桃江縣團山電排設計

劉源

（益陽市水利水電勘測設計研究院 益陽市 413000）

湯哲夫

（益陽市水利水電建設監(jiān)理有限公司 益陽市 413000）

團山電排位于益陽市桃江縣城關鎮(zhèn)董斯橋，是桃江縣城的一處中型電排工程，電排裝機容量4×250+3×37 kW，受益區(qū)面積0.36萬 hm2（5.36萬畝），受益區(qū)人口 4萬，泵站揚程8.4m，排澇流量8.8m3/s，兼有城區(qū)排澇、排污雙重任務。這些電排站的建成，充分發(fā)揮著治澇的效益，為全市經(jīng)濟的穩(wěn)定增長,特別是農(nóng)業(yè)的豐收發(fā)揮了重大的作用。但是隨著社會主義市場經(jīng)濟體制建立，社會主義新農(nóng)村建設的迅猛發(fā)展,高效農(nóng)業(yè)、種養(yǎng)殖業(yè)結構調(diào)整使得當?shù)厝罕妼ε艥程岢隽烁叩囊螅娕耪酒惹行枰M行更新與優(yōu)化。

1 電排總體布置

按城區(qū)雨污分流的原則進行總體布置，排澇系統(tǒng)與排污系統(tǒng)分開布置。進口設兩孔檢修閘，排澇進水涵管、前池、排澇機組布置在左側；排污暗涵（1.0m×1.5m）及排污機組布置在右側，泵房底層進水池用鋼筋混凝土隔墻隔離。排污出水管采用3根Ф150mm鑄鐵鋼管，排澇出水管采用4根Ф1200mm預應力鋼筋混凝土管出水，出口設鋼拍門，接一級消力池消能。保留原有在左側的排水閘。

此種布置充分考慮了桃江縣城區(qū)雨污分流要求，排污涵可以與將來的城區(qū)地下排污管網(wǎng)相接，城區(qū)生產(chǎn)、生活污水可不進入地面雨水排澇系統(tǒng)。直接從團山泵站排污涵由排污泵排至下游污水處理廠處理。保留了原有排水閘，充分利用排水閘汛期的自排功能，避免了電排長期開機，減輕了電費負擔。

2 各部分結構設計

2.1 檢修閘

檢修閘前設置了6.0m×3.0m×1.2m矩形沉沙池，可以減少泵站前池泥沙淤積問題，在引水渠內(nèi)清淤更方便。檢修閘啟閉機臺面上人采用鋼筋混凝土踏步結構，設計更合理與適用。檢修閘前采用回轉式自動清污機，工藝更先進，節(jié)省了人工清污費、日常維護費。

2.2 前池部分

2.2.1 現(xiàn)狀情況下滲流計算

桃江縣團山電排站所在堤段堤身土為黃褐、灰褐色粉質粘土、淤泥質粘土，含粉細砂，結構較松散，呈可塑狀，外坡已進行混凝土塊護坡。從多年運行情況看，堤身還從未發(fā)生過滲透破壞險情，而基礎卻屢屢出現(xiàn)前池及進水渠邊坡等部位的管涌，主要存在基礎滲透穩(wěn)定破壞，因此有必要對基礎滲透穩(wěn)定進行復核，以便對基礎安全狀況作出評價。

根據(jù)地質資料，電排站基礎上部覆蓋層為粘土和粉質粘土層，為隔水層;中部為粉細砂層，滲透系數(shù)均值9× 10-3cm/s，為強透水層;下部為砂礫石層，以礫石為主，結構松散，呈飽和狀，滲透系數(shù)均值4×10-2cm/s，下部為泥質半膠結的砂礫石層，以粗砂礫石為主，含15%左右粘性土，泥質膠結密實，硬塑至堅硬狀態(tài)，滲透系數(shù)均值3.91×10-4cm/s，可視為相對不透水層。

滲流計算結果表明:現(xiàn)狀情況下，當外河水位達到設計洪水位、為電排站前池設計最低水位時，將產(chǎn)生滲透變形。

實際發(fā)生的管涌及現(xiàn)狀情況下基礎滲流計算成果分析表明，該電排站基礎管涌險情是由于電排站基礎本身存在埋深較淺的粉細砂和砂礫石層，而在設計和施工時未采取有效的滲控措施，加之施工時需要開挖進、出口，不僅會削弱堤身，縮短滲徑，而且因揭除了天然覆蓋層，從而破壞地基土有效重量與滲透水壓力之間的固有均衡關系，容易發(fā)生基礎滲透變形。特別是前池和進水渠等部位，根據(jù)取水要求設計底板高程定得較低，而據(jù)地質資料，透水粉細砂層頂部高程為（19.20～20.72）m，開挖后的進水前池和進水渠部位基礎上部天然覆蓋層厚度大大減薄，最薄處厚度小于1.0m，局部施工不當甚至可能挖穿覆蓋層而使強透水的粉細砂層出露，使?jié)B徑大大縮短，當外河水位較高時，背水側上部覆蓋層較薄弱的前池及進水渠等部位弱透水層底部承壓水頭較高，滲透坡降超過其允許滲透坡降，造成上部覆蓋層發(fā)生滲流破壞導致出現(xiàn)管涌現(xiàn)象。

2.2.2 防滲處理方案選擇

（1）方案擬定。

根據(jù)桃江縣團山電排站基礎地層結構特點、實際發(fā)生的險情和各種基礎防滲加固措施的適用條件，擬定如下兩個方案進行對比研究：方案Ⅰ，鋪蓋方案。在背水側采用鋼筋混凝土鋪蓋，延長滲徑，減小滲流出口處滲透壓力和滲流比降，防止?jié)B透破壞。方案Ⅱ，防滲墻方案。在臨水側采用高壓擺噴灌漿形成垂直防滲板墻，墻體嵌入到相對不透水的泥質半膠結砂礫石層中，完全截斷上部強透水的粉細砂和砂礫石層。

（2）鋪蓋方案。

根據(jù)險情記錄，1998年以前出現(xiàn)的管涌險情基本集中在老泵房前池部位，在1998年汛后進行的除險加固中，重點放在進水前池。采取的具體措施為:在前池水平段設置兩處直徑2.2m、高1.0m的導濾井，在原前池底板上再澆筑0.25m厚的鋼筋混凝土并將底板向前延伸15m，對站房和前池基礎進行充填灌漿等。采用上述加固措施后，2002年汛期仍發(fā)生了管涌，但管涌的位置由前池往后挪到了進水渠，由此說明，水流無法從加固處理好的前池滲出，只能繼續(xù)往下游尋找薄弱環(huán)節(jié)出逸，因此必須進一步對前池下游的進水渠進行處理，最終徹底根治管涌。本文擬采用鋼筋混凝土鋪蓋進行防滲加固處理，將引水渠的渠底和兩邊邊坡均作成鋼筋混凝土鋪蓋，經(jīng)計算，鋪蓋長度采用30m，鋪蓋末端的滲透坡降為0.3，小于下臥土層粉質粘土層的允許滲透坡降0.5，不會產(chǎn)生滲透變形。

鋼筋混凝土鋪蓋采用透水鋪蓋，鋪蓋上設排水孔，孔徑為8cm，孔排距為2.5m；鋪蓋底部采用土工布結合砂石進行反濾處理;鋪蓋每隔10m設一條伸縮縫。鋪蓋結構從下而上依次為:土工布、砂墊層、混凝土。混凝土鋪蓋厚度為:渠底0.3m，渠邊坡由底部0.3m變至頂部0.1m，混凝土強度等級為C15，同時進行構造配筋，采用Φ10的鋼筋，間距為0.3m。反濾層采用土工布結合砂石作為混凝土防滲鋪蓋底部的反濾、排水設施，作反濾材料應滿足反濾準則。土工織物表面保護應采取以下措施:當土表面為粗粒料時，應先鋪薄砂層，再鋪土工織物，坡頂部與底部的土工織物應錨固。

（3）高壓擺噴防滲墻方案。

由于穿堤建筑物已經(jīng)建成，加上所在堤段堤身土為粘土或粉質粘土，防滲性能較好，高壓擺噴防滲墻宜布置在臨水側堤腳的電排站出水流道底板內(nèi)側，其軸線平行于大堤中心線，與大堤中心線的距離為5m。為防止側向繞滲引起的滲透變形，防滲墻沿堤防方向必須具備一定的長度，經(jīng)分析計算確定電排站基礎單側防滲墻順堤線長度為50m，然后再按45°角向堤軸線延伸與堤防銜接。布孔軸線總長度60m，鉆孔間距為2.0m，防滲板墻連接形式采用折線型，墻體嵌入到相對不透水的泥質半膠結砂礫石層中1.0m。經(jīng)計算，防滲墻最小厚度為20cm。

（4）方案比選。

① 防滲效果。根據(jù)滲流計算成果，方案Ⅰ采用防滲與導滲相結合，雖不能降低堤身浸潤線，但能延長滲徑，減小基礎滲透壓力，降低基礎平均滲透坡降，至鋪蓋末端滲透坡降減少到0.3以下，小于基礎土層允許的滲透坡降0.5，不會產(chǎn)生滲透破壞。方案Ⅱ只有當強透水層較薄且埋深較淺、能建封閉式防滲墻的前提下，才能完全截斷強透水層，從而基本截斷洪水期外河水對地下水的補給，達到較好的防滲效果。本文主要以收集原有地質資料成果為依據(jù)，具體厚度還有待進一步查明，如果強透水層實際厚度大于前述的處理厚度，則防滲墻將變成懸掛式，只能起到延長滲徑的作用，防滲效果難以達到電排站防洪保安的要求。

② 施工質量控制。方案Ⅰ采用鋼筋混凝土鋪蓋加土工布結合砂石反濾，為面上工程，施工質量能夠得到有效地控制。方案Ⅱ采用的高壓擺噴灌漿技術雖已廣泛應用于堤防、水壩及水工建筑物等地基的防滲加固處理，但屬于地下隱蔽工程，容易出現(xiàn)不可預見的卡鉆、塌孔等問題，施工質量難以得到有效的控制。

2.3 泵房部分

泵房采用綜合樓設計方案。水泵機組采用了4臺900ZQB-50型潛水電泵和3臺1500QwS-30型潛水排污泵，潛水泵土建投資更省，維修更方便，水泵層布置于地面±0.00m以下，泵房兩端設兩處樓梯間，右側樓梯間可達泵房底層，方便了日常維修、清淤等工作。泵房±0.00m以上一層沿街布置7間門面，后面布置了27m×6m水泵檢修間，排澇機組檢修間與排污機組檢修間用磚墻分隔，便于水利部門與建委部門各自管理。2～5層設置為辦公用房，中間設計了寬1.5m走廊，每層設有衛(wèi)生間一間。變壓器、開關站排污機組與排澇機組分開布置，布置于泵房后面空地上，分設開關箱與電表計費，便于兩部門分別管理。

2.4 出水流道部分

排澇出水管采用4根承插式鋼筋混凝土預應力Ф1200mm管出水，下設10cm混凝土墊層，管長55m，每節(jié)長5m，設計承壓水頭0.3MPa，采用橡圈皮止水。出口設置4張鋼拍門和15m長的消力池相接。此種方案布置省去了（以前）壓力水箱與防洪閘的設置，同樣滿足排水與防洪功能要求。從價值工程評價出發(fā)，實現(xiàn)了功能滿足要求，即功能F不變，而工程建安費用（成本C）大幅度降低，從而較大的提高了工程價值VE。

3 結語

由于桃江縣特殊的地質和地形地貌條件，大部分電排站前池和進水渠均存在不同程度的滲水和管涌現(xiàn)象，情況嚴重者已經(jīng)影響到了電排站和大堤的防洪保安；加之老泵房老化破損嚴重，對其進行加固改造處理是非常必要的。

通過對桃江縣團山電排站地形地質條件的分析和理論計算，經(jīng)方案比較后，采用鋪蓋方案對前池進行了防滲加固處理，經(jīng)過近幾年洪水的考驗，基本達到了預期的效果。其后，在桃江縣的其他幾處電排站采用同樣的方法進行防滲處理，工程效果也都比較理想。本文所得結論是基于桃江縣團山電排站特定的地形地質條件、水文特性和水工建筑物尺寸等，對于其他電排站由于地形地質條件、水文特性和建筑物的規(guī)模不盡相同，因而采用的處理措施會有一定的區(qū)別，但確定處理方案的思路和方法基本相同。

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