某泵站進(jìn)出水建筑結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)問(wèn)題優(yōu)化

董永江

（紹興市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 紹興 312099）

1 工程概況

越城區(qū)古城內(nèi)河防洪排澇提升工程位于浙江省中北部，錢塘江口以南，工程泵站主要建筑物包含新建排澇閘站2 座，改建活水泵站1座，改建活水閘1座等。通過(guò)勘探，按照土層成因不同及物理力學(xué)性質(zhì)差異，對(duì)該地區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)地基巖土層自上而下由為10 個(gè)工程地質(zhì)層構(gòu)成，其中8、9 層缺失，工程巖性特征為：雜填土層（mlQ4）、淤泥層（l-）、粉質(zhì)黏土層（l-）、淤泥質(zhì)黏土層（）、粉質(zhì)黏土層（al-）、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層（）、粉質(zhì)黏土層（al-、al-）、塊石層、中等風(fēng)化砂巖層（K）等。圖1 所示為水利工程泵站總體結(jié)構(gòu)。

圖1 工程泵站總體結(jié)構(gòu)圖

2 泵站進(jìn)出水結(jié)構(gòu)組成

2.1 進(jìn)、出水建筑

進(jìn)水建筑連接水源與泵房，改進(jìn)泵站進(jìn)水流道流態(tài)，降低管道內(nèi)水耗，創(chuàng)造適合泵站的引水條件，出水建筑連接壓力管道與灌排干渠及壓力涵管，消耗水流勢(shì)能，穩(wěn)定水流流速，匯集水流、排除多余水流。該水利工程泵站進(jìn)、出水建筑包攔引渠、前池和進(jìn)水池、出水池、進(jìn)、出水流道及底板、翼墻等，進(jìn)水池由下部結(jié)構(gòu)、移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組、管理房組成，包含攔污柵、鋼筋混凝土框架柱、鋼筋混凝土構(gòu)造柱、進(jìn)水前池和出水池邊墻等建筑設(shè)計(jì)，出水池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土底板。

2.2 泵房

該水利工程螺絲畈閘站泵站機(jī)組型式為2臺(tái)700QZB-125D潛水軸流泵，設(shè)計(jì)流量為1.50 m3/s 進(jìn)水池寬度為2.30 m，底高程為2 m，主泵房垂直水流方向?qū)挾葹?.25 m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為8 m。稽山閘站機(jī)組型式為4臺(tái)800QGWZ-135J全貫流潛水電泵，設(shè)計(jì)流量為2 m3/s，進(jìn)水池寬度為2.70 m，底高程為0.70 m，主泵房垂直水流方向?qū)挾葹?.30 m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為14.20 m。羅門閘采用液壓壩，閘門高度為2.50 m，閘門頂高程為4.50 m，閘墩頂高程為5 m，水閘順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為18 m，垂直水流方向長(zhǎng)度為7.20 m，單孔6 m，故閘室總寬度為7.20 m，水閘上部不設(shè)置啟閉機(jī)房。該工程對(duì)活水泵站西側(cè)1孔泵室實(shí)施改造，泵墩拆除，改進(jìn)為平面鋼閘門水閘，閘寬3.20 m，門頂高程4.50 m。維修活水閘采取閘門加高方式進(jìn)行，對(duì)現(xiàn)有泵閘進(jìn)行維修加固。

3 泵站進(jìn)出水結(jié)構(gòu)布置

3.1 泵閘特征高程設(shè)計(jì)

3.1.1 波浪高度

水域平均水深確定計(jì)算公式為：

水域平均水深=設(shè)計(jì)水位-河底高程

平均波高與波長(zhǎng)的確定需要采用莆田實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行計(jì)算，公式為：

式中：平均波高（m）為hm，重力加速度為g，計(jì)算風(fēng)速取18 m/s，風(fēng)區(qū)內(nèi)平均水深取2.50 m，風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度為30 m，平均波周期為Tm，平均波長(zhǎng)為L(zhǎng)m。

3.1.2 水閘波浪高度

式中：波浪中心超出計(jì)算水位的高度為hz，通過(guò)下述公式求出防洪高程，可以結(jié)合相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)考慮為建筑物預(yù)留沉降確定墩頂高程。

3.2 泵閘穩(wěn)定性分析

3.2.1 抗滑穩(wěn)定系數(shù)

式中：Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面上的全部豎向荷載為∑G，于構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面以上的全部水平荷載為∑H，構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面與地基之間的摩擦系數(shù)為f。

3.2.2 抗浮穩(wěn)定系數(shù)

式中：抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)為Kf，水閘基礎(chǔ)面以上的全部重力為∑V，水閘基礎(chǔ)面以上的全部揚(yáng)壓力為∑V。

3.2.3 基地應(yīng)力

式中：閘室上的全部豎向荷載為∑G，閘室上的全部豎向和水平向荷載對(duì)于基礎(chǔ)底面垂直水流方向的形心軸的力矩為∑M，閘室基底面積為A，閘室基底面對(duì)于該底面垂直水流方向的形心軸截面矩W。

3.3 泵閘基礎(chǔ)施工方案

該水利工程施工位置存在泵房載荷量較大，且地基巖土層特性復(fù)雜的情況，因此，泵房主要建筑物選用C15混凝土、C20混凝土、C25 混凝土、C30 混凝土、HPB300、HRB400 鋼筋作為基礎(chǔ)建筑材料，鋼筋混凝土容重為25 kN/m3。其中，螺絲畈閘站底板位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，地基承載力僅為60 kPa，閘站地基底應(yīng)力不滿足地基承載力的要求，需進(jìn)行建筑物地基處理，擬采用樁基礎(chǔ)作為閘站的地基處理方式，通過(guò)鉆孔灌注樁及預(yù)應(yīng)力管樁提升泵房基礎(chǔ)強(qiáng)度。羅門閘位于軟土地基上，結(jié)合此工程實(shí)際情況，為進(jìn)一步提升地基承載力，減小閘室沉降及閘室與翼墻之間沉降差，擬采用松木樁基礎(chǔ)進(jìn)行水閘基礎(chǔ)處理，松木樁樁長(zhǎng)6 m，梢徑16 cm松木樁，梅花形布置，基礎(chǔ)底采用50 cm厚拋石擠淤。

4 泵站進(jìn)出水建筑結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)問(wèn)題優(yōu)化

4.1 進(jìn)出水建筑結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)問(wèn)題分析

4.1.1 定向鉆輸水管所引起的地表變形問(wèn)題

在施工過(guò)程中，擬建環(huán)山河泵站至解放路之間有一定向鉆輸水管，其管底標(biāo)高為2.20～-0.20 m，根據(jù)勘探孔揭示，其位于3 層淤泥質(zhì)黏土中，由于場(chǎng)地原因，勘探孔孔距始終未能滿足規(guī)范要求，實(shí)際地層可能會(huì)有所差異，施工過(guò)程中若碰到疑義建議通過(guò)布孔的方式。擬建輸水管穿越土層為軟弱土層，容易造成偏位、掉鉆頭，根據(jù)中國(guó)住建部第37 號(hào)文，定向鉆為超過(guò)一定規(guī)模且危險(xiǎn)性較為巨大的分部分項(xiàng)工程，在實(shí)施定向穿越的過(guò)程中可能會(huì)引起劇烈的地表變形，對(duì)周邊環(huán)境能夠產(chǎn)生一定程度的影響，在水利工程泵站主要建筑物進(jìn)行施工前，應(yīng)做好充分的施工分析與預(yù)測(cè)工作。

4.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所引發(fā)的水利工程安全風(fēng)險(xiǎn)

泵站水閘建在平原或丘陵地區(qū)的軟土地基上，土質(zhì)岸與兩側(cè)岸邊相連，因此由閘室段直接負(fù)責(zé)阻擋水流。在上游、下游水流沖擊的作用下，極易造成建筑繞閘滲流。另外，出水口由于地理?xiàng)l件復(fù)雜，會(huì)直接造成下游出現(xiàn)波狀水躍、折沖水流的現(xiàn)象發(fā)生，河床受到進(jìn)一步?jīng)_刷，在泵站水閘結(jié)構(gòu)荷載作用下，容易產(chǎn)生基礎(chǔ)過(guò)大沉降。因而水閘的繞閘滲流、基礎(chǔ)沉降、揚(yáng)壓力及翼墻變形、下游沖刷等是該水利工程建筑物施工過(guò)程中的安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。按工程具體施工部位考慮，閘室段結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是整個(gè)泵站水閘工程主體，閘室段是水閘工程的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)和關(guān)鍵部位。

4.1.3 地質(zhì)條件所引起的水利工程基坑風(fēng)險(xiǎn)

該工程主要的工程建筑物結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)為樁基工程及基坑工程。當(dāng)采用鉆孔灌注樁時(shí)，2-1層、3層及5層軟土層容易產(chǎn)生明顯的縮徑情況，因此，在成孔過(guò)程中，必須采用優(yōu)質(zhì)泥漿，并根據(jù)不同的地層巖性特征，控制相應(yīng)的泥漿稠度，并進(jìn)行二次清孔作業(yè)，嚴(yán)格控制孔底沉碴厚度，保證足夠的初灌量，以此確保成樁的質(zhì)量。擬建基坑位于鬧市區(qū)，距離周邊道路及建筑的實(shí)際距離均較近，因此，該水利工程在主要建筑物結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)施工前，需要采取有效的降水措施及支護(hù)措施，并且開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基坑及周邊環(huán)境的變形情況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以避免基坑失穩(wěn)所引起的水利工程施工風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 進(jìn)出水建筑結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)問(wèn)題優(yōu)化措施

4.2.1 健全施工管理體系

基于水利工程泵站主要建筑物的結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)在施工過(guò)程中面臨的若干問(wèn)題，對(duì)工程泵站正式開(kāi)展施工作業(yè)前，為了從根本上確保施工作業(yè)的安全性，需要對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行必要的施工安全教育培訓(xùn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理體系進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)泵站主要建筑物結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)施工情況產(chǎn)生科學(xué)認(rèn)知，為制定有效、合理的施工管理制度夯實(shí)基礎(chǔ)，便于在施工過(guò)程中深入貫徹施工管理要求，確保泵站主要建筑物施工質(zhì)量。

4.2.2 優(yōu)化泵站建筑物施工技術(shù)建設(shè)

現(xiàn)階段，為確保水利工程泵站在測(cè)量、導(dǎo)流、基坑排水與支護(hù)、圍堰填筑、拉森鋼板樁施工、混凝土工程施工、底板施工、土方施工及電氣設(shè)備安裝調(diào)試過(guò)程中的施工質(zhì)量，施工單位需要針對(duì)性做好工程運(yùn)行管理，在工程管理范圍和保護(hù)范圍內(nèi)，組織施工條件，布置施工總進(jìn)度。

在該水利工程中，因地基巖土層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故泵房應(yīng)當(dāng)在施工中，依托地基結(jié)構(gòu)和地基材質(zhì)，按照拉森鋼板樁（或混凝土灌注樁）基坑支護(hù)→地基處理→土方開(kāi)挖→混凝土墊層→底板→流道→混凝土梁、板、柱→土方回填→泵房建筑→水泵、閘門及電氣設(shè)備安裝→設(shè)備調(diào)試→青石欄桿的施工順序進(jìn)行施工，促使泵房具備超高強(qiáng)度與載荷承受能力，防止泵站主要建筑物產(chǎn)生裂縫、傾斜，影響整個(gè)水利工程的正常運(yùn)行。與此同時(shí)，為確保施工技術(shù)順利實(shí)施，要協(xié)調(diào)好國(guó)土、規(guī)劃和電力等部門，在主要建筑物施工前期的技術(shù)論證階段給予充分支撐，保證工程經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程泵站建筑物的結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)受社會(huì)各界關(guān)注，作為水利工程的關(guān)鍵組成部分，泵站的主要建筑物假如因定向鉆輸水管引起地表變形問(wèn)題、因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引發(fā)水利工程安全風(fēng)險(xiǎn)、因地質(zhì)條件引起水利工程基坑風(fēng)險(xiǎn)，將會(huì)影響整個(gè)水利工程的高質(zhì)量運(yùn)行。以一貫之，施工單位應(yīng)在詳細(xì)了解泵站具體施工情況的基礎(chǔ)上，健全泵站主要建筑物施工管理體系、強(qiáng)化泵站主要建筑物施工技術(shù)建設(shè)，繼而保證水利工程的施工質(zhì)量，泵站能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。