電廠循環(huán)水泵房結(jié)構(gòu)設(shè)計方案探討

吳兆和

（中國能源建設(shè)集團江蘇省電力設(shè)計院，江蘇 南京 211102）

1 工程概述

某電廠本期建設(shè)2×600MW 超超臨界燃煤發(fā)電機組，采用擴大單元制直流供水系統(tǒng)，廠區(qū)布置1 座循環(huán)水泵站，安裝4 臺循環(huán)水泵，供2 臺2×660MW 機組循環(huán)冷卻用水。泵站平面尺寸為45m（進(jìn)水向）×30m，共分4 個流道，每個凈寬6.0m，沿水流方向分別設(shè)有平板鋼閘門、攔污柵清污機、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、循環(huán)水泵，水泵出口閥門井內(nèi)設(shè)有液控止回碟閥。由于廠區(qū)地坪設(shè)計標(biāo)高為6.5m，長江1%設(shè)計高潮為9.76m，廠區(qū)地坪與長江高潮位相差較大，因此循泵間與進(jìn)水間采用臺階式布置，進(jìn)水間平臺面標(biāo)高為10.60m，高差3.8m。在循泵間與進(jìn)水間之間設(shè)置1 臺50t/12.5t 低腿門式起重機，軌距26m，起吊高度27m。進(jìn)水間的平板鋼閘門和循泵出口液控止回碟閥，可分別利用門機的外伸吊臂起吊。循環(huán)水泵站的底板深度主要由旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的過水深度決定，結(jié)合循環(huán)水引水管頂管施工需要的覆土深度和施工機械需要的作業(yè)空間，井綜合比較循環(huán)水泵站的底板高程為-6.60m，即進(jìn)水間泵站深度為17.20m，水泵間深為13.40m。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層結(jié)構(gòu)及特征

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，廠址區(qū)內(nèi)地基巖土層主要由上部第四系全新統(tǒng)沖、湖積層、上更新統(tǒng)沖積層和下部白堊系上白堊統(tǒng)沉積巖組成，局部地段分布有少量人工填土。地基巖土層主要由粉質(zhì)黏土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，粉土，粉砂，粉、細(xì)砂，中、粗砂，卵石和泥質(zhì)粉砂巖等組成，如表1 所示。

2.2 地下水條件

廠區(qū)的地下水按其區(qū)域水文地質(zhì)條件、含水層性質(zhì)和埋藏條件可以劃分為兩種類型：上部含水層（層②和層③）中的地下水類型為孔隙潛水；下部含水層（層④以下）中的地下水類型為微承壓水。上部潛水水位主要受大氣降水和地表水體的影響，并與長江水形成一定的補排關(guān)系，呈季節(jié)性變化；下部的微承壓水主要補給來源為長江江水。

3 循環(huán)水泵房上部結(jié)構(gòu)方案

在歐美等發(fā)達(dá)國家，電廠循環(huán)水泵房一般均采用露天布置、不設(shè)上部結(jié)構(gòu)。國內(nèi)發(fā)電廠循泵房通常設(shè)有上部結(jié)構(gòu)，但隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、技術(shù)的不斷進(jìn)步和觀念的更新改變，尤其是從2000 年電力設(shè)計革命以來，越來越多的業(yè)主接受并采用了循泵房露天布置的方式。如廣東大唐潮州三百門電廠2×600MW 機組+2×1000MW 機組、廣東臺山電廠5×600MW 機組等，循泵房均采用露天布置。

表1 各地基土層埋藏條件一覽表 單位：m

露天布置較室內(nèi)布置而言，不僅工程造價低，廠區(qū)占地較小，而且在國外非常普遍，國內(nèi)也有不少工程應(yīng)用實例。雖然露天布置較室內(nèi)布置而言，循泵及電機的運行、維護(hù)條件相對較差，但不會影響電廠的安全、穩(wěn)定運行。因此，循泵房露天布置和室內(nèi)布置在技術(shù)上都是可行的。

3.1 方案分析

（1）室內(nèi)布置、檢修場地位于端部。本方案（以下稱方案一）循泵房地上部分采用國內(nèi)常規(guī)布置方式，即室內(nèi)布置、檢修間位于循泵房的端部。方案一循泵房按起吊高度12m、跨度15m 設(shè)計，包括5.4m 開間6 檔、6m 開間1 檔。進(jìn)水間按露天布置考慮，僅設(shè)置起重機及軌道梁、柱。方案一因檢修間位于獨立柱基上，與循泵房存在沉降差異，故檢修間需作為獨立結(jié)構(gòu)段、與循泵間用變形縫隔開。

（2）室內(nèi)布置、檢修場地位于側(cè)面。本方案（以下稱方案二）是循泵房地上部分室內(nèi)布置的另一種表達(dá)形式，考慮到方案一檢修間布置在端部時，需作為獨立結(jié)構(gòu)段單獨設(shè)置，且其地基處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝均較復(fù)雜，故本方案將檢修場地與起重機吊裝通道結(jié)合起來，一起布置在循泵房的側(cè)面。方案二循泵房按起吊高度12m、跨度18m 設(shè)計，包括5.4m 開間6 檔。進(jìn)水間按露天布置考慮，僅設(shè)置起重機及軌道梁、柱。由于方案二不再設(shè)置獨立的結(jié)構(gòu)段，且進(jìn)水間平臺與設(shè)計地坪間存在4.1m 的高差，因此，進(jìn)水間的起重機無法直接起吊地面上的設(shè)備、器材，即進(jìn)水間平臺上設(shè)備、器材的進(jìn)出需要汽車吊輔助作業(yè)。

（3）露天布置、設(shè)置起重設(shè)施。本方案（以下稱方案三）循泵房地上部分全部采用露天布置，循泵間和進(jìn)水間共用一臺門式起重機，檢修場地和設(shè)備運輸通道與方案二相同，布置在循泵與旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)之間的零米平臺上，進(jìn)水間的平板鋼閘門和循泵出口液控蝶閥，可分別利用門機的外伸吊臂起吊。

（4）露天布置、不設(shè)起重設(shè)施。本方案（以下稱方案四）與方案三布置相同，但不設(shè)起重設(shè)施。方案四的設(shè)備安裝及運行期間每年的大、小維修，均按外借汽車吊或履帶吊輔助作業(yè)。

3.2 技術(shù)經(jīng)濟分析

循泵房地上部分各種布置方案，主要對比工程量及相應(yīng)綜合造價統(tǒng)計如表2 所示，技術(shù)經(jīng)濟分析如表3 所示。

表2 循泵房地上部分工程量及綜合造價統(tǒng)計表

上述循泵房地上部分的4 種布置方案，均有工程應(yīng)用實績，技術(shù)上均是可行的。由表3 可知，循泵房采用露天布置，均可節(jié)省一定的工程造價，以方案三與方案二為例，至少可節(jié)省58 萬元。雖然方案四最為經(jīng)濟，但因其維修較為不便，故本設(shè)計循泵房地上部分推薦采用方案三“露天布置、設(shè)置起重設(shè)施”方案。

4 循環(huán)水泵房下部結(jié)構(gòu)方案

循泵房地下部分結(jié)構(gòu)的確定，與其設(shè)置位置、地質(zhì)狀況、施工工藝等密切相關(guān)，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，結(jié)合該工程場地條件、取排水構(gòu)筑物特點及總平面布置需要，本文提出了兩種較為可行的設(shè)計方案：（1）沉井施工、水下封底；（2）排樁或地連墻支護(hù)、現(xiàn)澆施工。

4.1 沉井方案

本方案循泵房布置在長江防洪大堤以內(nèi)5m，距堤腳距離約20m?？紤]到長江廠址河段97%設(shè)計低潮位1.38m、1%設(shè)計高潮位9.76m、0.1%設(shè)計高潮位10.55m、廠區(qū)地面設(shè)計標(biāo)高6.50m 等具體條件，結(jié)合廠區(qū)總平面布置及供水系統(tǒng)工藝要求，循泵房平面外形尺寸為30m×45m、水泵間零米層設(shè)計標(biāo)高為6.80m、底板頂標(biāo)高為-6.60m。因此，循泵房的基坑總深度將在18m 左右（包括底板結(jié)構(gòu)厚度）。按照以往工程經(jīng)驗，這樣的基坑深度，采用沉井結(jié)構(gòu)是較為適宜的。

根據(jù)廠址地質(zhì)初勘報告，循泵房基底將坐落在層④粉砂夾粉質(zhì)黏土上，而其下部主要為層⑤粉、細(xì)砂和層⑥粉、細(xì)砂，透水性均較大，故沉井下沉?xí)r，較難通過設(shè)置井點或深井的辦法有效降低地下水位。因此，沉井終沉階段必須考慮基坑滲水與流砂問題。對此，本方案擬在沉井下沉?xí)r，初期采用排水下沉、終沉前約8m 深度采用不排水下沉，并采用水下封底的辦法進(jìn)行施工。本方案主要工程量及綜合造價如表4 所示。

4.2 地連墻方案

“地連墻”支護(hù)兼具灌注樁的強度、剛度和水泥攪拌樁的防滲特性，且其結(jié)構(gòu)形式簡潔，尤其當(dāng)其作為建筑結(jié)構(gòu)的一部分時，更為經(jīng)濟、合理。“地連墻”的實施，需要專門的作業(yè)機具和施工工藝，因此，與“排樁＋止水”支護(hù)相比，應(yīng)用與普及程度相對較低。考慮到該工程地基土絕大部分為粉土、粉砂，透水性較強，為便于基坑防滲、排水，本方案暫選擇“地連墻”作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，并考慮與循泵房下部結(jié)構(gòu)分開，凈間距為2m。

根據(jù)工程地形、地質(zhì)條件、廠區(qū)總平面布置及供水系統(tǒng)工藝要求，經(jīng)初步計算，“地連墻”支護(hù)墻厚為800mm，墻頂標(biāo)高為4.00m，基坑底標(biāo)高為-8.10m，墻底標(biāo)高為-15.00m，總高約19m?；娱_挖時，支護(hù)墻需設(shè)置4 道水平支撐，各道支撐與墻頂、坑底及相互之間的間距，分別為1.0m、2.9m、2.9m、2.8m、2.5m。

本方案循泵房地下部分按現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)設(shè)計，外墻厚度為1.2m、內(nèi)墻厚度為1.0m、底板厚度為1.2m，平面外形尺寸為44.4m×29.4m，循泵間平臺標(biāo)高為6.80m、進(jìn)水間平臺標(biāo)高為10.60m、底板頂標(biāo)高為-6.60m。為避免基坑開挖時的滲水與流沙問題，需在支護(hù)墻以內(nèi)、循泵房底板設(shè)計標(biāo)高以下6m 范圍內(nèi)進(jìn)行封閉灌漿。本方案主要工程量及綜合造價如表5 所示。

表3 循泵房地上部分技術(shù)經(jīng)濟分析

表4 沉井方案主要工程量及綜合造價統(tǒng)計表

表5 地連墻方案主要工程量及綜合造價統(tǒng)計表

4.3 技術(shù)經(jīng)濟分析

循泵房地下部分各設(shè)計方案，技術(shù)經(jīng)濟分析如表6所示。

表6 循泵地下結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟比較

地連墻方案在工程投資上比沉井方案高約88 萬元。從分項費用看，由于地連墻方案采用了“地連墻”圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而地連墻分項概算造價達(dá)2280 元/m3（折算為1824 元/m2），約為同等條件下“排樁+止水”方案（分項概算造價約為1300 元/m2）的1.4 倍，這也是本方案相對沉井方案優(yōu)勢不大的原因所在。地連墻方案圍護(hù)結(jié)構(gòu)如改用“排樁+止水”，則工程總投資約為1825 萬元，比沉井方案約低75 萬元。

考慮到該工程主要土層為粉土、粉砂，地連墻和排樁在施工中均存在塌孔等問題，因此，本設(shè)計推薦采用“水下封底＋沉井施工”；實際施工時，應(yīng)選擇在枯水期進(jìn)行，采取必要的降水措施，盡量爭取干沉、干封底，以節(jié)約工程投資，提高工程質(zhì)量。

5 結(jié)束語

綜上所述，循環(huán)水泵房上部采用露天布置，循泵間和進(jìn)水間共用一臺門式起重機。循泵房下部采用沉井結(jié)構(gòu)，結(jié)合該工程的實際情況，鋼板樁支護(hù)方案相對便宜些，但是施工風(fēng)險高，而地連墻方案造價偏高，沉井方案整體性強、穩(wěn)定性好，荷載能力較大，施工簡便，對鄰近建筑物影響小，可作為本期循環(huán)水泵房的設(shè)計方案。