侵蝕和凍融破壞的危害，為工程項目的建設(shè)增值服務(wù)。

表1 水質(zhì)化驗結(jié)果

3 排水方案

通過布設(shè)放射狀冬季不結(jié)冰排水盲溝，把地下水匯集到1～2個集水井中，利用水流控制系統(tǒng)中的潛水泵和管道將地下水抽排到廠區(qū)外，保持廠后地表無積水，保證了工程結(jié)構(gòu)體無凍融腐蝕破壞和凍脹力對匯總管頂托破壞。

3.1 現(xiàn)狀

景電工程(見圖1)后池布滿出水匯總管，四圍積水和滲水最終匯聚到后池。改造前的典型后池排水布置見圖2。

圖1 景電泵站建筑物典型布置

圖2 原后池排水系統(tǒng)布置

后池底板及管床為漿砌石或混凝土預(yù)制塊襯砌，壓力管道管床內(nèi)積水和滲水完全依賴所布置的排水明溝進行排水，缺點是容易結(jié)冰產(chǎn)生凍脹破壞；后池積水和滲水則依賴滲井過濾匯聚，然后通過廠內(nèi)水泵排走或利用集水井直接排走，缺點是滲井滲透距離長，效率較低，長時間運作易堵塞，修復(fù)很麻煩；廠內(nèi)之前布置的水泵需要人工開關(guān)，排水較被動，需要人頻繁檢查，易發(fā)生溢水，影響廠內(nèi)正常生產(chǎn)運行。兩側(cè)岸坡多采用混凝土預(yù)制塊襯砌，漿砌石擋土墻做格擋和基礎(chǔ)，坡底設(shè)排水槽，坡面設(shè)導(dǎo)水槽。四圍漿砌石擋墻設(shè)排水花管，保證墻內(nèi)側(cè)滲水通道暢通。

3.2 措施

經(jīng)過多年的運行觀察和改造探索，對集水井和盲溝的布置方式和結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，進一步提升排水系統(tǒng)的可靠性和適用性。改造后的典型后池排水布置見圖3。

圖3 改造后的排水系統(tǒng)布置 (單位：cm)

集水井采用自動感應(yīng)元件，水位達到預(yù)設(shè)排水水位時，水泵自啟動進行排水，排水時長可設(shè)定。一般1～2號鎮(zhèn)墩為管道爬坡段，多有地下水或出露泉水，對于岸坡出露泉水可采用單個滲井聯(lián)合盲溝的方式排到廠后主盲溝進行解決。盲溝反濾料采用20～50mm的礫石，主盲溝采用直徑300mm的PVC花管，支盲溝采用直徑200mm的PVC花管，花管安裝高程視地下水情況而定(埋深不小于1.20m)，外圍用反濾布將反濾料與花管包裹起來。后池管床仍然為干砌石護砌(一般40cm厚)，壓力管道管床則根據(jù)有無地下水分為干砌石護砌(有地下水)和素混凝土襯砌(坡度較陡時或為混凝土預(yù)制塊襯砌)，采用干砌石護砌的管床其下布置有排水盲溝，主盲溝與支盲溝縱橫聯(lián)通，通過主盲溝將水匯集到集水井。盲溝反濾料采用20～50mm的礫石，主盲溝采用直徑300mm的PVC花管，支盲溝采用直徑200mm的PVC花管，花管安裝高程視地下水情況而定(埋深不小于1.20m)，外圍用反濾布將反濾料與花管包裹起來。盲溝埋深大于1.2m時(支盲溝匯聚到主盲溝后與后池盲溝系統(tǒng)聯(lián)通)，主盲溝頂部地面仍然保留排水明溝；后池則大面積采用主附盲溝全面控制，通過適當(dāng)?shù)牟贾脤⑺袇R水引導(dǎo)到集水井中；此處的集水井不再與主廠房相連，而獨立進行排水，每個集水井(見圖4)設(shè)兩個水泵(泵型號根據(jù)需要選擇，一個正常工作，一個備用)，集水井預(yù)埋水位感應(yīng)元件，設(shè)定排水時長和水位，集水井水位達到預(yù)設(shè)水位時水泵自啟動進行排水。

圖4 集水井排水示意圖(單位：mm)

排水管采用內(nèi)徑63cm鋼管，管路布置時不得出現(xiàn)順坡接逆坡以避免窩水現(xiàn)象。出水口一般布置在天然河道或山谷地段，布置在天然河道時要注意出水口高程和管路制高點高程，防止發(fā)生洪水時水流倒灌。集水井體積一般不小于50m3,集水井底板高程低于盲溝至少1m,H一般不小于4m。感應(yīng)片埋設(shè)高程要根據(jù)來水情況和集水井容量合理布置，避免頻繁啟用和排水不及時等情況出現(xiàn)。

以上介紹的排水方式在景電灌區(qū)已推廣實施多年，二期總干五泵站運行超過20年，二期總干二泵站運行近15年，一期西干三、四、五泵站也沿用了該種模式，均取得了良好的排水效果，該種排水方式運行平穩(wěn)、安全可靠、性價比較好。

4 質(zhì)量控制

4.1 盲溝布置

盲溝深度一定要大于當(dāng)?shù)刈畲髢鐾辽疃?，以保證冬季時盲溝內(nèi)水流順暢；對排水管最好采用梅花形布孔，同時保證孔口布置的均勻性和孔徑的一致性(孔徑一般1.50cm，過小集水不利，過大易被卵石堵塞)。

4.2 集水井及排水管布置

設(shè)置較大容量的集水井可避免自動排水系統(tǒng)頻繁啟動，集水井容量一般不小于50m3，選用富余揚程的2英寸泵及與之配套的小管徑排水管，實現(xiàn)最大限度地排除集水井及盲溝內(nèi)的積水，并保證水泵停止工作時管內(nèi)水最少量回流。管線布置時盡量避免直角彎和順坡接逆坡布置，一定要杜絕管線上下起伏以避免管路窩水，防止冬季結(jié)冰造成管道凍塞。

集水井容量和數(shù)量要與廠后匯總管布置和地下來水量相結(jié)合確定，既不能影響管道和其他建筑的安全，又要保證及時收集匯流且避免自動排水系統(tǒng)頻繁啟動。

4.3 后池護砌

后池管床統(tǒng)一選用干砌石護砌(一般40cm厚)，既保證水流能有效滲入地下又使淺表層具有抗凍脹性。干砌石造價低廉、結(jié)構(gòu)簡單、容易施工、便于維修。

4.4 探索延伸

近年來，格賓網(wǎng)在景電工程改造中應(yīng)用效果較好，格賓網(wǎng)是采用熱鍍低碳鋼絲，由機器編制成的雙絞六邊形鋼絲網(wǎng)，具有高強度、具有變形能力、對變形適應(yīng)強、柔韌不易斷裂等優(yōu)點。對于滲水嚴重或基礎(chǔ)較差的，可用格賓網(wǎng)箱裝塊石進行護砌，并與漿砌石排水渠結(jié)合使用，能取得較好的排水效果。對于岸坡局部滲水嚴重或出露有泉眼的，單個滲井聯(lián)通盲溝的方法效果較好，但此處的滲井要求2～3級級配，粒徑范圍2～20cm。格賓網(wǎng)排水護砌見圖5。

圖5 格賓網(wǎng)排水護砌

5 結(jié) 語

高揚程泵站工程，其廠后地下水侵蝕破壞及高寒地區(qū)冬春季節(jié)凍融破壞嚴重，該地下水的匯集抽排，采用干砌石護砌底板盲溝結(jié)合集水井配套自動排水系統(tǒng)的方式，效果良好，尤其在西北、東北嚴寒冷地區(qū)更為實用，可為現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)與管理解決此類問題提供借鑒。