南縣育新泵站泵房加固處理和實(shí)施效果

鐘小利 肖立輝

（1.南縣育新電排站 益陽市 413200；2.湖南金地標(biāo)工程項(xiàng)目管理有限公司 益陽市 413000）

1 基本情況

育新泵站位于洞庭湖區(qū)11個(gè)重點(diǎn)垸的益陽市南縣育樂垸內(nèi),建成于1978年，臨藕池河中支，安裝64ZLB-50型立式半調(diào)節(jié)軸流泵配套TDL215/31-24立式同步電動(dòng)機(jī)4臺(tái)套，裝機(jī)容量3 200 kW,設(shè)計(jì)流量32 m3/s，為育樂垸裝機(jī)容量最大的泵站。泵站主要由引水渠道、進(jìn)水前池、廠房、出水流道、防洪閘和消力池等建筑物組成。主廠房平面尺寸為 24.9 m×9.4 m(長×寬)，由 4個(gè)機(jī)組段及安裝場段組成，機(jī)組間距4.8 m，水泵層高程24.8 m，電機(jī)層高程31.8 m，與地面齊平，安裝場位于右端，長3.9 m。

育新泵站所在地地形平坦開闊，地面高程（27.8～28.4）m。 地基（Q4al+l）自上至下地層分布為：①灰、黃色粉質(zhì)粘土，厚（2.0～2.5）m，可塑狀；② 粉細(xì)砂（4.0～5.0）m；③灰黑色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土厚8.0 m，軟塑～流塑狀，高壓縮性；④砂卵礫石厚度大于8.0 m。勘測期地下潛水位埋深1.2 m。存在的主要工程地質(zhì)問題包括：地基不均勻沉陷破壞、閘基滲漏與滲透、砂基液化。

育新泵站建于流砂基礎(chǔ)上，泵站建成后不久出現(xiàn)不均勻沉降，尤其是靠出水側(cè)沉降較多，導(dǎo)致機(jī)組水平傾斜，同心度偏位。經(jīng)測試機(jī)組偏差值：定子同心度偏差1.98 mm，上導(dǎo)偏差1.2 mm，水平偏差2.65 mm。運(yùn)行中轉(zhuǎn)子擺動(dòng)幅度大，產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，機(jī)組運(yùn)行極不穩(wěn)定，泵軸套單邊磨損嚴(yán)重。

2 泵房穩(wěn)定和抗?jié)B復(fù)核

2.1 泵房穩(wěn)定分析復(fù)核

（1）計(jì)算工況。

①設(shè)計(jì)運(yùn)用工況（基本組合）：前池為設(shè)計(jì)內(nèi)水位、外河為設(shè)計(jì)外水位，荷載有自重、設(shè)備重、水重、水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力等；②檢修運(yùn)用工況（特殊組合）：前池地下水和底板齊平，外河為枯水期水位，荷載有自重、設(shè)備重、水重、水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力等；③核算運(yùn)用工況（特殊組合）：前池為最低運(yùn)行水位，外河為防洪水位，荷載有自重、設(shè)備重、水重、水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力等。

（2）廠房的抗滑穩(wěn)定。

式中Kc——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

F——基礎(chǔ)底面和地基之間的摩擦系數(shù)，根據(jù)地質(zhì)資料，泵房基礎(chǔ)為粉細(xì)砂層，取F=0.3；

ΣG——作用于泵房底面以上的全部豎向荷載（kN）；

ΣH——作用于泵房底面以上的全部水平荷載（kN）。

（3）泵房基底應(yīng)力。

根據(jù) 《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50265-2010），應(yīng)用以下公式：

式中Pminmax——泵房基礎(chǔ)底面應(yīng)力的最大值和最小值（kN）；

ΣG——作用于泵房底面以上的全部豎向荷載（kN）；

A——泵房基礎(chǔ)底面面積（m2）；

ΣM——作用于泵房基礎(chǔ)底面以上的全部豎向和水平荷載對于基礎(chǔ)底面垂直水流向的形心軸力矩（kN·m）；

W——泵房基礎(chǔ)底面對于該底面垂直與水流向的形心軸的截面矩（m3）。

泵站抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力等計(jì)算結(jié)果詳見表1。

從計(jì)算成果來看，泵房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及基底應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

表1 育新泵房穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果表

2.2 泵房抗?jié)B復(fù)核

為了保證地基土壤的滲透穩(wěn)定性，泵站站身應(yīng)有足夠的地下輪廓線長度。地下輪廓線從水流的入滲點(diǎn)開始，沿建筑物的地下輪廓，到水流逸出點(diǎn)為止。泵站的抗?jié)B計(jì)算，主要是校核滲徑長度，以控制地基滲流平均坡降是否在容許范圍之內(nèi)。采用直線法核算，則滲徑長度必須滿足下式要求：

式中L1——需要的滲徑長度（m），L1=C1H；

C1——滲徑系數(shù)；

H——泵房承受的水頭差（m），計(jì)算時(shí)通常選擇最大校核水位計(jì)算；

L滲——地下輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度總和。

按外河為防洪水位，內(nèi)河為最低運(yùn)行水位校核計(jì)算，通過計(jì)算得知實(shí)際泵房的防滲長度小于所需最小滲徑長度，防滲不滿足要求。

3 除險(xiǎn)加固工程措施

針對育新泵站的地形地質(zhì)條件和存在的問題，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和理論分析計(jì)算，主要原因是因?yàn)楸梅炕A(chǔ)防滲不滿足要求而引起滲透變形，滲透帶走泵房底板下的細(xì)顆粒土引起泵房沉降。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定采用的除險(xiǎn)加固工程措施為對泵房基礎(chǔ)進(jìn)行充填灌漿處理滲流淘空的粉細(xì)沙基礎(chǔ)并固結(jié)流砂。

按有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，為保證工程效果，充填灌漿孔的平面布置一般需按梅花狀分布，間距1.5 m。考慮到本項(xiàng)目為已建工程的除險(xiǎn)加固，受施工條件的限制，從工程實(shí)際出發(fā)，對充填灌漿孔的平面布置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

為增加育新泵站基礎(chǔ)的承載力，充填灌漿鉆孔穿過粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂層至淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層以下1.0 m的范圍內(nèi)，平均深9.0 m。垂直超薄防滲墻的主要施工設(shè)備為造墻機(jī)，采用液壓振動(dòng)方式沉模，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后拔起成槽、灌漿成墻，墻體材料采用水泥、石粉、膨潤土和水，其滲透系數(shù)、彈性模量及滲透破壞比降能夠滿足防滲要求。

按照前述平面布置和設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)要求，育新泵站泵房充填灌漿共需布置鉆孔40個(gè)，總占孔深度121.8 m，總灌漿深度87.40 m。充填灌漿平面布置和典型剖面詳見附圖。

附圖 育新泵站泵房泵房充填灌漿布置圖

4 工程實(shí)施效果和推廣建議

針對育新泵站存在的主要問題，根據(jù)現(xiàn)場查勘、安全鑒定結(jié)論、初步設(shè)計(jì)報(bào)告和國家發(fā)展改革委員會(huì)的批復(fù)意見，在育新泵站更新改造工程中進(jìn)行了主泵房基礎(chǔ)除險(xiǎn)和加固改造，同時(shí)新建了副廠房、出水流道加固改造、新建管理用房、新建35 kV開關(guān)站和水力機(jī)械及電氣設(shè)備的更新改造。泵站更新改造工程實(shí)施后，經(jīng)過近幾年的運(yùn)行實(shí)踐可以看出，育新泵站的更新改造取得了良好的效果，工程效益明顯，主要包括：

（1）主廠房沉陷處于較穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觀測無明顯沉陷；

（2）自動(dòng)化程度提高后，設(shè)備運(yùn)行性能穩(wěn)定，至今未發(fā)生異常情況；

（3）泵站安全性提高，未出現(xiàn)故障，狀態(tài)良好；

（4）運(yùn)行揚(yáng)程提高，由原6.3 m提高到 7.3 m，保證了在高水位的情況下的正常運(yùn)行；

（5）值守便利，隨時(shí)能掌握運(yùn)行動(dòng)態(tài)，且環(huán)境優(yōu)良。

從近年泵站運(yùn)行情況來看，對育新泵站泵房基礎(chǔ)進(jìn)行充填灌漿處理較好地解決了育新泵站的不均勻沉降問題。由于洞庭湖區(qū)地質(zhì)條件的限制，泵站站房不均勻沉降為普遍性的問題，育新泵站泵房基礎(chǔ)處理的經(jīng)驗(yàn)值得洞庭湖區(qū)其他類似泵站借鑒和推廣。

[1]GB 50265-2010.泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

[2]湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院.湖南省益陽市育新泵站更新改造初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2006.

[3]湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院.湖南省益陽市育新泵站更新改造工程技施設(shè)計(jì)工作報(bào)告[R].2011.