桃江縣團(tuán)山電排設(shè)計(jì)

劉源

（益陽(yáng)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 益陽(yáng)市 413000）

湯哲夫

（益陽(yáng)市水利水電建設(shè)監(jiān)理有限公司 益陽(yáng)市 413000）

團(tuán)山電排位于益陽(yáng)市桃江縣城關(guān)鎮(zhèn)董斯橋，是桃江縣城的一處中型電排工程，電排裝機(jī)容量4×250+3×37 kW，受益區(qū)面積0.36萬(wàn) hm2（5.36萬(wàn)畝），受益區(qū)人口 4萬(wàn)，泵站揚(yáng)程8.4m，排澇流量8.8m3/s，兼有城區(qū)排澇、排污雙重任務(wù)。這些電排站的建成，充分發(fā)揮著治澇的效益，為全市經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長(zhǎng),特別是農(nóng)業(yè)的豐收發(fā)揮了重大的作用。但是隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制建立，社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的迅猛發(fā)展,高效農(nóng)業(yè)、種養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整使得當(dāng)?shù)厝罕妼?duì)排澇提出了更高的要求，電排站迫切需要進(jìn)行更新與優(yōu)化。

1 電排總體布置

按城區(qū)雨污分流的原則進(jìn)行總體布置，排澇系統(tǒng)與排污系統(tǒng)分開(kāi)布置。進(jìn)口設(shè)兩孔檢修閘，排澇進(jìn)水涵管、前池、排澇機(jī)組布置在左側(cè)；排污暗涵（1.0m×1.5m）及排污機(jī)組布置在右側(cè)，泵房底層進(jìn)水池用鋼筋混凝土隔墻隔離。排污出水管采用3根Ф150mm鑄鐵鋼管，排澇出水管采用4根Ф1200mm預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管出水，出口設(shè)鋼拍門(mén)，接一級(jí)消力池消能。保留原有在左側(cè)的排水閘。

此種布置充分考慮了桃江縣城區(qū)雨污分流要求，排污涵可以與將來(lái)的城區(qū)地下排污管網(wǎng)相接，城區(qū)生產(chǎn)、生活污水可不進(jìn)入地面雨水排澇系統(tǒng)。直接從團(tuán)山泵站排污涵由排污泵排至下游污水處理廠處理。保留了原有排水閘，充分利用排水閘汛期的自排功能，避免了電排長(zhǎng)期開(kāi)機(jī)，減輕了電費(fèi)負(fù)擔(dān)。

2 各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 檢修閘

檢修閘前設(shè)置了6.0m×3.0m×1.2m矩形沉沙池，可以減少泵站前池泥沙淤積問(wèn)題，在引水渠內(nèi)清淤更方便。檢修閘啟閉機(jī)臺(tái)面上人采用鋼筋混凝土踏步結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)更合理與適用。檢修閘前采用回轉(zhuǎn)式自動(dòng)清污機(jī)，工藝更先進(jìn)，節(jié)省了人工清污費(fèi)、日常維護(hù)費(fèi)。

2.2 前池部分

2.2.1 現(xiàn)狀情況下滲流計(jì)算

桃江縣團(tuán)山電排站所在堤段堤身土為黃褐、灰褐色粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土，含粉細(xì)砂，結(jié)構(gòu)較松散，呈可塑狀，外坡已進(jìn)行混凝土塊護(hù)坡。從多年運(yùn)行情況看，堤身還從未發(fā)生過(guò)滲透破壞險(xiǎn)情，而基礎(chǔ)卻屢屢出現(xiàn)前池及進(jìn)水渠邊坡等部位的管涌，主要存在基礎(chǔ)滲透穩(wěn)定破壞，因此有必要對(duì)基礎(chǔ)滲透穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核，以便對(duì)基礎(chǔ)安全狀況作出評(píng)價(jià)。

根據(jù)地質(zhì)資料，電排站基礎(chǔ)上部覆蓋層為粘土和粉質(zhì)粘土層，為隔水層;中部為粉細(xì)砂層，滲透系數(shù)均值9× 10-3cm/s，為強(qiáng)透水層;下部為砂礫石層，以礫石為主，結(jié)構(gòu)松散，呈飽和狀，滲透系數(shù)均值4×10-2cm/s，下部為泥質(zhì)半膠結(jié)的砂礫石層，以粗砂礫石為主，含15%左右粘性土，泥質(zhì)膠結(jié)密實(shí)，硬塑至堅(jiān)硬狀態(tài)，滲透系數(shù)均值3.91×10-4cm/s，可視為相對(duì)不透水層。

滲流計(jì)算結(jié)果表明:現(xiàn)狀情況下，當(dāng)外河水位達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位、為電排站前池設(shè)計(jì)最低水位時(shí)，將產(chǎn)生滲透變形。

實(shí)際發(fā)生的管涌及現(xiàn)狀情況下基礎(chǔ)滲流計(jì)算成果分析表明，該電排站基礎(chǔ)管涌險(xiǎn)情是由于電排站基礎(chǔ)本身存在埋深較淺的粉細(xì)砂和砂礫石層，而在設(shè)計(jì)和施工時(shí)未采取有效的滲控措施，加之施工時(shí)需要開(kāi)挖進(jìn)、出口，不僅會(huì)削弱堤身，縮短滲徑，而且因揭除了天然覆蓋層，從而破壞地基土有效重量與滲透水壓力之間的固有均衡關(guān)系，容易發(fā)生基礎(chǔ)滲透變形。特別是前池和進(jìn)水渠等部位，根據(jù)取水要求設(shè)計(jì)底板高程定得較低，而據(jù)地質(zhì)資料，透水粉細(xì)砂層頂部高程為（19.20～20.72）m，開(kāi)挖后的進(jìn)水前池和進(jìn)水渠部位基礎(chǔ)上部天然覆蓋層厚度大大減薄，最薄處厚度小于1.0m，局部施工不當(dāng)甚至可能挖穿覆蓋層而使強(qiáng)透水的粉細(xì)砂層出露，使?jié)B徑大大縮短，當(dāng)外河水位較高時(shí)，背水側(cè)上部覆蓋層較薄弱的前池及進(jìn)水渠等部位弱透水層底部承壓水頭較高，滲透坡降超過(guò)其允許滲透坡降，造成上部覆蓋層發(fā)生滲流破壞導(dǎo)致出現(xiàn)管涌現(xiàn)象。

2.2.2 防滲處理方案選擇

（1）方案擬定。

根據(jù)桃江縣團(tuán)山電排站基礎(chǔ)地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、實(shí)際發(fā)生的險(xiǎn)情和各種基礎(chǔ)防滲加固措施的適用條件，擬定如下兩個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比研究：方案Ⅰ，鋪蓋方案。在背水側(cè)采用鋼筋混凝土鋪蓋，延長(zhǎng)滲徑，減小滲流出口處滲透壓力和滲流比降，防止?jié)B透破壞。方案Ⅱ，防滲墻方案。在臨水側(cè)采用高壓擺噴灌漿形成垂直防滲板墻，墻體嵌入到相對(duì)不透水的泥質(zhì)半膠結(jié)砂礫石層中，完全截?cái)嗌喜繌?qiáng)透水的粉細(xì)砂和砂礫石層。

（2）鋪蓋方案。

根據(jù)險(xiǎn)情記錄，1998年以前出現(xiàn)的管涌險(xiǎn)情基本集中在老泵房前池部位，在1998年汛后進(jìn)行的除險(xiǎn)加固中，重點(diǎn)放在進(jìn)水前池。采取的具體措施為:在前池水平段設(shè)置兩處直徑2.2m、高1.0m的導(dǎo)濾井，在原前池底板上再澆筑0.25m厚的鋼筋混凝土并將底板向前延伸15m，對(duì)站房和前池基礎(chǔ)進(jìn)行充填灌漿等。采用上述加固措施后，2002年汛期仍發(fā)生了管涌，但管涌的位置由前池往后挪到了進(jìn)水渠，由此說(shuō)明，水流無(wú)法從加固處理好的前池滲出，只能繼續(xù)往下游尋找薄弱環(huán)節(jié)出逸，因此必須進(jìn)一步對(duì)前池下游的進(jìn)水渠進(jìn)行處理，最終徹底根治管涌。本文擬采用鋼筋混凝土鋪蓋進(jìn)行防滲加固處理，將引水渠的渠底和兩邊邊坡均作成鋼筋混凝土鋪蓋，經(jīng)計(jì)算，鋪蓋長(zhǎng)度采用30m，鋪蓋末端的滲透坡降為0.3，小于下臥土層粉質(zhì)粘土層的允許滲透坡降0.5，不會(huì)產(chǎn)生滲透變形。

鋼筋混凝土鋪蓋采用透水鋪蓋，鋪蓋上設(shè)排水孔，孔徑為8cm，孔排距為2.5m；鋪蓋底部采用土工布結(jié)合砂石進(jìn)行反濾處理;鋪蓋每隔10m設(shè)一條伸縮縫。鋪蓋結(jié)構(gòu)從下而上依次為:土工布、砂墊層、混凝土。混凝土鋪蓋厚度為:渠底0.3m，渠邊坡由底部0.3m變至頂部0.1m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C15，同時(shí)進(jìn)行構(gòu)造配筋，采用Φ10的鋼筋，間距為0.3m。反濾層采用土工布結(jié)合砂石作為混凝土防滲鋪蓋底部的反濾、排水設(shè)施，作反濾材料應(yīng)滿足反濾準(zhǔn)則。土工織物表面保護(hù)應(yīng)采取以下措施:當(dāng)土表面為粗粒料時(shí)，應(yīng)先鋪薄砂層，再鋪土工織物，坡頂部與底部的土工織物應(yīng)錨固。

（3）高壓擺噴防滲墻方案。

由于穿堤建筑物已經(jīng)建成，加上所在堤段堤身土為粘土或粉質(zhì)粘土，防滲性能較好，高壓擺噴防滲墻宜布置在臨水側(cè)堤腳的電排站出水流道底板內(nèi)側(cè)，其軸線平行于大堤中心線，與大堤中心線的距離為5m。為防止側(cè)向繞滲引起的滲透變形，防滲墻沿堤防方向必須具備一定的長(zhǎng)度，經(jīng)分析計(jì)算確定電排站基礎(chǔ)單側(cè)防滲墻順堤線長(zhǎng)度為50m，然后再按45°角向堤軸線延伸與堤防銜接。布孔軸線總長(zhǎng)度60m，鉆孔間距為2.0m，防滲板墻連接形式采用折線型，墻體嵌入到相對(duì)不透水的泥質(zhì)半膠結(jié)砂礫石層中1.0m。經(jīng)計(jì)算，防滲墻最小厚度為20cm。

（4）方案比選。

① 防滲效果。根據(jù)滲流計(jì)算成果，方案Ⅰ采用防滲與導(dǎo)滲相結(jié)合，雖不能降低堤身浸潤(rùn)線，但能延長(zhǎng)滲徑，減小基礎(chǔ)滲透壓力，降低基礎(chǔ)平均滲透坡降，至鋪蓋末端滲透坡降減少到0.3以下，小于基礎(chǔ)土層允許的滲透坡降0.5，不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞。方案Ⅱ只有當(dāng)強(qiáng)透水層較薄且埋深較淺、能建封閉式防滲墻的前提下，才能完全截?cái)鄰?qiáng)透水層，從而基本截?cái)嗪樗谕夂铀畬?duì)地下水的補(bǔ)給，達(dá)到較好的防滲效果。本文主要以收集原有地質(zhì)資料成果為依據(jù)，具體厚度還有待進(jìn)一步查明，如果強(qiáng)透水層實(shí)際厚度大于前述的處理厚度，則防滲墻將變成懸掛式，只能起到延長(zhǎng)滲徑的作用，防滲效果難以達(dá)到電排站防洪保安的要求。

② 施工質(zhì)量控制。方案Ⅰ采用鋼筋混凝土鋪蓋加土工布結(jié)合砂石反濾，為面上工程，施工質(zhì)量能夠得到有效地控制。方案Ⅱ采用的高壓擺噴灌漿技術(shù)雖已廣泛應(yīng)用于堤防、水壩及水工建筑物等地基的防滲加固處理，但屬于地下隱蔽工程，容易出現(xiàn)不可預(yù)見(jiàn)的卡鉆、塌孔等問(wèn)題，施工質(zhì)量難以得到有效的控制。

2.3 泵房部分

泵房采用綜合樓設(shè)計(jì)方案。水泵機(jī)組采用了4臺(tái)900ZQB-50型潛水電泵和3臺(tái)1500QwS-30型潛水排污泵，潛水泵土建投資更省，維修更方便，水泵層布置于地面±0.00m以下，泵房?jī)啥嗽O(shè)兩處樓梯間，右側(cè)樓梯間可達(dá)泵房底層，方便了日常維修、清淤等工作。泵房±0.00m以上一層沿街布置7間門(mén)面，后面布置了27m×6m水泵檢修間，排澇機(jī)組檢修間與排污機(jī)組檢修間用磚墻分隔，便于水利部門(mén)與建委部門(mén)各自管理。2～5層設(shè)置為辦公用房，中間設(shè)計(jì)了寬1.5m走廊，每層設(shè)有衛(wèi)生間一間。變壓器、開(kāi)關(guān)站排污機(jī)組與排澇機(jī)組分開(kāi)布置，布置于泵房后面空地上，分設(shè)開(kāi)關(guān)箱與電表計(jì)費(fèi)，便于兩部門(mén)分別管理。

2.4 出水流道部分

排澇出水管采用4根承插式鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力Ф1200mm管出水，下設(shè)10cm混凝土墊層，管長(zhǎng)55m，每節(jié)長(zhǎng)5m，設(shè)計(jì)承壓水頭0.3MPa，采用橡圈皮止水。出口設(shè)置4張鋼拍門(mén)和15m長(zhǎng)的消力池相接。此種方案布置省去了（以前）壓力水箱與防洪閘的設(shè)置，同樣滿足排水與防洪功能要求。從價(jià)值工程評(píng)價(jià)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了功能滿足要求，即功能F不變，而工程建安費(fèi)用（成本C）大幅度降低，從而較大的提高了工程價(jià)值VE。

3 結(jié)語(yǔ)

由于桃江縣特殊的地質(zhì)和地形地貌條件，大部分電排站前池和進(jìn)水渠均存在不同程度的滲水和管涌現(xiàn)象，情況嚴(yán)重者已經(jīng)影響到了電排站和大堤的防洪保安；加之老泵房老化破損嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行加固改造處理是非常必要的。

通過(guò)對(duì)桃江縣團(tuán)山電排站地形地質(zhì)條件的分析和理論計(jì)算，經(jīng)方案比較后，采用鋪蓋方案對(duì)前池進(jìn)行了防滲加固處理，經(jīng)過(guò)近幾年洪水的考驗(yàn)，基本達(dá)到了預(yù)期的效果。其后，在桃江縣的其他幾處電排站采用同樣的方法進(jìn)行防滲處理，工程效果也都比較理想。本文所得結(jié)論是基于桃江縣團(tuán)山電排站特定的地形地質(zhì)條件、水文特性和水工建筑物尺寸等，對(duì)于其他電排站由于地形地質(zhì)條件、水文特性和建筑物的規(guī)模不盡相同，因而采用的處理措施會(huì)有一定的區(qū)別，但確定處理方案的思路和方法基本相同。

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