倒口泵站更新改造總體設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

【摘要】倒口泵站位于柴湖鎮(zhèn)群益村柴湖圍堤樁號(hào)20+100處，是鐘祥市丹江口庫(kù)區(qū)移民集中安置區(qū)的骨干排澇泵站，工程于1968年11月動(dòng)工興建，1970年12月竣工。能基本滿(mǎn)足整個(gè)排澇區(qū)排澇要求，但不能滿(mǎn)足區(qū)域內(nèi)（西干渠上段）漬水“高水高排”提排要求，亟需加固、改造。通過(guò)兩種總體設(shè)計(jì)方案多方面對(duì)比分析，最終選用10臺(tái)單機(jī)200KW立式軸流泵的方案，滿(mǎn)足更新改造要求，提高倒口泵站的提排能力，達(dá)到“高水高排”的要求。

【關(guān)鍵詞】倒口泵站；加固改造；方案對(duì)比；立式軸流泵

1、工程背景概況

倒口泵站位于鐘祥市柴湖鎮(zhèn)（圍堤20+100樁號(hào)），距鐘祥城區(qū)約25km。工程于1968年11月動(dòng)工興建，1970年12月竣工，由由省水利廳設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，省水利工程一團(tuán)施工。裝機(jī)容量10×155kW，設(shè)計(jì)排水流量16.5m3/s。

泵房為堤后式，廠(chǎng)房分列與箱涵兩側(cè)分為水泵層、電機(jī)層，泵站采用兩側(cè)進(jìn)水流道，單機(jī)單管出水，出水流道為兩孔箱涵，箱涵尺寸為3m*3.5m*56.7m（寬*高*長(zhǎng)）。主要建筑物包括引水渠，攔污柵、前池、泵房、配電房、出水箱涵、消力池、變電站等。引水渠長(zhǎng)2300m，底寬由20m漸變至6.8m。

泵房?jī)?nèi)安裝有28ZLB-70型軸流泵10臺(tái)，JSL128-8型155kW異步電動(dòng)機(jī)10臺(tái)。主泵設(shè)備10臺(tái)由原武漢水泵廠(chǎng)生產(chǎn)，分別配用杭州發(fā)電設(shè)備廠(chǎng)生產(chǎn)的10臺(tái)電機(jī)。

泵站電源從柴湖變電站接入，電壓等級(jí)35 KV，泵站戶(hù)外設(shè)35kv變電站一座，變壓器容量為2050kVA，共3臺(tái)，兩臺(tái)臺(tái)容量1000kVA，一臺(tái)容量50kVA。

原設(shè)計(jì)低壓柜型號(hào)均為BSL型，為淘汰產(chǎn)品，但因資金原因未進(jìn)行更新，目前仍在使用中。

變壓器低壓側(cè)供電方式采用單回路0.4kV電源引入泵房，泵房0.4kV母線(xiàn)采用單母線(xiàn)分段供電形式。

2、工程現(xiàn)狀與問(wèn)題

倒口泵站為堤后式泵站。泵站水工部分工程由泵房、進(jìn)水渠、前池、壓力箱涵（灌溉箱涵和穿堤箱涵）、自排閘、灌溉閘、防洪閘、出口消力池及出水渠等建筑物組成。承擔(dān)排澇面積68.1km2，灌溉面積6萬(wàn)畝，設(shè)計(jì)電排流量16.5m3/s，裝機(jī)容量10×155kw，三等工程。該工程與柴湖排水區(qū)的金剛口泵站、白土地廟泵站聯(lián)合運(yùn)行，現(xiàn)狀規(guī)模基本滿(mǎn)足排區(qū)要求。但泵站建成投入排澇運(yùn)行43年來(lái)，工程本身長(zhǎng)期失修、配套工程不完善、管理設(shè)施不配套、工程結(jié)構(gòu)破壞、砼嚴(yán)重老化。管理單位雖對(duì)工程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行過(guò)針對(duì)性處理，但因資金所限都不徹底，致使工程仍然存在較大的隱患。目前該工程水工部分主要存在的問(wèn)題如下：

（1）經(jīng)過(guò)安鑒復(fù)核計(jì)算，倒口泵站復(fù)核提排流量為23.1m3/s，現(xiàn)狀提排流量為16.5m3/s，在與白土地廟、金剛口泵站聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，能滿(mǎn)足整個(gè)排澇區(qū)排澇要求，但不能滿(mǎn)足區(qū)域內(nèi)（西干渠上段）漬水“高水高排”提排要求。

（2）主泵房屋面大梁強(qiáng)度不滿(mǎn)足規(guī)范要求，泵房下圈梁裂縫，水泵層至底板存在貫穿性裂縫3條，排架柱破損，同時(shí)建筑面積太小，不滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求，且內(nèi)壁面脫落，門(mén)窗銹蝕變形，無(wú)安全防護(hù)網(wǎng)。

（3）進(jìn)出水渠道淤積嚴(yán)重，進(jìn)口無(wú)攔污柵橋，無(wú)清污設(shè)施；進(jìn)出水消力池淤積，存在砼碳化、露筋等問(wèn)題；進(jìn)、出口擋土墻存在碳化，裂縫的問(wèn)題；變電站臺(tái)風(fēng)化嚴(yán)重，存在裂縫；壓力涵箱伸縮縫止水破壞，漏水，中墩存在三條裂縫；出口海漫漿砌石結(jié)構(gòu)破損。

（4）自排閘、防洪閘、灌溉閘排架存在裂縫、變形、露筋等問(wèn)題，且啟閉機(jī)房破損嚴(yán)重；

（5）攔污柵安裝在水泵層進(jìn)水口，距離水泵太近，水泵運(yùn)行期間，經(jīng)常形成阻塞，導(dǎo)致進(jìn)水受到嚴(yán)重影響，柵體全部銹損、變形嚴(yán)重。且又無(wú)清污設(shè)備，故攔污柵使用和檢修維護(hù)十分不便。

（6）無(wú)觀測(cè)檢修設(shè)施，管理設(shè)施落后，辦公條件差。

3、本次改造對(duì)工程等別的確定

本次改造泵站的等別、功能基本不變，泵站設(shè)計(jì)電排流量提升至23.1m3/s，設(shè)計(jì)電灌流量提升至11m3/s，裝機(jī)容量10×200kw。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）、《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50265-2010）及《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）有關(guān)條文規(guī)定，泵站屬三等工程，其主要建筑物（主泵房、壓力箱涵、出口防洪閘等）按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)；其它次要建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)；臨時(shí)建筑物為5級(jí)。

設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)十年一遇一日暴雨三日排至作物耐淹深度，設(shè)計(jì)灌溉保證率P=85%。

工程地震基本烈度為Ⅵ度。

4、總體改造方案比選

倒口泵站安全鑒定結(jié)論：泵站建筑物安全類(lèi)別評(píng)定為四類(lèi)，機(jī)電設(shè)備安全類(lèi)別評(píng)定為四類(lèi)，金屬結(jié)構(gòu)安全類(lèi)別評(píng)定為四類(lèi)，泵站安全類(lèi)別綜合評(píng)定為四類(lèi)。

根據(jù)安鑒復(fù)核計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合安全鑒定結(jié)論，本次對(duì)泵站進(jìn)行更新改造的主要任務(wù)有：（1）將電排流量提升至設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)23.1m3/s；（2）水機(jī)重新選型；（3）配套電機(jī)，更新高、低壓輸、配電設(shè)備；（4）新建攔污柵橋，配備清污機(jī)，更換閘門(mén)及啟閉機(jī)；（5）進(jìn)水渠及前池清淤、護(hù)砌；原泵房拆除重建，新建副廠(chǎng)房；穿堤箱涵和灌溉箱涵維修，對(duì)穿堤箱涵部位圍堤進(jìn)行充填灌漿處理；自排閘、灌溉閘、防洪閘啟閉房拆除重建；對(duì)出口消力池、海漫及邊墻維修，出水渠清淤，邊坡整形。

上述更新改造中除水機(jī)選型、配套電機(jī)、泵房重建、變電站重建設(shè)計(jì)外，其余加固方案較為獨(dú)立，故本次加固對(duì)水機(jī)選型選用兩個(gè)方案（含對(duì)應(yīng)方案電機(jī)、變電站、泵房等配套設(shè)計(jì)），通過(guò)綜合比選確定最終總體加固方案。

（1）方案一：立式軸流泵方案

立式軸流泵方案選配10臺(tái)單機(jī)200KW軸流泵，設(shè)計(jì)提排流量為10*2.31=23.1m3/s。將10臺(tái)機(jī)組對(duì)稱(chēng)布置在原自排閘進(jìn)口兩側(cè)，水泵出水鋼管與原檢修井相接進(jìn)入灌溉箱涵。原泵房全部拆除，新建主泵房機(jī)電層高程40.50m，寬6.48m，基礎(chǔ)底板高程34.22m（與現(xiàn)狀底板高程相同），寬7.28m。廠(chǎng)房單側(cè)長(zhǎng)23m（水機(jī)層單側(cè)長(zhǎng)19.6m），在鄰近擋土側(cè)11.1m處、鄰近自排閘進(jìn)口側(cè)8.5m處設(shè)沉降縫。檢修間布置在廠(chǎng)房正中間，長(zhǎng)6.8m，寬6.48m。進(jìn)口前池底板高程33.46m（與現(xiàn)狀底板高程相同），底寬44.8m。新建副廠(chǎng)房布置在主泵房南端，平面尺寸11m×8m，內(nèi)設(shè)中控室、值班室等。原變電站拆除（底部進(jìn)水涵洞亦拆除），新建變電站布置在主泵房南端，平面尺寸32m×18m，配備2臺(tái)S11-1600/35主變，1臺(tái)S11-80/35站變。

（2）方案二：潛水軸流泵方案

潛水軸流泵方案選配6臺(tái)單機(jī)400KW軸流泵，設(shè)計(jì)提排流量為6*4.07=24.4m3/s。將6臺(tái)機(jī)組對(duì)稱(chēng)布置在原自排閘進(jìn)口兩側(cè)，水泵出水鋼管重新布設(shè)孔洞進(jìn)入灌溉箱涵。原泵房全部拆除，新建主泵房頂部高程41.50m，寬10.5m，基礎(chǔ)底板高程33.52m。廠(chǎng)房單側(cè)長(zhǎng)19.2m（水機(jī)層單側(cè)長(zhǎng)15.8m），在鄰近自排閘進(jìn)口側(cè)端部處設(shè)沉降縫。檢修間布置在廠(chǎng)房正中間，長(zhǎng)6.8m，寬10.5m。進(jìn)口前池底板高程32.52m，底寬38.4m。新建副廠(chǎng)房布置在主泵房南端，平面尺寸11m×8m，內(nèi)設(shè)中控室、值班室等。原變電站拆除（底部進(jìn)水涵洞亦拆除），新建變電站布置在主泵房南端，平面尺寸32m×18m，配備1臺(tái)S11-3150/35主變，1臺(tái)S11-80/35站變。

（3）方案比較

從以下三方面對(duì)兩方案進(jìn)行比較：

a）從工程結(jié)構(gòu)方面比較

方案二由于潛水泵對(duì)前池最低保證水位要求較高（最小保護(hù)水深3.3m），灌溉期進(jìn)水池最低運(yùn)行為36.82m，只能通過(guò)將泵房底板由現(xiàn)狀高程34.22m降低至33.52m，才能在電灌時(shí)正常開(kāi)機(jī)，相應(yīng)前池底板需由現(xiàn)狀高程33.46m降低至設(shè)計(jì)高程32.52m。另一方面由于水泵出水流道與原檢修井不在同一軸線(xiàn)上，需拆除重建檢修井，封堵原灌溉箱涵連接的10處孔洞，重新開(kāi)鑿6處孔洞。從應(yīng)力分析角度看，方案二需降低現(xiàn)狀泵房底板高程，從而更接近地基承載力較差的第④層粉質(zhì)粘土層，需采取地基處理措施，同時(shí)深開(kāi)挖泵房、前池底板對(duì)現(xiàn)狀灌溉箱涵地基應(yīng)力重新分配極為不利。從施工組織設(shè)計(jì)角度看，深開(kāi)挖需要基坑排水和高邊坡支護(hù)，增加施工難度和投資。相比較方案二，方案一水泵出水流道基本與原檢修井、灌溉箱涵孔洞在一軸線(xiàn)上，原灌溉箱涵孔洞亦可利用。

由上述可以看出，方案一相對(duì)方案二結(jié)構(gòu)好，工程量小，施工簡(jiǎn)便。因此從工程結(jié)構(gòu)方面看，方案一較優(yōu)。

b）從調(diào)度運(yùn)用方面比較

方案二單機(jī)流量大，不適應(yīng)柴湖排區(qū)低流量、高頻率的排澇和灌溉需求，相比較方案一較優(yōu)。

c）從工程投資方面比較

方案二泵房拆除重建工程量比方案略小，但其前池及出水流道工程量較大，同時(shí)方案二機(jī)電設(shè)備和變電設(shè)施比方案一多出208萬(wàn)。工程總投資方案一明顯比方案二低，因此從工程投資方面看，方案一較優(yōu)。

5、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)從工程結(jié)構(gòu)、從調(diào)度運(yùn)用方面和工程投資三個(gè)方面的綜合比較，方案一優(yōu)于方案二，因此推薦方案一即選用10臺(tái)單機(jī)200KW立式軸流泵方案。目前該改造工程已竣工投入運(yùn)行，達(dá)到了改造設(shè)計(jì)目標(biāo)效果。通過(guò)本次泵改實(shí)踐、泵站實(shí)際運(yùn)行，論證和分析了改造的成效，具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。