跨已建堤防建設(shè)排澇泵站布置形式探討

郝菲菲，高煒杰

（1.寧波市江北區(qū)慈城鎮(zhèn)農(nóng)村發(fā)展局，浙江 寧波 315031；2.寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315192）

隨著沿海地區(qū)對(duì)排澇的標(biāo)準(zhǔn)及要求的不斷提高，強(qiáng)排入海泵站的建設(shè)需求也日漸強(qiáng)烈。沿海地區(qū)在長期與洪潮的斗爭(zhēng)中，已建立起相對(duì)完善的堤防體系，故新建排澇入海泵站勢(shì)必需跨已建堤防。

寧波地區(qū)堤防工程具有堤身高、堤腳大、堤基多為未充分固結(jié)軟基的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。已建成堤防承擔(dān)重要防洪潮任務(wù)，感潮河段堤防及海堤受外海潮水控制往往無明顯汛期及非汛期之分，破堤施工風(fēng)險(xiǎn)大。合理布置跨已建堤防排澇泵站，以達(dá)到工程安全、度汛安全、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、施工便捷等目標(biāo)是一個(gè)值得探討的議題。

1 跨已建堤防堤身式泵站布置

跨堤布置泵站按泵站主廠房是否直接擋洪（潮）分為堤身式泵站及堤后式泵站。前者將泵房與出水流道建成一整體結(jié)構(gòu)，與堤防相連，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，但堤身式泵站直接擋洪往往廠房高度較高。建設(shè)時(shí)，由于堤防的堤身斷面高大且泵站進(jìn)水池高程較低，尤其海堤堤身多為拋石體，難以采取排樁支護(hù)方式減少開挖面。

因此跨已建堤防堤身式泵站的布置目標(biāo)應(yīng)以盡量減少堤防開挖范圍、開挖深度及被開挖時(shí)間，以達(dá)到降低工程造價(jià)及堤防破口帶來的風(fēng)險(xiǎn)。在空間允許的情況下，一般將主廠房退讓于堤防內(nèi)側(cè)布置，與堤防間留出足夠的安全距離。在堤內(nèi)空間受限的情況下，視具體情況采取合理的工程措施。

1.1 泵、閘分離布置堤身式泵站

新泓口排澇泵站位于寧波市鎮(zhèn)海區(qū)，設(shè)4臺(tái)單機(jī)流量10 m3/s的1600QZB - 160潛水軸流泵。為減少基坑開挖對(duì)現(xiàn)有海堤及新泓口閘的影響，泵站采用泵閘分建堤身式布置方案。通過上游引渠與新泓口河連接，水流通過泵房后，經(jīng)過明渠與出口閘進(jìn)入外海。泵站建筑物自上游至外海依次為：上游引渠、進(jìn)水前池、進(jìn)水池、主泵房、出水池、出水明渠、事故檢修閘和檢修閘下游護(hù)坦。新泓口泵站總平面布置見圖1，縱剖面見圖2。

圖1 新泓口泵站總平面布置圖

圖2 新泓口泵站縱剖面圖

此布置形式主要解決以下問題：①減少海堤堤身的開挖量及開挖范圍，降低工程造價(jià)并加快施工速度，保證新泓口擋潮閘的安全。②泵站主廠房由于受擋潮檢修閘保護(hù)，泵站的計(jì)算頂高程由6.03 m降低至5.53 m，減少工程投資。

本工程案例將開挖最深的主廠房布置于堤內(nèi)，并將開挖相對(duì)較淺的擋潮檢修閘布置于堤身處，主廠房與出口擋潮閘檢修閘間設(shè)整體式U型槽與出水池聯(lián)接。泵、閘分離堤身式布置形式對(duì)于跨已建堤防排澇泵站來說是一種較適應(yīng)的布置形式。

1.2 主廠房基坑垂直支護(hù)開挖堤身式泵站

印洪碶強(qiáng)排泵站位于寧波市江東區(qū)，泵站設(shè)計(jì)流量30 m3/s。現(xiàn)狀印洪碶河入甬江河口位置為2003年外移后的印洪碶閘。甬江堤防岸線與甬江大道之間為甬江公園，甬江大道上游兩岸為密集廠房。甬江堤防斷面形式為直立墻+大緩坡復(fù)合斷面土堤，最終，印洪碶強(qiáng)排泵站布置于現(xiàn)狀印洪碶老閘左岸甬江堤防之上。

為保證泵站進(jìn)水流態(tài)，泵站主廠房盡量靠近下游側(cè)并靠近老閘。主廠房自原地面最大開挖深度將近10.0 m，設(shè)計(jì)采用全封閉排樁+內(nèi)支撐方式對(duì)主廠房、進(jìn)水池及前池基坑進(jìn)行垂直開挖。在主廠房施工完全能夠承擔(dān)防洪任務(wù)前，在岸線平臺(tái)用編織袋裝土保證防洪封閉。印洪碶泵站總平面布置見圖3，基坑平面布置見圖4。

圖3 印洪碶泵站總平面布置圖

圖4 印洪碶泵站基坑平面布置圖

此布置形式主要解決以下幾個(gè)主要工程技術(shù)問題：①控制基坑開挖范圍保證印洪碶河、老閘、甬江護(hù)岸不受基坑開挖影響，也最大程度保護(hù)甬江公園內(nèi)綠地。②采用基坑垂直開挖保證主廠房施工期間，印洪碶河及老閘能正常外排澇水。③基坑垂直支護(hù)后，甬江堤防岸線平臺(tái)以上部分得以保留，僅需在岸線平臺(tái)設(shè)置高1.63 m的編織帶裝土圍堰就能滿足施工期防洪標(biāo)準(zhǔn)不低于原標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求。

采用“排樁+內(nèi)支撐”的基坑垂直開挖方式，不僅解決了基坑本身的問題，也解決了施工導(dǎo)流、施工期防洪安全等問題。

2 中、小型泵站跨已建海堤堤后式布置

堤后式泵站按出水流道形式一般分虹吸式及直管式。泵站和流道可分開建設(shè)，施工靈活，可減少破堤范圍及破堤時(shí)間。

大、中型泵站穿堤流道往往采用大尺寸箱涵形式，穿堤出水流道設(shè)置往往存在以下2個(gè)困局：①堤基均為欠固結(jié)軟土，且堤腳有深厚拋石層，需對(duì)出水流道地基進(jìn)行處理，否則日后流道將會(huì)出現(xiàn)較大的沉降變形，影響泵站及堤防安全。②若對(duì)出水流道地基進(jìn)行處理，則需挖除堤基拋石，造成開挖深度大、范圍大、破堤施工時(shí)間長。故大、中型泵站跨已建海堤堤后式布置往往需采用虹吸式出水流道方式以保證堤防安全。

對(duì)于中、小型排澇泵站，虹吸式出水結(jié)構(gòu)復(fù)雜。虹吸形成過程控制不當(dāng)或真空破壞閥漏氣都容易造成機(jī)組強(qiáng)烈震動(dòng)，造成啟動(dòng)或斷流失敗。降低工程投資、減少建設(shè)難度、提高工程可靠性及降低運(yùn)行管理難度相對(duì)于提高泵站效率顯得更加重要。

2.1 出水管堤頂淺埋穿堤堤后式泵站布置

對(duì)于單機(jī)流量不大于3.0 m3/s的出水管道直徑一般小于1.2 m。針對(duì)此類中、小型機(jī)組，可采用堤頂淺埋泵站出水鋼管的堤后式布置方案。

大榭島榭北強(qiáng)排泵站位于大榭島榭北排洪干河末端，泵站設(shè)4臺(tái)單機(jī)2.5 m3/s潛水軸流泵。泵站出水需穿越已建榭北海堤，堤防斷面形式為雙坡帶平臺(tái)式，海堤內(nèi)為密集重化工產(chǎn)業(yè)區(qū)。最終設(shè)計(jì)將泵站主廠房布置于海堤堤腳20 m外。多段出水鋼管間用可撓曲接頭連接，并將穿堤鋼管管道底高程布置在海堤設(shè)計(jì)最高防潮水位之上，以減少穿堤管道對(duì)海堤閉氣及滲透穩(wěn)定的影響。榭北強(qiáng)排泵站縱剖面見圖5。

出水管堤頂淺埋直管穿越海堤雖然增加了泵站揚(yáng)程，但最大限度減少了對(duì)已建海堤的開挖范圍、開挖深度及破口時(shí)間。對(duì)于年運(yùn)行小時(shí)數(shù)極低的中、小型排澇泵站，采用本布置方案是經(jīng)濟(jì)的。

圖5 榭北強(qiáng)排泵站縱剖面圖

2.2 頂管穿越堤防堤后式泵站

隨著城市內(nèi)澇加劇，城市已建成區(qū)涌現(xiàn)出新的建泵需求。受各方面條件限制，泵站往往無法靠近出水河道，可采用頂管穿越堤防的堤后式泵站布置形式。

大石碶強(qiáng)排泵站位于寧波市江東區(qū)小塘河奉化江出口，泵站設(shè)計(jì)流量10.0 m3/s。河口已建有1座排澇閘且水閘上游緊貼江東南路碶石橋。江東南路下游側(cè)至奉化江邊為城防工程奉化江堤防，同時(shí)也是濱江公園，寬度僅20 ～ 30 m，且有各類市政管線。綜合考慮主廠房布置在江東南路上游右岸賀丞公園內(nèi)。工程采用頂管方式穿越江東南路，避免道路開挖，并最大程度地減少奉化江堤防的開挖。大石碶泵站平面布置見圖6，縱剖面見圖7。

圖6 大石碶泵站平面布置圖

圖7 大石碶泵站縱剖面圖

對(duì)于河口處布置困難的中、小泵站，頂管穿越已建堤防及其他市政設(shè)施不失為一種經(jīng)濟(jì)可行的方案。

3 結(jié) 語

本文對(duì)跨已建堤防建設(shè)排澇泵站的主要矛盾及設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行了歸納。介紹寧波地區(qū)不同類型的幾個(gè)典型跨已建堤防泵站的布置形式。跨已建堤防建設(shè)排澇泵站，應(yīng)因地制宜地處理好新建泵站與已建堤防的關(guān)系，通過合理布置達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、防洪安全的最優(yōu)方案。