一體化預(yù)制泵站設(shè)計存在問題探析

張孔鋒

(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院 福建福州 350008)

0 引言

一體化預(yù)制泵站采用全地下式，具有占地面積小、施工周期短、對周邊環(huán)境影響小等特點(diǎn)，在城鎮(zhèn)給排水系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多，在城鎮(zhèn)污水中應(yīng)用尤為廣泛。近10 年來，隨著一體化預(yù)制泵站的推廣使用，目前國內(nèi)外單筒最大規(guī)模已達(dá)到1 m3/s(雨水)、0.6 m3/s(污水)和0.2 m3/s(給水)。一體化預(yù)制泵站在國內(nèi)亦有很多應(yīng)用實(shí)例，如北京天安門污水泵站、廈門鼓浪嶼景區(qū)環(huán)島截污泵站、上海浦東新農(nóng)村污水泵站等[1-2]。

1 工程概況

擬建污水提升泵站位于福建省晉江市安海鎮(zhèn)福建省裝備制造業(yè)(晉江)重點(diǎn)基地安海園內(nèi)，近期設(shè)計規(guī)模為5 000 m3/d，站址地面黃海高程8.000 m，進(jìn)水管內(nèi)底標(biāo)高3.500 m。遠(yuǎn)期隨著下游規(guī)劃路網(wǎng)及污水主干管的實(shí)施，泵站予以取消。

2 污水提升泵站設(shè)計

2.1 泵站形式的選擇

污水提升泵站主要有傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站和一體化預(yù)制泵站。一體化預(yù)制泵站，是一種在工廠內(nèi)將井筒、水泵、格柵、管道、閥門、控制系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)等主體部件集成為一體，并在出廠前進(jìn)行預(yù)裝和測試后，運(yùn)至現(xiàn)場安裝的泵站，分為干式和濕式兩種。其殼體一般采用玻璃鋼(GRP)或高密度聚乙烯(HDPE)等質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和耐腐蝕強(qiáng)的材料。兩種類型泵站比較如表1所示。

表1 污水提升泵站比較表

綜合以上分析比較，一體化預(yù)制泵站相比傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站優(yōu)勢明顯?？紤]當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)用地緊張及泵站遠(yuǎn)期擬予以取消的實(shí)際情況，設(shè)計采用一體化預(yù)制泵站。

2.2 泵站設(shè)計

一體化預(yù)制泵站深度7.900 m，共設(shè)置3臺水泵，兩用一備，互為備用；水泵性能參數(shù)為Q=180 m3/h，H=30 m，N=30 kW。泵站停機(jī)水位2.100 m，一臺泵啟動水位3.400 m，兩臺泵啟動水位3.800 m，報警水位4.100 m，集水池有效容積9.18 m3，如圖1所示。泵殼采用玻璃鋼(GRP)連續(xù)機(jī)械纏繞，為了保證水泵的安全，設(shè)計采用管道式粉碎型格柵，安裝于一體化泵站內(nèi)。本工程的配套系統(tǒng)還有水位控制系統(tǒng)、自動導(dǎo)軌裝置、計量及報警系統(tǒng)、離子除臭裝置等，對水泵的運(yùn)行情況進(jìn)行科學(xué)的控制，從而實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行。

圖1 一體化預(yù)制污水提升泵站剖面圖

3 一體化預(yù)制泵站存在的問題

(1)一體化預(yù)制泵站產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)待完善。設(shè)計完成后，施工圖設(shè)計審查師及建設(shè)單位都有提出泵站強(qiáng)度問題，但一體化預(yù)制泵站最主要的標(biāo)準(zhǔn)《一體化預(yù)制泵站工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 285-2018)[1]第4.1.1條規(guī)定：“一體化預(yù)制泵站主體材質(zhì)井筒宜采取玻璃鋼或高密度聚乙烯等質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和耐腐蝕的材料”。中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《一體化預(yù)制泵站應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(CECS 407：2015)[2]第3.2.1條:“采用玻璃鋼材質(zhì)的一體化預(yù)制泵站，側(cè)壁玻璃鋼應(yīng)以無堿玻璃纖維無捻粗紗及其制品為增強(qiáng)材料，熱固性樹脂為基體材料，宜采用纏繞工藝。泵站頂部、底蓋和連接部位等無法采用纏繞工藝的部分，可采用手糊成型工藝。”僅對采用玻璃鋼材質(zhì)的工藝進(jìn)行規(guī)定，高密度聚乙烯(HDPE)作為井筒材料時未說明。兩本標(biāo)準(zhǔn)均未對不同深度應(yīng)采用的不同強(qiáng)度要求作量化規(guī)定，導(dǎo)致設(shè)計時沒有參數(shù)可選用或作為結(jié)構(gòu)計算的依據(jù)。

(2)一體化預(yù)制泵站有效容積的確定依據(jù)不足?！兑惑w化預(yù)制泵站工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 285-2018)第4.3.5條規(guī)定：“排水一體化預(yù)制泵站集水池的有效容積應(yīng)根據(jù)水泵設(shè)計水量和每小時最大啟停次數(shù)確定”，沒有明確啟停次數(shù)，僅在條文說明中指出，目前國內(nèi)外一體化預(yù)制泵站配備水泵的最大允許啟停次數(shù)一般為10 次～30 次，與現(xiàn)行《室外排水設(shè)計規(guī)范》(GB 50014-2006(2016年版))[4]第5.3.1條規(guī)定的“水泵機(jī)組為自動控制時，每小時開動水泵不得超過6次”相差很大。原設(shè)計一體化預(yù)制泵站有效容積計算時，啟停次數(shù)采用12 次，容積較小，依據(jù)不足。為了滿足室外排水設(shè)計規(guī)范要求，只能加大有效容積，同時加大泵站深度。但《一體化預(yù)制泵站工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 285-2018)第4.3.6條同時規(guī)定：“當(dāng)一體化預(yù)制泵站主體集水池有效容積不能滿足計算集水池容積時，應(yīng)另設(shè)分離式集水池”。分離式集水池為一體化預(yù)制泵站主體之外單獨(dú)設(shè)置井筒或構(gòu)筑物，因埋深很大需深基坑支護(hù)開挖、占地較小、增加造價等因素，可實(shí)施性較小。

(3)一體化預(yù)制泵站有效容積的水位界定不明確?！妒彝馀潘O(shè)計規(guī)范》(GB 50014-2006(2016年版))第5.3.1條條文解釋中，關(guān)于集水池有效容積的規(guī)定為“集水池的設(shè)計最高水位和設(shè)計最低水位之間的容積為有效容積。集水池有效容積的計算范圍，除集水池本身外，可以向上游推算到格柵部位?！薄兑惑w化預(yù)制泵站工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 285-2018)僅在第4.3.5條條文說明，對集水池有效容積的規(guī)定為“排水一體化預(yù)制泵站集水池的最高液位和最低液位之間體積為集水池的有效容積?！眱烧卟顒e之處僅在于是否計算格柵部位的容積，對于一體化預(yù)制泵站，因?yàn)楦駯攀羌稍诒猛矁?nèi)，也就不存在這部分容積。集水池的設(shè)計最高水位和設(shè)計最低水位用于一用一備的泵站，因?yàn)橹挥羞@兩個水位比較好界定。對于兩用一備或以上的泵站，則不能按設(shè)計最高水位和設(shè)計最低水位計算容積。一般情況下，設(shè)計是按第一臺泵啟泵水位和第二臺泵啟泵水位之間的容積計算。但泵的實(shí)際工作情況是這樣的：兩用一備的兩臺泵的工作組合，按1#2#、3#1#、2#3#如此順序循環(huán)互為備用，即每次第一臺啟動的水泵總是備用泵，實(shí)質(zhì)上是減少了單臺泵的每小時啟停次數(shù)。以本工程為例，一臺泵開時水位3.400m，此時如進(jìn)水量大于抽水量，水位將持續(xù)上升，但至第二臺泵開水位3.800m之前，如進(jìn)水量小于抽水量，水位將下降，在此期間都只有一臺泵在工作，而下次啟動的泵不是本次工作的泵，因此這兩臺泵之間啟泵水位差的容積是可以作為有效容積的。當(dāng)設(shè)計流量較大時，兩臺泵之間啟泵水位差較大，有效容積加大將較明顯，并能有效減小泵站深度、降低造價。

(4)一體化預(yù)制泵站深度較大時的深基坑支護(hù)問題。原設(shè)計一體化預(yù)制泵站深度7.900 m，因多種原因，工程一年多后施工放樣時，發(fā)現(xiàn)村民已把站址用地當(dāng)做渣土場，地面標(biāo)高提高到11.500 m，致使泵站埋深增加到10.700 m，考慮抗浮需1.300 m鋼筋混凝土基礎(chǔ)，實(shí)際開挖深度達(dá)到12.00 m。福建省規(guī)定超過4 m的建(構(gòu))筑物基坑屬于深基坑，需進(jìn)行深基坑支護(hù)專項設(shè)計審查和施工方案論證，原設(shè)計7.900 m時還能采用分兩層放坡開挖方式，造價較低；但開挖深度達(dá)到12.000 m時，放坡開挖需要很大的場地，因受場地限制及施工安全考慮，設(shè)計采用深基坑支護(hù)方案，每延米造價約4 萬元，基坑尺寸為邊長為10 m的正方形，支護(hù)總長度為40 m，支護(hù)費(fèi)用就約160 萬元，不能體現(xiàn)一體化預(yù)制泵站的造價優(yōu)勢，同時施工周期也成倍增加。

(5)一體化預(yù)制泵站規(guī)模受限制。因運(yùn)輸、工藝等原因，一體化預(yù)制泵站現(xiàn)有最大直徑為4 m，一般在3.8 m，致使單個泵筒規(guī)模受限制。泵站規(guī)模較大時，需同時建設(shè)多個井筒并聯(lián)才能解決[3]。當(dāng)泵站近期規(guī)模較小，而遠(yuǎn)期規(guī)模較大，需分期建設(shè)時，遠(yuǎn)期開挖會影響近期已建泵站，不利于分期建設(shè)。

4 結(jié)論

(1)建議相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范修訂時，應(yīng)明確不同材質(zhì)不同深度要求產(chǎn)品強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)、有效容積。計算時水泵允許啟停次數(shù)等參數(shù)。

(2)對于兩用一備或以上的一體化預(yù)制泵站，建議其有效容積界定，可按設(shè)計最低水位和設(shè)計第二臺泵啟泵水位之間的水位差進(jìn)行計算，能有效減少泵站深度、降低造價。

(3)一體化預(yù)制泵站更適用于用地緊張、深度較小時采用。當(dāng)泵站深度較大、用地緊張時，如要避免深基坑支護(hù)要求，建議可采用預(yù)制鋼筋混凝土管加一體化預(yù)制泵站方式。預(yù)制鋼筋混凝土管起到基坑支護(hù)的作用，功能類似于沉井，其上部約2.5 m可采用放坡開挖施工，封底底板結(jié)構(gòu)計算時同時考慮可作為泵站的基礎(chǔ)，相比深基坑支護(hù)不但施工安全，還可以節(jié)約施工時間，節(jié)省造價。預(yù)制鋼筋混凝土管管徑一般最大在3.5 m，考慮兩側(cè)各約0.7 m安裝空間，以預(yù)制鋼筋混凝土管作為基坑支護(hù)的泵筒最大直徑為2.1 m，超過2.1 m的一體化預(yù)制泵站深基坑支護(hù)建議可采用沉井加一體化預(yù)制泵站方式。

(4)一體化預(yù)制泵站規(guī)模較大，需分期建設(shè)時，建議可將一體化預(yù)制泵站的井筒先行施工，類似于傳統(tǒng)泵站土建先施工，設(shè)備分期安裝。