南縣育新泵站泵房加固處理和實施效果

鐘小利 肖立輝

（1.南縣育新電排站 益陽市 413200；2.湖南金地標工程項目管理有限公司 益陽市 413000）

1 基本情況

育新泵站位于洞庭湖區11個重點垸的益陽市南縣育樂垸內,建成于1978年，臨藕池河中支，安裝64ZLB-50型立式半調節軸流泵配套TDL215/31-24立式同步電動機4臺套，裝機容量3 200 kW,設計流量32 m3/s，為育樂垸裝機容量最大的泵站。泵站主要由引水渠道、進水前池、廠房、出水流道、防洪閘和消力池等建筑物組成。主廠房平面尺寸為 24.9 m×9.4 m(長×寬)，由 4個機組段及安裝場段組成，機組間距4.8 m，水泵層高程24.8 m，電機層高程31.8 m，與地面齊平，安裝場位于右端，長3.9 m。

育新泵站所在地地形平坦開闊，地面高程（27.8～28.4）m。 地基（Q4al+l）自上至下地層分布為：①灰、黃色粉質粘土，厚（2.0～2.5）m，可塑狀；② 粉細砂（4.0～5.0）m；③灰黑色淤泥質粉質粘土厚8.0 m，軟塑～流塑狀，高壓縮性；④砂卵礫石厚度大于8.0 m。勘測期地下潛水位埋深1.2 m。存在的主要工程地質問題包括：地基不均勻沉陷破壞、閘基滲漏與滲透、砂基液化。

育新泵站建于流砂基礎上，泵站建成后不久出現不均勻沉降，尤其是靠出水側沉降較多，導致機組水平傾斜，同心度偏位。經測試機組偏差值：定子同心度偏差1.98 mm，上導偏差1.2 mm，水平偏差2.65 mm。運行中轉子擺動幅度大，產生劇烈振動，機組運行極不穩定，泵軸套單邊磨損嚴重。

2 泵房穩定和抗滲復核

2.1 泵房穩定分析復核

（1）計算工況。

①設計運用工況（基本組合）：前池為設計內水位、外河為設計外水位，荷載有自重、設備重、水重、水壓力、揚壓力、土壓力等；②檢修運用工況（特殊組合）：前池地下水和底板齊平，外河為枯水期水位，荷載有自重、設備重、水重、水壓力、揚壓力、土壓力等；③核算運用工況（特殊組合）：前池為最低運行水位，外河為防洪水位，荷載有自重、設備重、水重、水壓力、揚壓力、土壓力等。

（2）廠房的抗滑穩定。

式中Kc——抗滑穩定安全系數；

F——基礎底面和地基之間的摩擦系數，根據地質資料，泵房基礎為粉細砂層，取F=0.3；

ΣG——作用于泵房底面以上的全部豎向荷載（kN）；

ΣH——作用于泵房底面以上的全部水平荷載（kN）。

（3）泵房基底應力。

根據 《泵站設計規范》（GB/T 50265-2010），應用以下公式：

式中Pminmax——泵房基礎底面應力的最大值和最小值（kN）；

ΣG——作用于泵房底面以上的全部豎向荷載（kN）；

A——泵房基礎底面面積（m2）；

ΣM——作用于泵房基礎底面以上的全部豎向和水平荷載對于基礎底面垂直水流向的形心軸力矩（kN·m）；

W——泵房基礎底面對于該底面垂直與水流向的形心軸的截面矩（m3）。

泵站抗滑穩定及基底應力等計算結果詳見表1。

從計算成果來看，泵房抗滑穩定安全系數及基底應力均滿足規范要求。

表1 育新泵房穩定及基底應力計算成果表

2.2 泵房抗滲復核

為了保證地基土壤的滲透穩定性，泵站站身應有足夠的地下輪廓線長度。地下輪廓線從水流的入滲點開始，沿建筑物的地下輪廓，到水流逸出點為止。泵站的抗滲計算，主要是校核滲徑長度，以控制地基滲流平均坡降是否在容許范圍之內。采用直線法核算，則滲徑長度必須滿足下式要求：

式中L1——需要的滲徑長度（m），L1=C1H；

C1——滲徑系數；

H——泵房承受的水頭差（m），計算時通常選擇最大校核水位計算；

L滲——地下輪廓線防滲部分水平段和垂直段長度總和。

按外河為防洪水位，內河為最低運行水位校核計算，通過計算得知實際泵房的防滲長度小于所需最小滲徑長度，防滲不滿足要求。

3 除險加固工程措施

針對育新泵站的地形地質條件和存在的問題，據現場調查和理論分析計算，主要原因是因為泵房基礎防滲不滿足要求而引起滲透變形，滲透帶走泵房底板下的細顆粒土引起泵房沉降。經技術經濟比較，確定采用的除險加固工程措施為對泵房基礎進行充填灌漿處理滲流淘空的粉細沙基礎并固結流砂。

按有關設計規范的要求，為保證工程效果，充填灌漿孔的平面布置一般需按梅花狀分布，間距1.5 m。考慮到本項目為已建工程的除險加固，受施工條件的限制，從工程實際出發，對充填灌漿孔的平面布置進行適當調整。

為增加育新泵站基礎的承載力，充填灌漿鉆孔穿過粉質粘土和粉細砂層至淤泥質粉質粘土層以下1.0 m的范圍內，平均深9.0 m。垂直超薄防滲墻的主要施工設備為造墻機，采用液壓振動方式沉模，達到設計深度后拔起成槽、灌漿成墻，墻體材料采用水泥、石粉、膨潤土和水，其滲透系數、彈性模量及滲透破壞比降能夠滿足防滲要求。

按照前述平面布置和設計技術參數要求，育新泵站泵房充填灌漿共需布置鉆孔40個，總占孔深度121.8 m，總灌漿深度87.40 m。充填灌漿平面布置和典型剖面詳見附圖。

附圖 育新泵站泵房泵房充填灌漿布置圖

4 工程實施效果和推廣建議

針對育新泵站存在的主要問題，根據現場查勘、安全鑒定結論、初步設計報告和國家發展改革委員會的批復意見，在育新泵站更新改造工程中進行了主泵房基礎除險和加固改造，同時新建了副廠房、出水流道加固改造、新建管理用房、新建35 kV開關站和水力機械及電氣設備的更新改造。泵站更新改造工程實施后，經過近幾年的運行實踐可以看出，育新泵站的更新改造取得了良好的效果，工程效益明顯，主要包括：

（1）主廠房沉陷處于較穩定狀態，經觀測無明顯沉陷；

（2）自動化程度提高后，設備運行性能穩定，至今未發生異常情況；

（3）泵站安全性提高，未出現故障，狀態良好；

（4）運行揚程提高，由原6.3 m提高到 7.3 m，保證了在高水位的情況下的正常運行；

（5）值守便利，隨時能掌握運行動態，且環境優良。

從近年泵站運行情況來看，對育新泵站泵房基礎進行充填灌漿處理較好地解決了育新泵站的不均勻沉降問題。由于洞庭湖區地質條件的限制，泵站站房不均勻沉降為普遍性的問題，育新泵站泵房基礎處理的經驗值得洞庭湖區其他類似泵站借鑒和推廣。

[1]GB 50265-2010.泵站設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[2]湖南省水利水電勘測設計研究總院.湖南省益陽市育新泵站更新改造初步設計報告[R].2006.

[3]湖南省水利水電勘測設計研究總院.湖南省益陽市育新泵站更新改造工程技施設計工作報告[R].2011.