電廠循環水泵房結構設計方案探討

吳兆和

（中國能源建設集團江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102）

1 工程概述

某電廠本期建設2×600MW 超超臨界燃煤發電機組，采用擴大單元制直流供水系統，廠區布置1 座循環水泵站，安裝4 臺循環水泵，供2 臺2×660MW 機組循環冷卻用水。泵站平面尺寸為45m（進水向）×30m，共分4 個流道，每個凈寬6.0m，沿水流方向分別設有平板鋼閘門、攔污柵清污機、旋轉濾網、循環水泵，水泵出口閥門井內設有液控止回碟閥。由于廠區地坪設計標高為6.5m，長江1%設計高潮為9.76m，廠區地坪與長江高潮位相差較大，因此循泵間與進水間采用臺階式布置，進水間平臺面標高為10.60m，高差3.8m。在循泵間與進水間之間設置1 臺50t/12.5t 低腿門式起重機，軌距26m，起吊高度27m。進水間的平板鋼閘門和循泵出口液控止回碟閥，可分別利用門機的外伸吊臂起吊。循環水泵站的底板深度主要由旋轉濾網的過水深度決定，結合循環水引水管頂管施工需要的覆土深度和施工機械需要的作業空間，井綜合比較循環水泵站的底板高程為-6.60m，即進水間泵站深度為17.20m，水泵間深為13.40m。

2 工程地質條件

2.1 地層結構及特征

根據區域地質資料，廠址區內地基巖土層主要由上部第四系全新統沖、湖積層、上更新統沖積層和下部白堊系上白堊統沉積巖組成，局部地段分布有少量人工填土。地基巖土層主要由粉質黏土，淤泥質粉質黏土，粉土，粉砂，粉、細砂，中、粗砂，卵石和泥質粉砂巖等組成，如表1 所示。

2.2 地下水條件

廠區的地下水按其區域水文地質條件、含水層性質和埋藏條件可以劃分為兩種類型：上部含水層（層②和層③）中的地下水類型為孔隙潛水；下部含水層（層④以下）中的地下水類型為微承壓水。上部潛水水位主要受大氣降水和地表水體的影響，并與長江水形成一定的補排關系，呈季節性變化；下部的微承壓水主要補給來源為長江江水。

3 循環水泵房上部結構方案

在歐美等發達國家，電廠循環水泵房一般均采用露天布置、不設上部結構。國內發電廠循泵房通常設有上部結構，但隨著經濟的快速發展、技術的不斷進步和觀念的更新改變，尤其是從2000 年電力設計革命以來，越來越多的業主接受并采用了循泵房露天布置的方式。如廣東大唐潮州三百門電廠2×600MW 機組+2×1000MW 機組、廣東臺山電廠5×600MW 機組等，循泵房均采用露天布置。

表1 各地基土層埋藏條件一覽表 單位：m

露天布置較室內布置而言，不僅工程造價低，廠區占地較小，而且在國外非常普遍，國內也有不少工程應用實例。雖然露天布置較室內布置而言，循泵及電機的運行、維護條件相對較差，但不會影響電廠的安全、穩定運行。因此，循泵房露天布置和室內布置在技術上都是可行的。

3.1 方案分析

（1）室內布置、檢修場地位于端部。本方案（以下稱方案一）循泵房地上部分采用國內常規布置方式，即室內布置、檢修間位于循泵房的端部。方案一循泵房按起吊高度12m、跨度15m 設計，包括5.4m 開間6 檔、6m 開間1 檔。進水間按露天布置考慮，僅設置起重機及軌道梁、柱。方案一因檢修間位于獨立柱基上，與循泵房存在沉降差異，故檢修間需作為獨立結構段、與循泵間用變形縫隔開。

（2）室內布置、檢修場地位于側面。本方案（以下稱方案二）是循泵房地上部分室內布置的另一種表達形式，考慮到方案一檢修間布置在端部時，需作為獨立結構段單獨設置，且其地基處理、結構設計、施工工藝均較復雜，故本方案將檢修場地與起重機吊裝通道結合起來，一起布置在循泵房的側面。方案二循泵房按起吊高度12m、跨度18m 設計，包括5.4m 開間6 檔。進水間按露天布置考慮，僅設置起重機及軌道梁、柱。由于方案二不再設置獨立的結構段，且進水間平臺與設計地坪間存在4.1m 的高差，因此，進水間的起重機無法直接起吊地面上的設備、器材，即進水間平臺上設備、器材的進出需要汽車吊輔助作業。

（3）露天布置、設置起重設施。本方案（以下稱方案三）循泵房地上部分全部采用露天布置，循泵間和進水間共用一臺門式起重機，檢修場地和設備運輸通道與方案二相同，布置在循泵與旋轉濾網之間的零米平臺上，進水間的平板鋼閘門和循泵出口液控蝶閥，可分別利用門機的外伸吊臂起吊。

（4）露天布置、不設起重設施。本方案（以下稱方案四）與方案三布置相同，但不設起重設施。方案四的設備安裝及運行期間每年的大、小維修，均按外借汽車吊或履帶吊輔助作業。

3.2 技術經濟分析

循泵房地上部分各種布置方案，主要對比工程量及相應綜合造價統計如表2 所示，技術經濟分析如表3 所示。

表2 循泵房地上部分工程量及綜合造價統計表

上述循泵房地上部分的4 種布置方案，均有工程應用實績，技術上均是可行的。由表3 可知，循泵房采用露天布置，均可節省一定的工程造價，以方案三與方案二為例，至少可節省58 萬元。雖然方案四最為經濟，但因其維修較為不便，故本設計循泵房地上部分推薦采用方案三“露天布置、設置起重設施”方案。

4 循環水泵房下部結構方案

循泵房地下部分結構的確定，與其設置位置、地質狀況、施工工藝等密切相關，根據以往工程經驗，結合該工程場地條件、取排水構筑物特點及總平面布置需要，本文提出了兩種較為可行的設計方案：（1）沉井施工、水下封底；（2）排樁或地連墻支護、現澆施工。

4.1 沉井方案

本方案循泵房布置在長江防洪大堤以內5m，距堤腳距離約20m?？紤]到長江廠址河段97%設計低潮位1.38m、1%設計高潮位9.76m、0.1%設計高潮位10.55m、廠區地面設計標高6.50m 等具體條件，結合廠區總平面布置及供水系統工藝要求，循泵房平面外形尺寸為30m×45m、水泵間零米層設計標高為6.80m、底板頂標高為-6.60m。因此，循泵房的基坑總深度將在18m 左右（包括底板結構厚度）。按照以往工程經驗，這樣的基坑深度，采用沉井結構是較為適宜的。

根據廠址地質初勘報告，循泵房基底將坐落在層④粉砂夾粉質黏土上，而其下部主要為層⑤粉、細砂和層⑥粉、細砂，透水性均較大，故沉井下沉時，較難通過設置井點或深井的辦法有效降低地下水位。因此，沉井終沉階段必須考慮基坑滲水與流砂問題。對此，本方案擬在沉井下沉時，初期采用排水下沉、終沉前約8m 深度采用不排水下沉，并采用水下封底的辦法進行施工。本方案主要工程量及綜合造價如表4 所示。

4.2 地連墻方案

“地連墻”支護兼具灌注樁的強度、剛度和水泥攪拌樁的防滲特性，且其結構形式簡潔，尤其當其作為建筑結構的一部分時，更為經濟、合理?！暗剡B墻”的實施，需要專門的作業機具和施工工藝，因此，與“排樁＋止水”支護相比，應用與普及程度相對較低。考慮到該工程地基土絕大部分為粉土、粉砂，透水性較強，為便于基坑防滲、排水，本方案暫選擇“地連墻”作為基坑支護結構，并考慮與循泵房下部結構分開，凈間距為2m。

根據工程地形、地質條件、廠區總平面布置及供水系統工藝要求，經初步計算，“地連墻”支護墻厚為800mm，墻頂標高為4.00m，基坑底標高為-8.10m，墻底標高為-15.00m，總高約19m。基坑開挖時，支護墻需設置4 道水平支撐，各道支撐與墻頂、坑底及相互之間的間距，分別為1.0m、2.9m、2.9m、2.8m、2.5m。

本方案循泵房地下部分按現澆結構設計，外墻厚度為1.2m、內墻厚度為1.0m、底板厚度為1.2m，平面外形尺寸為44.4m×29.4m，循泵間平臺標高為6.80m、進水間平臺標高為10.60m、底板頂標高為-6.60m。為避免基坑開挖時的滲水與流沙問題，需在支護墻以內、循泵房底板設計標高以下6m 范圍內進行封閉灌漿。本方案主要工程量及綜合造價如表5 所示。

表3 循泵房地上部分技術經濟分析

表4 沉井方案主要工程量及綜合造價統計表

表5 地連墻方案主要工程量及綜合造價統計表

4.3 技術經濟分析

循泵房地下部分各設計方案，技術經濟分析如表6所示。

表6 循泵地下結構技術經濟比較

地連墻方案在工程投資上比沉井方案高約88 萬元。從分項費用看，由于地連墻方案采用了“地連墻”圍護結構，而地連墻分項概算造價達2280 元/m3（折算為1824 元/m2），約為同等條件下“排樁+止水”方案（分項概算造價約為1300 元/m2）的1.4 倍，這也是本方案相對沉井方案優勢不大的原因所在。地連墻方案圍護結構如改用“排樁+止水”，則工程總投資約為1825 萬元，比沉井方案約低75 萬元。

考慮到該工程主要土層為粉土、粉砂，地連墻和排樁在施工中均存在塌孔等問題，因此，本設計推薦采用“水下封底＋沉井施工”；實際施工時，應選擇在枯水期進行，采取必要的降水措施，盡量爭取干沉、干封底，以節約工程投資，提高工程質量。

5 結束語

綜上所述，循環水泵房上部采用露天布置，循泵間和進水間共用一臺門式起重機。循泵房下部采用沉井結構，結合該工程的實際情況，鋼板樁支護方案相對便宜些，但是施工風險高，而地連墻方案造價偏高，沉井方案整體性強、穩定性好，荷載能力較大，施工簡便，對鄰近建筑物影響小，可作為本期循環水泵房的設計方案。