某泵站進出水建筑結構與基礎問題優化

董永江

（紹興市水利水電勘測設計院有限公司，浙江 紹興 312099）

1 工程概況

越城區古城內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。通過勘探，按照土層成因不同及物理力學性質差異，對該地區進行工程地質分析，發現該地區地基巖土層自上而下由為10 個工程地質層構成，其中8、9 層缺失，工程巖性特征為：雜填土層（mlQ4）、淤泥層（l-）、粉質黏土層（l-）、淤泥質黏土層（）、粉質黏土層（al-）、淤泥質粉質黏土層（）、粉質黏土層（al-、al-）、塊石層、中等風化砂巖層（K）等。圖1 所示為水利工程泵站總體結構。

圖1 工程泵站總體結構圖

2 泵站進出水結構組成

2.1 進、出水建筑

進水建筑連接水源與泵房，改進泵站進水流道流態，降低管道內水耗，創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，消耗水流勢能，穩定水流流速，匯集水流、排除多余水流。該水利工程泵站進、出水建筑包攔引渠、前池和進水池、出水池、進、出水流道及底板、翼墻等，進水池由下部結構、移動式發電機組、管理房組成，包含攔污柵、鋼筋混凝土框架柱、鋼筋混凝土構造柱、進水前池和出水池邊墻等建筑設計，出水池為鋼筋混凝土結構，鋼筋混凝土底板。

2.2 泵房

該水利工程螺絲畈閘站泵站機組型式為2臺700QZB-125D潛水軸流泵，設計流量為1.50 m3/s 進水池寬度為2.30 m，底高程為2 m，主泵房垂直水流方向寬度為6.25 m，順水流方向長度為8 m?；介l站機組型式為4臺800QGWZ-135J全貫流潛水電泵，設計流量為2 m3/s，進水池寬度為2.70 m，底高程為0.70 m，主泵房垂直水流方向寬度為7.30 m，順水流方向長度為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，水閘順水流方向長度為18 m，垂直水流方向長度為7.20 m，單孔6 m，故閘室總寬度為7.20 m，水閘上部不設置啟閉機房。該工程對活水泵站西側1孔泵室實施改造，泵墩拆除，改進為平面鋼閘門水閘，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行，對現有泵閘進行維修加固。

3 泵站進出水結構布置

3.1 泵閘特征高程設計

3.1.1 波浪高度

水域平均水深確定計算公式為：

水域平均水深=設計水位-河底高程

平均波高與波長的確定需要采用莆田實驗方法進行計算，公式為：

式中：平均波高（m）為hm，重力加速度為g，計算風速取18 m/s，風區內平均水深取2.50 m，風區長度為30 m，平均波周期為Tm，平均波長為Lm。

3.1.2 水閘波浪高度

式中：波浪中心超出計算水位的高度為hz，通過下述公式求出防洪高程，可以結合相關計算數據考慮為建筑物預留沉降確定墩頂高程。

3.2 泵閘穩定性分析

3.2.1 抗滑穩定系數

式中：Kc為抗滑穩定安全系數，構筑物基礎底面上的全部豎向荷載為∑G，于構筑物基礎底面以上的全部水平荷載為∑H，構筑物基礎底面與地基之間的摩擦系數為f。

3.2.2 抗浮穩定系數

式中：抗浮穩定安全系數為Kf，水閘基礎面以上的全部重力為∑V，水閘基礎面以上的全部揚壓力為∑V。

3.2.3 基地應力

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于基礎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，閘室基底面對于該底面垂直水流方向的形心軸截面矩W。

3.3 泵閘基礎施工方案

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粉質黏土層，地基承載力僅為60 kPa，閘站地基底應力不滿足地基承載力的要求，需進行建筑物地基處理，擬采用樁基礎作為閘站的地基處理方式，通過鉆孔灌注樁及預應力管樁提升泵房基礎強度。羅門閘位于軟土地基上，結合此工程實際情況，為進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，擬采用松木樁基礎進行水閘基礎處理，松木樁樁長6 m，梢徑16 cm松木樁，梅花形布置，基礎底采用50 cm厚拋石擠淤。

4 泵站進出水建筑結構與基礎問題優化

4.1 進出水建筑結構與基礎問題分析

4.1.1 定向鉆輸水管所引起的地表變形問題

在施工過程中，擬建環山河泵站至解放路之間有一定向鉆輸水管，其管底標高為2.20～-0.20 m，根據勘探孔揭示，其位于3 層淤泥質黏土中，由于場地原因，勘探孔孔距始終未能滿足規范要求，實際地層可能會有所差異，施工過程中若碰到疑義建議通過布孔的方式。擬建輸水管穿越土層為軟弱土層，容易造成偏位、掉鉆頭，根據中國住建部第37 號文，定向鉆為超過一定規模且危險性較為巨大的分部分項工程，在實施定向穿越的過程中可能會引起劇烈的地表變形，對周邊環境能夠產生一定程度的影響，在水利工程泵站主要建筑物進行施工前，應做好充分的施工分析與預測工作。

4.1.2 結構特點所引發的水利工程安全風險

泵站水閘建在平原或丘陵地區的軟土地基上，土質岸與兩側岸邊相連，因此由閘室段直接負責阻擋水流。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，出水口由于地理條件復雜，會直接造成下游出現波狀水躍、折沖水流的現象發生，河床受到進一步沖刷，在泵站水閘結構荷載作用下，容易產生基礎過大沉降。因而水閘的繞閘滲流、基礎沉降、揚壓力及翼墻變形、下游沖刷等是該水利工程建筑物施工過程中的安全監測重點。按工程具體施工部位考慮，閘室段結構復雜，是整個泵站水閘工程主體，閘室段是水閘工程的監測重點和關鍵部位。

4.1.3 地質條件所引起的水利工程基坑風險

該工程主要的工程建筑物結構與基礎風險為樁基工程及基坑工程。當采用鉆孔灌注樁時，2-1層、3層及5層軟土層容易產生明顯的縮徑情況，因此，在成孔過程中，必須采用優質泥漿，并根據不同的地層巖性特征，控制相應的泥漿稠度，并進行二次清孔作業，嚴格控制孔底沉碴厚度，保證足夠的初灌量，以此確保成樁的質量。擬建基坑位于鬧市區，距離周邊道路及建筑的實際距離均較近，因此，該水利工程在主要建筑物結構與基礎施工前，需要采取有效的降水措施及支護措施，并且開挖過程中，應加強對基坑及周邊環境的變形情況動態監測，以避免基坑失穩所引起的水利工程施工風險。

4.2 進出水建筑結構與基礎問題優化措施

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構與基礎在施工過程中面臨的若干問題，對工程泵站正式開展施工作業前，為了從根本上確保施工作業的安全性，需要對施工作業人員進行必要的施工安全教育培訓，在此基礎上對施工作業現場管理體系進一步優化，對泵站主要建筑物結構與基礎施工情況產生科學認知，為制定有效、合理的施工管理制度夯實基礎，便于在施工過程中深入貫徹施工管理要求，確保泵站主要建筑物施工質量。

4.2.2 優化泵站建筑物施工技術建設

現階段，為確保水利工程泵站在測量、導流、基坑排水與支護、圍堰填筑、拉森鋼板樁施工、混凝土工程施工、底板施工、土方施工及電氣設備安裝調試過程中的施工質量，施工單位需要針對性做好工程運行管理，在工程管理范圍和保護范圍內，組織施工條件，布置施工總進度。

在該水利工程中，因地基巖土層的地質結構較為復雜，故泵房應當在施工中，依托地基結構和地基材質，按照拉森鋼板樁（或混凝土灌注樁）基坑支護→地基處理→土方開挖→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、閘門及電氣設備安裝→設備調試→青石欄桿的施工順序進行施工，促使泵房具備超高強度與載荷承受能力，防止泵站主要建筑物產生裂縫、傾斜，影響整個水利工程的正常運行。與此同時，為確保施工技術順利實施，要協調好國土、規劃和電力等部門，在主要建筑物施工前期的技術論證階段給予充分支撐，保證工程經濟效益。

5 結語

綜上所述，水利工程泵站建筑物的結構與基礎問題長期以來受社會各界關注，作為水利工程的關鍵組成部分，泵站的主要建筑物假如因定向鉆輸水管引起地表變形問題、因結構特點引發水利工程安全風險、因地質條件引起水利工程基坑風險，將會影響整個水利工程的高質量運行。以一貫之，施工單位應在詳細了解泵站具體施工情況的基礎上，健全泵站主要建筑物施工管理體系、強化泵站主要建筑物施工技術建設，繼而保證水利工程的施工質量，泵站能夠正常運轉。