寶雞峽北昌泵站改造主體建筑物設計分析

摘 要：寶雞峽北昌泵站設計灌溉面積約90km2，泵站總裝機功率1 900kW，設計揚程22.50m/20.50m。經過多年運行，設施設備老化嚴重，出現眾多安全隱患，效能明顯衰減。基于此，本文依據國家工程規范和運行實際，對主體建筑物設計方案進行分析，為同類工程提供有益借鑒。

關鍵詞：寶雞峽;泵站改造;主體建筑物

中圖分類號：TV675 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0082-02

1 北昌泵站概況

寶雞峽北昌泵站位于咸陽市乾縣王村鎮任家村，于1972年建成，設計灌溉面積約90km2，本級灌溉面積20km2，設計流量6.38m3/s，設計揚程22.50m/20.50m，泵站總裝機功率1 900kW。泵站為正向進水正向出水，進水池、主廠房、輸水管道和出水池呈直線布置。北昌泵站進水建筑物主要有進水閘、引水渠、進水池等。經過多年運行，設施設備老化嚴重，出現眾多安全隱患，效能明顯衰減。因此，經過技術專家現場探查分析及陜西省水利廳、財政廳批準，決定實施工程設備分步更新改造。

2 進水建筑物設計

2.1 進水閘

北昌泵站在寶雞峽塬上總干渠樁號154+319處設閘引水。總干渠節制閘上游為梯形斷面，設計流量50m3/s，設計水深2.78m;節制閘下游為梯形斷面，設計流量45m3/s，設計水深2.78m。北昌泵站進水閘自1972年建成后，經多年運用，性能良好，閘底過流穩定。經水利復核計算，原有閘孔尺寸能滿足引水要求，只是運行時間長久，閘門、設備與建筑設施破損老化嚴重。所以，本次改造擬在原有基礎上進行拆除重建，并更換設備等。

2.2 引水渠

北昌抽水站除向本級灌溉面積供水外，還負有向南上座供水的任務。我們將塬上總干渠樁號154+319處進水閘至北昌泵站之間的這條渠道稱為引水渠，為梯形斷面土渠。引水渠底寬4.5m，渠深3.80m，邊坡系數為1.25，設計流量6.58m3/s。本次改造在保證設計水位與原水位相比變幅不大及其渠道必須達到沖淤平衡運用狀態的前提下，宜將引水渠設計成矩形斷面，并對其進行襯砌。

2.2.1 渠道縱斷面設計。經分析得出，進水渠經多年運行，現有比降能達到沖淤平衡，所以本次設計不對引水渠原有縱比降進行調整，維持現狀。

2.2.2 渠道橫斷面設計。考慮到引水渠總長為30.30m，除去進水閘、流道引渠、交通橋、工作橋和攔污柵所占長度，所剩部分僅夠漸變段長度，采用矩形斷面，漸變段采用八字墻，水流形態好，抗凍脹性能強。渠深2.6m，底寬4.0m，設計流量6.58m3/s，設計水深1.455m。考慮到引水渠工程的重要性和長度較短的實情，擬對其進行全斷面襯砌，襯砌到頂，高出設計水位1.15m。

2.2.3 渠道襯砌設計。渠道襯砌采用M7.5漿砌石砌筑，同時沿渠道中心每10m設橫向伸縮縫一條，縫內填塞瀝青砂板條。

2.3 進水池

北昌泵站原有前池為正向進水式前池，為單機單流道方形前池，沒有排砂設施。為了保證良好的進水條件，擬將前池分隔成單臺機組的圓形進水池，并分別設閘控制。另外，拆除原前池進口的清污機，重新安裝2座清污機。

2.3.1 進水流道寬度。根據《泵站設計規范》（GB/T 50265—97）7.3.2條對進水流道布置的要求，按公式（1）計算流道寬度：

[B=Q/S=Q/h×v]" " " " " " " " " " " " " "（1）

式中，[B]為流道寬度（m）;[S]表示過水斷面面積（m2）;[h]表示設計水深（m）;[v]表示規范建議流速（m/s），取流道進口斷面處流速v為0.8～1.0m/s。

經計算，確定大泵設計流量0.94m3/s，流道寬度為1.0m。

2.3.2 流道縱橫斷面設計。流道橫斷面采用矩形斷面，深為2.6～5.0m不等。在流道上控制閘門下游8.08m斷面處變流道底坡，以上為平底，以下為一陡坡，流道陡坡坡降為1∶3.33。

2.3.3 進水池設計。參照《泵站設計規范》（GB/T 50265—97），進水池水下容積按進水池對應水泵30～50倍的設計流量確定，同時考慮吸水管路的布置要求。由于來水泥沙含量較大，擬采用圓形進水池。進水池清污機平臺板、控制閘啟閉機平臺板等為鋼筋混凝土預制安砌，臺帽為現澆混凝土，進水池流道底板與側墻為M7.5漿砌石砌筑。側墻與底板采用M7.5漿砌石砌筑，M10砂漿勾縫。八字墻后接清污機段，長5.00m，共設2座清污機，凈寬1.6m，長1.40m，清污機清污平臺寬5.0m，兼做交通橋;進水池及進水流道側墻頂寬0.5m，外側邊坡比1∶3，內側為直墻;進水池及進水流道底板厚0.5m。進水池砌石擋墻與底板下做厚度不等的3∶7灰土墊層。在清污機、控制閘起止斷面處分設縱橫變形縫，縫寬20mm，縫內填聚乙烯泡沫板，止水采用653型橡膠止水帶。

3 泵站主副廠房改造設計

3.1 廠房現狀

北昌泵站廠房建成于1972年，主廠房為土木結構，7間，建筑面積為388.50m2;副廠房緊鄰主廠房南側布置，結構與主廠房相同，建筑面積174m2。由于主副廠房建筑標準偏低，加上多年運用，出現墻皮脫落、局部地基基礎沉陷性裂縫，對泵站的安全運行構成嚴重威脅。

廠房主要存在以下問題。①原廠房基礎埋深較淺，基礎斷面小，局部地基基礎出現沉陷性裂縫，對泵站的安全運行構成嚴重威脅。②原主廠房泵坑深度不夠，水泵安裝高程偏高，長期運行均存在氣蝕現象，造成水泵葉輪進口端經常出現氣蝕破壞。運行一段時間后，葉片進口壁面開始呈蜂窩狀，并引起電化腐蝕，需要經常更換水泵葉輪，既影響了灌溉供水，也增加了正常運行維修費用。

3.2 廠房改造方案

由于現廠房存在上述問題，加之本次設計需降低水泵機組基礎高程，因此，水電機組安裝底高程較設計室內地面低1.511m。而原廠房基礎埋深僅為1m左右，且進水側基礎與吸水池側壁合建，如果僅對現廠房進行加固，則出現基礎懸空，且難以滿足設備、管線布設的需要。另外，為了完善抽水站各項運行功能，根據抽水站新的運行規范要求，廠房還需增隔高壓室、電容器室和工具室等。原副廠房結構尺寸不能滿足要求，所以，廠房改造方案應為拆除舊廠房后新建廠房。

4 出水管道設計

根據工程實際，本次設計過程中，在出水管管材的選用上僅對鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筋混凝土管進行比較。

4.1 鋼管

鋼管的特點是適應性強，在抗彎、抗壓、韌性、耐沖擊和耐震動等方面有較大優勢，承受內壓高、材質較輕，加工使用靈活方便，特殊要求地段（過公路、鐵路等處）使用更適宜，但需進行防腐。

4.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有較高的強度和延伸率，其機械性能可以和鋼管媲美，承受壓力高，且耐腐蝕，供水安全可靠。其接口形式為柔性承插口膠圈連接，施工方便，對地基沉降適應性好，具有一定抗御地震的能力[1]。

4.3 預應力鋼筋混凝土管

預應力鋼筋混凝土管安裝方便，價格較低，可采用柔性承插口橡膠密封圈連接，對地基沉降適應性好，有一定的抗震能力，不需防腐處理，其內壁較鋼管和球墨鑄鐵管光滑，有較好的水利特性，但管材的單位重量較重，且需金屬配件進行配合。

綜上所述，本設計在管道平直段擬采用預應力鋼筋混凝土管，橡膠密封圈連接;在管道彎折處與出水池坡管段等處采用鋼管。

5 結語

2014年，泵站工程改造完成后，主體性能得到改善，機組抽水量增加，滿足了灌區抗旱灌溉用水要求。可見，泵站改造設計合理，科學有效，值得總結推廣，今后應繼續完善改造其他落后泵站，全面提升灌區抽水效能，更好地服務灌區“三農”發展。

參考文獻：

[1]程海.寶雞峽北昌泵站更新改造工程設計分析[J].中國高新技術企業，2013（23）：12-13.