天津市鄭莊子泵站改擴建工程設(shè)計研究

楊 楠 ，陳 兵 ，王任飛 ，張雪梅

（1.天津市市政工程設(shè)計研究院，天津市 300051；2.天津市基礎(chǔ)設(shè)施耐久性企業(yè)重點實驗室，天津市 300051）

0 前言

天津市地處海河流域最下游，是流域內(nèi)各大河流的入海尾閭，全年80%的降水量集中在6月至9月，近年來夏季海河流域及天津市大部分地區(qū)降水將較常年平均水平略偏多，常出現(xiàn)極端暴雨天氣。因此積水片改造計劃被列為天津市民心工程之一。鄭莊子泵站作為中心城區(qū)22個直接提升入海河的泵站之一，早已列入天津市排水規(guī)劃。

根據(jù)鄭莊子泵站所在的棉三地塊的保護與更新概念規(guī)劃，棉三地塊的開發(fā)將提升城市載體功能，充分挖掘工業(yè)遺產(chǎn)價值潛力，打造海河?xùn)|岸城市亮點，提高周邊地塊的商業(yè)價值。鄭莊子泵站的建設(shè)將填補棉三區(qū)域地塊排水設(shè)施的空白，對棉三地塊的開發(fā)起到積極的促進作用。

依據(jù)天津市排水規(guī)劃，鄭莊子泵站需具備三種功能：（1）收集地塊內(nèi)的雨水排入海河（服務(wù)面積 182.5 hm2，設(shè)計規(guī)模 8 m3/s）；（2）汛期強排護倉河河水入海河（規(guī)模 6.25 m3/s）；（3）非汛期能夠引用海河水補充給護倉河（設(shè)計規(guī)模3 m3/s）。現(xiàn)狀鄭莊子河道泵房為1988年建成，其作用為汛期將護倉河河水排入海河，泵站設(shè)計流量為6.25 m3/s。因此本工程設(shè)計需基于現(xiàn)狀鄭莊子泵站基礎(chǔ)上，通過改擴建工程實現(xiàn)規(guī)劃中的排放地塊雨水，河道排水、海河引水三種功能。

1 泵站設(shè)計難點及總體設(shè)計思路

鄭莊子泵站地處舊城改造區(qū)域，工程難點在于：

（1）泵站功能的多樣性：泵站需要實現(xiàn)排放地面雨水、排放河道河水、海河引水三種功能。

（2）泵站的新老結(jié)合：現(xiàn)狀泵站已有一座河道泵房，已實現(xiàn)排放護倉河河水的功能。需通過泵房的改擴建實現(xiàn)另外地面排放雨水及海河引水的功能。

（3）泵站可用地小：根據(jù)規(guī)劃用地，新建泵房可用地范圍只有老泵房以南22.5 m，新建泵房施工難度大。

（4）建筑風(fēng)格的一致性：泵站位于棉三地塊，棉三地塊作為河?xùn)|區(qū)重點工程，開發(fā)定位為高，因此鄭莊子泵站需與棉三地塊建筑風(fēng)格一致。

結(jié)合本工程的難點及現(xiàn)狀，考慮工程投資及原泵站運行情況，總體設(shè)計思路如下：

（1）保留原河道泵房，改造其進出水系統(tǒng)，通過進出水系統(tǒng)的控制實現(xiàn)河道排水和海河引水功能。

（2）新建雨水泵房一座（規(guī)模8 m3/s），用于排出地塊雨水。

（3）由于新建泵房可用地面較小且距離老泵站較近，因此采用沉井的施工模式。

（4）結(jié)合棉三地區(qū)建筑風(fēng)格、色調(diào)、以達到“融入”、“融合”的目的。

2 泵站設(shè)計

鄭莊子泵站位于海河?xùn)|路與國泰道交口，本工程包括新建一座8 m3/s雨水泵房、改造原河道泵房進出水系統(tǒng)及變配電系統(tǒng)。

2.1 泵站總體平面布置

鄭莊子泵站主要構(gòu)筑物為雨水泵房2座，進水交匯井3座，出水閘井2座。原泵房為河道泵房采用立式軸流泵，下部為進水前池，上部為水泵間。原泵房位于場地中部，北側(cè)的原變配電間和倉庫拆除，變配電間合并至新建管理用房中。新建泵房為地面雨水泵房采用全地下式泵房、潛水軸流泵。新建雨水泵房位于原泵房南側(cè)，兩者凈距5 m。新建管理用房位于場地東南角。新老建筑布局較舒展，與院內(nèi)景觀環(huán)境形成自然的“交錯”“穿插”；高低錯落有致。泵站總圖平面布置見圖1。

2.2 工藝流程

（1）新建雨水泵房工藝流程

上游來水（包括海河?xùn)|路北側(cè)、南側(cè)及六緯路來水）→進水交匯井1→2 xd2 000 mm鋼筋混凝土管→進水交匯井2→2 xd2 200 mm鋼筋混凝土管→新建雨水泵房→2 xd1 800鋼筋混凝土管→出水閥門井1→2 xd2 000 mm鋼筋混凝土管→現(xiàn)狀2 xd2 000出水管→海河。

（2）原鄭莊子泵房工藝流程

護倉河八字口（新建）→進水交匯井3（新建）→2 xd1 800 mm鋼筋混凝土管（新建）→原鄭莊子泵房（現(xiàn)狀）→2 xd1 500 mm鋼筋混凝土管（現(xiàn)狀）→原出水閥井（改造）→2 xd1 500 mm鋼筋混凝土管（現(xiàn)狀）→轉(zhuǎn)彎井（現(xiàn)狀）→海河。

（3）海河引水工藝流程

海河→現(xiàn)狀引水管→d1 800 mm鋼筋混凝土管（新建）→進水交匯井3（新建）→2-d1 800 mm鋼筋混凝土管（新建）→原鄭莊子泵房（現(xiàn)狀）→原出水閥井（改造）→d1 800鋼筋混凝土管（新建）→護倉河。

2.3 新建雨水泵房設(shè)計

（1）泵房設(shè)計

新建雨水泵房的核心設(shè)備為雨水泵，總排水量為8 m3/s。考慮到本工程中占地緊張，水泵流量較大，為了設(shè)備拆裝維護方便、水泵運行穩(wěn)定，雨水泵采用潛水軸流泵，共4臺，水泵參數(shù)為：Q=2 m3/s,H=8.2 m,N=220 kW。泵房前部為進水格柵井，中部為集水井，尾部為壓力出水井，壓力出水井與出水閘井采用管道連接。

本泵站位于現(xiàn)狀泵站庭院內(nèi)，與現(xiàn)狀泵站平行布置，平面最近距離5.0 m，新建泵房比現(xiàn)狀泵房深3.75 m，施工場地受現(xiàn)狀條件限制不能大面積開挖施工，為了減少施工過程中對現(xiàn)狀泵房的擾動破壞，故本泵站的施工方法采用沉井型式。泵站平面尺寸：長度：23.5 m，寬度：11.2～16.4 m，深度：12.35 m。池壁厚度0.6～1.1 m，刃腳長度：1.2 m，施工采用排水法。為避免沉井在下沉過程中對老泵房的安全和正常使用受到影響，在新建泵房外側(cè)設(shè)置止水帷幕，采用φ850 mm三軸水泥攪拌樁，相鄰樁體咬合250 mm，樁長18 m。為了防止施工降水造成老泵房的沉降及傾斜，在臨近泵房側(cè)的止水帷幕內(nèi)間隔布置型鋼，型鋼長度15 m。

（2）進出水管線設(shè)計

圖1 鄭莊子泵站總體平面布置圖

新建雨水泵房進水管道分別來自海河?xùn)|路北側(cè)、海河?xùn)|路南側(cè)及六緯路。海河?xùn)|路北側(cè)管道已敷設(shè)至國泰道與海河?xùn)|路交口，由于泵站西側(cè)海河?xùn)|路上預(yù)埋了5根泵站進出水管道，在高程上與海河?xùn)|路北側(cè)雨水管道沖突。因此海河?xùn)|路北側(cè)雨水管道繞行至國泰道輔道從泵站西北角進入泵站內(nèi)，利用新建雨水泵房比原泵房深的特點，管道從原泵房進水管道下穿越進入泵房前的進水交匯井2。海河?xùn)|路南側(cè)管道通過北柴場大街進水交匯井1進入泵站內(nèi)的，在進水交匯井2中與北側(cè)來水匯合進入泵房前池。六緯路來水延護倉河邊向西敷設(shè)，在北柴場大街南側(cè)的進水交匯井1與海東路南側(cè)來水混合后一同進入泵站。

出水管道穿越河道東路至海河邊，目前此段管道已預(yù)埋至地下，只需連接管道至新建出水閘井即可。

2.4 原河道泵房進出水系統(tǒng)改造

原河道泵房設(shè)計流量為6.25 m3/s，泵房內(nèi)設(shè)有2臺小流量立式軸流泵，Q=1.125 m3/s，H=5.17 m，2臺大流量立式軸流泵，Q=2.0 m3/s，H=4.17 m。水泵揚程及流量均已滿足河道排水和海河引水的要求，且目前泵站運行狀況良好，因此原河道泵房改造的重點在于進出水管線及閘門的改造。

（1）進出水閘井

原鄭莊子泵房的功能是提升護倉河河水強排至海河。為了實現(xiàn)海河引水至護倉河的功能，需新建進水閘井內(nèi)設(shè)3臺1.8 m×1.8 m的鑲銅鑄鐵方形閘門，通過閘門的開閉實現(xiàn)泵站功能的轉(zhuǎn)換。

同時，配合泵站功能的轉(zhuǎn)換，需對原泵房出水閘井進行改造。出水閘井內(nèi)設(shè)3臺1.8 m×1.8 m的鑲銅鑄鐵方形閘門，通過閘門的開閉實現(xiàn)泵站功能的轉(zhuǎn)換。

（2）進出水管線設(shè)計

原泵房進水管線需廢除，新建的進水管線同時滿足護倉河排水和海河引水的要求，泵房至海河的管線無需變動。

海河引水管引海河水自泵站南側(cè)，從北柴廠大街向東沿泵站東側(cè)北上后與原鄭莊子泵站進水管在進水交匯井3交匯后一同進入泵站，海河水進過泵站提升后通過出水閘門的控制，海河引水出水管延泵站內(nèi)環(huán)路向東排入護倉河，最終實現(xiàn)海河向護倉河的引水。

3 泵站運行

3.1 汛期運行

汛期時整個泵站的主體功能為防洪、排澇。原河道泵房起到將護倉河水強排入海河的功能。新建雨水泵房收集周圍地區(qū)的地面雨水強排入海河。兩套排水系統(tǒng)獨立運行。汛期時海河引水系統(tǒng)處于封閉狀態(tài)，需關(guān)閉取水口、進水交匯井3及原出水閘井中的相應(yīng)閘門。

3.2 旱季運行

旱季時泵站的主體功能轉(zhuǎn)化為海河向護倉河引水，改善護倉河河水水質(zhì)。主要通過進水交匯井3和原出水閘井中閘門的變化實現(xiàn)此功能。引水工程規(guī)劃設(shè)計水量為3 m3/s，達到設(shè)計引水能力時僅需開啟原泵房內(nèi)一臺大泵（Q=2.0 m3/s）和一臺小泵（Q=1.125 m3/s）即可滿足。

4 老泵站改造中的注意事項

（1）鄭莊子泵站工程屬于典型的老城區(qū)泵站改擴建工程，工程中的需注意新老泵房的結(jié)合。在最初的方案設(shè)計中采用的是拆除原泵房，原址新建一座新的多功能泵房。但是此種方案投資較高，且由于原泵房是護倉河的終點泵房，其汛期承擔(dān)著重要的排水任務(wù)。因此，施工周期只有一年中的非汛期的短短幾個月。對于一個老城區(qū)中的工程，涉及拆遷、征地、交通導(dǎo)行等許多方面，因此建設(shè)周期很難滿足。本工程最終選定的方案充分考慮新老泵房的結(jié)合，大大的減少了泵站的拆遷量，通過進出水管線的改造實現(xiàn)了泵站的多種功能。

（2）在老城區(qū)中修建泵站不可避免的就是占地緊張，如何解決占地的影響直接關(guān)系到工程的可行性。本工程中由于保留原泵房，因此可用地僅有原泵房以南至規(guī)劃北柴廠大街之間約22.5 m的范圍。考慮到明開施工占地大，同時基坑支護會對老泵房基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，本工程采用沉井法施工，止水帷幕采用三軸水泥攪拌樁。即便使用了此種方法，還是存在了部分區(qū)域止水帷幕超紅線的情況。根據(jù)天津市規(guī)劃部門的規(guī)定，永久性施工措施不允許超越紅線。據(jù)此，在超越紅線部分采用拉森樁，拉森樁在主體泵站施工完畢后拔除，并在樁孔位置進行注漿填實恢復(fù)現(xiàn)狀路面。

（3）隨著城市的快速發(fā)展，老泵站周邊的環(huán)境已發(fā)生了翻天覆地的變化，老泵站的改造不能僅僅關(guān)注工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計，建筑及總平面設(shè)計直接關(guān)系到地塊的整體風(fēng)格。本工程中鄭莊子泵站緊挨棉三地塊，棉三地塊將整理開發(fā)成為集創(chuàng)意園區(qū)、綜合社區(qū)、海河景區(qū)為一體的綜合新區(qū)，且緊臨海河邊，未來必將成為海河邊的一處亮點。

本工程中兩棟建筑東西錯落而至，層高較低，建筑立面以紅色面磚為主，加以深灰色線條及灰色瓦屋頂，莊重、純凈、素雅，加以景觀修飾，藏匿于環(huán)境之中，見圖2。

圖2 鄭莊子泵站鳥瞰圖

5 結(jié)語

鄭莊子泵站的建設(shè)，填補了區(qū)域排水空白，保證了棉三地塊的排水安全。同時將海河引水工程一并建設(shè)，解決了旱季護倉河河水黑臭的問題。鄭莊子泵站改擴建工程屬于典型的老城區(qū)泵站工程，本工程的順利實施對于老城區(qū)中泵站建設(shè)提供了一定的借鑒意義。