揚(yáng)州市瓜洲泵站工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析

李進(jìn)東，蔡一平，李忠斌，許旭東，楊 帆

(1.江蘇省水利科學(xué)研究院，南京 210017； 2.揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225009)

0 引 言

為了保證泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行，泵站的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)尤為重要[1-2]。泵站現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)是判斷泵站水工建筑物、機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施能否投入運(yùn)行、使用的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，也是預(yù)防泵站水工建筑物、機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)等損壞及保證泵站安全運(yùn)行的重要措施[3-4]。現(xiàn)場(chǎng)抽樣測(cè)試可以確保施工質(zhì)量的可靠性與工程安全運(yùn)行。

當(dāng)前，工程技術(shù)人員及學(xué)者對(duì)泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的內(nèi)容主要集中于泵站流量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[5-7]、泵站機(jī)組性能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[8-10]、泵站軸功率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[11-12]，而對(duì)泵站運(yùn)行前期的隱蔽工程及機(jī)電設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試關(guān)注較少。隱蔽工程對(duì)泵站安全的影響不容忽視，其中基礎(chǔ)及防滲工程是保證泵站基礎(chǔ)穩(wěn)定，避免發(fā)生嚴(yán)重滲流的重要工程設(shè)施，電氣設(shè)備是確保泵站能正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備，因此對(duì)基礎(chǔ)及防滲工程、電氣設(shè)備的安裝及性能狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)是必要的。本文針對(duì)瓜洲泵站的機(jī)電設(shè)備、基礎(chǔ)及防滲工程兩個(gè)方面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)并開展分析，為該泵站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供支撐數(shù)據(jù)，并為同類泵站的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提供參考。

1 工程概況

揚(yáng)州市瓜洲泵站工程站址位于古運(yùn)河南端瓜洲閘東側(cè)，是揚(yáng)州市城市防洪排澇工程的重要組成部分。瓜洲泵站等別為Ⅱ等，主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物等級(jí)為3級(jí)。泵站布置6臺(tái)3000ZLQ-28.4立式軸流泵，配1 600 kW的TL1600-48型立式同步電動(dòng)機(jī)6臺(tái)，單機(jī)流量28.4 m3/s，裝機(jī)總流量170 m3/s，總裝機(jī)容量9 600 kW，泵站設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程1.88 m；泵裝置進(jìn)出水流道為肘形進(jìn)水流道與虹吸式出水流道，斷流設(shè)備為真空破壞閥。瓜州泵站實(shí)景圖見圖1。

圖1 瓜州泵站實(shí)景圖

2 測(cè)試內(nèi)容及方法

瓜洲泵站的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)內(nèi)容主要包括灌注樁、水泥攪拌樁、地連墻等基礎(chǔ)及防滲工程檢測(cè)，以及主機(jī)泵制造及安裝檢測(cè)、輔機(jī)設(shè)備安裝檢測(cè)、電氣設(shè)備安裝檢測(cè)及電氣試驗(yàn)、機(jī)組試運(yùn)行測(cè)試。

樁身完整性檢測(cè)的方法常有鉆芯法、攝像法和應(yīng)力波反射法。鉆芯法對(duì)基樁具有破壞性，要對(duì)樁基進(jìn)行灌漿補(bǔ)孔封閉，檢測(cè)的效率相對(duì)較低，且檢測(cè)費(fèi)用高。攝像法檢測(cè)直觀但只能檢測(cè)到內(nèi)壁的裂縫，外側(cè)的局部缺陷不易檢測(cè)。應(yīng)力波反射法具有速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、費(fèi)用低、抽檢數(shù)量大的優(yōu)點(diǎn)[13]，已被廣泛應(yīng)用于工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。應(yīng)力波反射法包括高、低應(yīng)變法，其中低應(yīng)變法具有設(shè)備簡(jiǎn)便、費(fèi)用較低、操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)，因此低應(yīng)變法對(duì)瓜州泵站的基礎(chǔ)工程樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)；相比于靜載試驗(yàn)檢測(cè)的單樁極限荷載高應(yīng)變檢測(cè)所得到的單樁承載力一般更低，在工程上是偏安全的，因此采用高應(yīng)變法檢測(cè)單樁豎向承載力。為檢測(cè)水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力，采用慢速維持荷載法進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)和運(yùn)用鉆芯法抽檢水泥土攪拌樁的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。防滲墻的質(zhì)量方法包括地質(zhì)雷達(dá)法、高密度電阻率法和瞬變電磁法，地質(zhì)雷達(dá)法可用于探測(cè)墻體的空洞和細(xì)小的裂縫[14]，且具有定位精確和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，因此選用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)防滲圍封墻體進(jìn)行探測(cè)。

為保證主機(jī)泵的正確安裝，運(yùn)用量測(cè)法測(cè)量水泵轉(zhuǎn)輪室直徑，檢查內(nèi)徑尺寸偏差是否在設(shè)計(jì)偏差范圍內(nèi)。使用檢測(cè)儀器對(duì)水泵主軸直徑、粗糙度、硬度進(jìn)行檢測(cè)；采用超聲探傷檢測(cè)水泵主軸，超聲探傷具有穿透能力強(qiáng)、設(shè)備簡(jiǎn)單、使用條件和安全性好、檢測(cè)范圍廣等的優(yōu)點(diǎn)；使用測(cè)量?jī)x器對(duì)泵站輔機(jī)系統(tǒng)安裝和電氣設(shè)備安裝進(jìn)行檢測(cè)。

3 基礎(chǔ)及防滲工程測(cè)試及分析

3.1 灌注樁

抽檢揚(yáng)州市瓜洲泵站工程施工3標(biāo)基礎(chǔ)工程樁58根進(jìn)行樁身完整性監(jiān)測(cè)，得到各混凝土灌注樁的低應(yīng)變實(shí)測(cè)波形曲線，限于篇幅，僅給出樁號(hào)5_1灌注樁的低應(yīng)變實(shí)測(cè)波形曲線，見圖2。根據(jù)實(shí)測(cè)波形曲線，結(jié)合工程地質(zhì)情況、施工記錄等進(jìn)行綜合分析與計(jì)算，所測(cè)58根樁均未發(fā)現(xiàn)異常情況，樁身較為完整。其中，I類樁57根，占所測(cè)樁數(shù)的98.3%；II類樁1根，占所測(cè)樁數(shù)的1.7%。

圖2 低應(yīng)變實(shí)測(cè)波形曲線(樁號(hào)5_1)

為測(cè)試單樁靜荷載性能，采用慢速維持荷載法抽檢泵站檢修間基礎(chǔ)部位的1根灌注樁ZC_2的單樁豎向承載力，該灌注樁的樁徑為600 mm，樁長(zhǎng)30 m，試驗(yàn)按照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2014)單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)要點(diǎn)進(jìn)行，檢測(cè)結(jié)果見表1。對(duì)該樁試驗(yàn)荷載加載至1 500 kN時(shí)，樁的累計(jì)沉降量為14.21 mm；卸載至0 kN時(shí)，殘余沉降量為11.43 mm，所檢樁的單樁豎向承載力特征值為750 kN，滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

表1 單樁靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

對(duì)瓜州泵站的站身部位灌注樁采用高應(yīng)變法檢測(cè)其單樁豎向承載力，共抽測(cè)1根，樁號(hào)為10_9，該樁長(zhǎng)23.3 m。根據(jù)實(shí)測(cè)F-V波形曲線，結(jié)合工程地質(zhì)情況、施工記錄等，以實(shí)測(cè)波速為邊界條件進(jìn)行擬合計(jì)算，模擬Q～s曲線、土阻力及樁身剖面圖見圖3。樁側(cè)的土阻力為3 666.4 kN，樁端土阻力為646.0 kN，動(dòng)測(cè)承載力為4 312.4 kN，極限承載力設(shè)計(jì)值為4 262 kN，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 模擬Q～s曲線、土阻力及樁身剖面圖

3.2 水泥攪拌樁

為檢測(cè)該泵站水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力，采用慢速維持荷載法抽檢清污機(jī)橋底板部位3根水泥土攪拌樁試樁，水泥攪拌樁樁徑600 mm，樁長(zhǎng)10 m，間距為1 m×1 m，為方型布置，試驗(yàn)依據(jù)《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 340-2015)復(fù)合地基荷載試驗(yàn)要點(diǎn)進(jìn)行，3根水泥攪拌樁的沉降量見圖4。1#樁在試驗(yàn)荷載加至276 kPa時(shí)，累計(jì)下沉量為27.33 mm，卸載至0 kPa時(shí)殘余沉降量為20.27 mm；2#樁在試驗(yàn)荷載加至276 kPa時(shí)，累計(jì)下沉量為25.67 mm，卸載至0 kPa時(shí)殘余沉降量為22.04 mm；3#樁在試驗(yàn)荷載加至276 kPa時(shí)，累計(jì)下沉量為21.75 mm，卸載至0 kPa時(shí)殘余沉降量為17.85 mm；所檢樁的復(fù)合地基承載力均不小于138 kPa，滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

圖4 各水泥攪拌樁的沉降量

采用鉆芯法抽檢兩組清污機(jī)橋114#、136#水泥土攪拌樁的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，試樣成型日期與試壓日期間隔均為96 d，檢測(cè)結(jié)果見表2。 實(shí)測(cè)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.54～4.34 MPa，兩組強(qiáng)度代表值分別為3.85 、3.19 MPa，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度1.5 MPa要求。

表2 水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度抽檢結(jié)果

3.3 地連墻

瓜州泵站的站身底板防滲圍封設(shè)計(jì)型式為C30素混凝土墻體，采用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)防滲圍封墻體進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)部位為下游西塊站身底板，長(zhǎng)度總計(jì)27 m，設(shè)計(jì)墻體高程-2.50～-13.50 m，防滲圍封墻的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)圖譜見圖5。由圖5可知，識(shí)別區(qū)域內(nèi)同相軸基本連續(xù)，存在兩處波形雜亂是由于該處灌注樁距離墻體太近，受樁內(nèi)鋼筋影響所致，整體未見缺陷異常。

圖5 防滲圍封墻實(shí)測(cè)圖譜

對(duì)13#地連墻試塊的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行抽檢，試樣規(guī)格為150×150 mm，以同等養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，試樣制作日期與試壓日期間隔56 d，檢測(cè)結(jié)果見表3。由表3可知，抗壓強(qiáng)度代表值為39.3 MPa，滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30要求。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度抽檢結(jié)果

抽檢17#地連墻的抗?jié)B試塊1組以檢測(cè)抗?jié)B強(qiáng)度，抗?jié)B等級(jí)W4，試樣以同等養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，齡期為56 d，試驗(yàn)水壓為0.4 MPa，試樣檢測(cè)結(jié)果見表4。樣品經(jīng)檢驗(yàn)，混凝土抗?jié)B符合《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL 352-2006)規(guī)定的W4等級(jí)要求。

表4 混凝土抗?jié)B抽檢結(jié)果

4 機(jī)電設(shè)備測(cè)試及分析

4.1 主機(jī)泵制造質(zhì)量

對(duì)瓜州泵站的水泵轉(zhuǎn)輪室部件尺寸進(jìn)行抽檢，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)球面直徑見圖6。采用量測(cè)法檢測(cè)內(nèi)球面直徑，檢測(cè)結(jié)果見表5。由表5可知，葉輪室內(nèi)徑尺寸偏差抽檢結(jié)果在設(shè)計(jì)偏差范圍之內(nèi)，滿足《泵站設(shè)備安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(SL 317-2015)的要求。

圖6 水泵轉(zhuǎn)輪室內(nèi)球面示意圖

表5 水泵轉(zhuǎn)輪室加工檢驗(yàn)成果

對(duì)水泵制造質(zhì)量進(jìn)行抽檢，檢查的項(xiàng)目包括葉片間隙、葉片表面粗糙度以及葉片角差，檢查、檢測(cè)結(jié)果見表6。由表6可知，水泵各部件外觀檢查良好，表面光滑，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。葉片間隙、表面粗糙度、葉片角差抽檢結(jié)果總體在《泵站設(shè)備安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(SL 317-2015)允許偏差范圍之內(nèi)。

表6 水泵制造檢查、檢測(cè)結(jié)果

水泵主軸是連結(jié)電動(dòng)機(jī)與水泵葉片的重要結(jié)構(gòu)，水泵主軸的質(zhì)量影響到水泵及泵站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)2#水泵主軸直徑、粗糙度、硬度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 2#泵軸檢測(cè)結(jié)果

由表7可知，2#水泵主軸粗糙度、外徑公差及內(nèi)部質(zhì)量抽檢結(jié)果滿足《泵站設(shè)備安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(SL 317-2015)的要求，軸頸硬度大于設(shè)計(jì)要求。為檢查水泵主軸是否存在裂縫、暗傷，對(duì)水泵主軸進(jìn)行超聲探傷，泵軸牌號(hào)為45鋼鍛造，共抽檢1根，檢測(cè)結(jié)果見表8。由表8可知，主軸未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，滿足《鋼鍛件超聲檢測(cè)方法》(GB/T 6402-2008)要求。

表8 超聲探傷檢測(cè)結(jié)果

4.2 主機(jī)泵及電氣輔助設(shè)備測(cè)試

對(duì)3000ZLQ28.4型立式軸流泵安裝主要參數(shù)進(jìn)行抽檢，主機(jī)泵的主要參數(shù)滿足《泵站設(shè)備安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(SL 317-2015)的要求。對(duì)輔助設(shè)備安裝的水系統(tǒng)、油系統(tǒng)、真空破壞閥的工藝外觀進(jìn)行檢查，相應(yīng)指標(biāo)滿足《泵站設(shè)備安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(SL 317-2015)的要求。

泵站的主要電氣設(shè)備包括低壓開關(guān)柜、10 kV高壓開關(guān)柜、變壓器、電纜及橋架、防雷及接地裝置等，對(duì)這些電氣設(shè)備進(jìn)行安裝檢查。主電機(jī)，絕緣電阻為2 950～9 620 MΩ(≥10 MΩ)；吸收比為2.65～2.93(≥1.3)；電機(jī)定子線圈直流電阻不平衡度為0.03～0.13%(≤2%)；主變壓器(SC11-12500/20)，絕緣電阻為6 850～19 850 MΩ，變比誤差為0.05%～0.09%(≤±1%)；相間直流電阻差為0.25%～0.79%(≤2%)；主機(jī)電纜，絕緣電阻為2 980～3 650 MΩ(≥10 MΩ)；高低壓室及電機(jī)接地電阻，實(shí)測(cè)0.58～0.61 Ω(≤1 Ω)，以上結(jié)果符合《電氣裝置安裝工程接地裝置施工驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50169-2016)的要求。

5 結(jié) 論

本文對(duì)瓜州泵站的機(jī)電設(shè)備、基礎(chǔ)及防滲工程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明基礎(chǔ)工程灌注樁、水泥土攪拌樁、地連墻的抽檢結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。采用量測(cè)法對(duì)主泵制造及安裝效果進(jìn)行測(cè)量，對(duì)電氣設(shè)備的安裝進(jìn)行檢查，結(jié)果顯示主要參數(shù)均滿足對(duì)應(yīng)的規(guī)范要求，機(jī)組的試運(yùn)行效果理想。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)驗(yàn)證，高應(yīng)變法可較好地用于檢測(cè)灌注樁的單樁豎向承載力；慢速維持荷載法可較好地用于檢測(cè)水泥土攪拌樁試樁的承載力；地質(zhì)雷達(dá)法可用于檢測(cè)地連墻的連續(xù)性。

通過對(duì)瓜洲泵站進(jìn)行基礎(chǔ)及防滲工程測(cè)試、機(jī)電設(shè)備檢測(cè)，可以有效地為泵站的安全運(yùn)行提供具體的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)，為泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的質(zhì)量分析提供有效參考，有益于確保泵站的施工質(zhì)量及工程后期的安全可靠運(yùn)行。