電排站改造擴建提升及施工防滲技術應用實踐

張 威

(四會市建筑安裝工程有限公司,廣東 四會 526200)

0 引 言

近年來, 由于我國局部地區降水量較多,致使一些城市經常受到洪災影響,嚴重影響城市居民的生命財產安全[1]。水利電排站可以解決由自然災害引起的水利工程建設問題,因此其建設質量和運行管理對于城市居民而言是非常重要的[2]。電排站是目前水利工程較為重要的建筑,對電排站的工程質量和防滲性能已經受到越來越多的重視[3]。水利工程較好的防滲和排水能力是確保可以正常運行和延長使用壽命的重要指標。隨著大量的工程經驗的積累和建設技術的改進,電排站的建設質量也不斷提升[4]。文章以某電排站建設工程為例,結合工程概況對該電排站工程進行了現狀分析,對其改造擴建和施工防滲技術進行深入探析,其中包括施工方案、水力計算、結構穩定性分析與施工導流圍堰等關鍵工序技術的應用。確保城鎮安全,保證受益區工業、農業生產的正常運作,使人民群眾增產受益。期望為相關類似工程提供了一定的參考意義,為我國電排站的施工質量提升做出一定貢獻。

1 工程概況

1.1 工程背景

電排站位于綏江右岸西沙圍姚沙段,西沙圍內由排澇片區和獨崗排澇片區組成,其中排澇片區控制集雨面積7.83km2,電排站總設計排水流量15.45m3/s,總裝機容量1570kW。電排站舊廠房排水流量8.1m3/s,裝機容量850KW。電排站新建廠房設計排水流量為7.35m3/s,工程裝機容量720kW。是姚沙澇區內3個重要防洪排澇泵站之一。但電排站現狀排澇標準偏低,排澇能力嚴重不足,汛期經常發生澇災,嚴重影響當地工農業生產和社會經濟發展。本次工程主要對姚沙電排站進行擴建,通過擴建進一步提高澇區的排澇能力,保障人民生命財產安全。

1.2 現狀分析

姚沙澇片位于綏江河的右岸,其范圍以姚沙攔洪溝往北至獨崗電排站中心排渠。澇區內通過多個排渠匯總至姚沙電排站排入綏江,該站重建于2001年,按為10a一遇24h暴雨3d排干排澇標準設計,裝機容量850kW,抽排流量8.1m3/s,設計標準偏低。

1.2.1 工程存在問題

排澇標準偏低:按廣東省水利廳規定的治澇標準,城鎮按10a一遇24h暴雨1d排干設計,但現有姚沙電排站是按農村排澇標準的設計,即10a一遇2h時暴雨3d排干,不滿足排澇標準。

排澇流量偏小:根據姚沙排澇片區設計排澇流量計算成果可知,姚沙排澇片區按10a一遇24h暴雨1d排干標準計算出來的排澇流量為13.45m3/s,獨崗排澇片區分流量為2.0 m3/s。而現有姚沙電排站的總排澇能力只有8.10 m3/s,因此不能滿足排澇要求,需對其進行擴建,由此可得本工程需擴建流量為:

Q擴建=Q設計+Q獨崗-Q現有=13.45+2.0-8.1=7.35m3/s

(1)

1.2.2 擴建的必要性

洪澇災害:姚沙澇區曾多次出現農田受淹,水利、供電、通訊和公路交通等設施出現不同程度損壞,交通、供水、供電中斷等情況。

姚沙電排站是姚沙澇區內3個重點防洪排澇泵站之一,肩負著西沙圍內姚沙排澇片區7.83km2土地的排水任務,關系著貞山街道區域是否受淹,占有極重要的地位。對姚沙電排站進行擴建能消除隱患澇區內洪澇災害的危險,確保城鎮安全,保證受益區工業、農業生產的正常運作,使人民群眾增產受益。所以本次擴建工程的實施是十分必要的。

2 方案設計分析

2.1 改造擴建方案

新建廠房為3級建筑物,本工程采用濕室型-墩墻式廠房,除進水池側,廠房其他三面均是擋土墻,并設置隔墩,形成單獨進水室。優點是進水條件較好;進水口方便設置檢修閘,方便電排站日常運行及管理。廠房為三層框架結構,基礎采用D=800鋼筋混凝土鉆孔樁處理,電機層下部為進水池,進水池底板和側墻采用鋼筋混凝土結構,底板頂高程為3.20m,厚為0.8m,側墻厚1.0m,進水池層高5.1m;進水前池為3級建筑物,敞口式,總寬18.50m,進水斜坡段順水流方向長13.20m,水平段長5.80m,進水前池為矩形斷面,進水池兩岸邊坡設鋼筋混凝土擋土墻,進水前池翼墻高度4.00～4.30m,頂高程為8.3m。

廠房基礎坐落在粉質黏土上,地基土允許承載力為160kPa,[R]= 160kPa>93.29kPa,滿足要求,但由于地基開挖,建后粉質黏土層厚約2.5～3.2m,故需對廠房地基進行加固處理。參考類似工程經驗,擬考慮鋼筋混凝土鉆孔樁復合地基處理方案。

2.2 水力計算

2.2.1 容積計算

2.2.1.1 總容積計算:

根據《泵站設計規范》進水池的水下容積可按公用該進水池的水泵30倍～50倍設計流量確定。

總進水池的水下容積=設計水位時進水池斷面面積×池總凈寬=27×15.5=418.50m3;

40倍設計流量=40×7.35=294.0 m3;

由于進水池的水下容積418.50 m3>40倍設計流量294.0 m3,滿足進水池容積設計要求。

2.2.1.2 單孔單泵容積計算

單孔進水池的水下容積=設計水位時進水池斷面面積×池單孔凈寬=27×3.5=94.50m3;

單泵40倍設計流量=40×1.98=79.20m3;

由于進水池的水下容積94.50 m3>40倍設計流量79.20 m3,滿足進水池容積設計要求。

2.2.2 流速計算

1)進水流道計算:根據《泵站設計規范》進口流道進口流速宜為0.8～1.0m/s。進水流道流速計算見表1。

表1 進水流道流速計算表

新建電排站進水流道尺寸為15.5×4.0m,設計排泄流量為7.35m3/s,改造后安裝4臺水泵總排水流量為7.92m3/s。由表1可知流量為7.35 m3/s或7.92m3/s時,出水涵管流速均<0.8 m/s,不滿足進水流道設計流速要求,但為符合流道型線平順,各斷面面積沿程變化均勻合理,出口斷面處的流速和壓力分布比較平均,不縮小進水流道斷面,保持與原有河道寬度一致。

2)出水流道計算:根據《泵站設計規范》出水流道出口流速≤1.5m/s。出水涵管流速計算見表2。

表2 出水涵管流速計算表

已知新建電排站出水涵管尺寸為3.5×3.0m,設計排泄流量為7.35m3/s,改造后安裝4臺水泵總排水流量為7.92m3/s。由表2可知流量為7.35 m3/s或7.92m3/s時,出水涵管流速均<1.5 m/s,滿足出水流道設計流速要求。

2.3 結構穩定性分析

2.3.1 廠房穩定性分析

廠房基礎坐落在粉質黏土上,地基土允許承載力為160kPa,地基與基礎摩擦系數為0.21,其穩定分析成果如表3所示。

表3 廠房穩定分析成果表

根據計算結果可知,廠房坐落于粉質黏土的穩定分析結果滿足要求,采用鉆孔灌注樁復合地基處理。

2.3.2 出水管滲流穩定性分析

為了保護出水管的安全,對出水管滲流穩定進行計算分析。根據《水工建筑學》,所需的防滲長度L應滿足:

L≥CH

(2)

式中:L為防滲長度,根據圖紙實測L=40m;H為上、下游水位差,H=11.90-6.1=5.80m;C為滲徑系數,依地基土的性質而定,按照地質勘察可知其土的屬于黏土,其值可按《水工建筑學》的允許滲徑系數值表選取C=4。

根據上式計算防滲長度L=40m≥CH=4×5.8=23.20m,因此防滲長度滿足防滲要求。

3 電排站防滲處理關鍵技術

3.1 施工導流圍堰

由于地下水和河水之間有較強的水力聯系,且大氣降水可以給地下水進行補給,必須采用適用于工程現場的措施進行防滲處理,否則將嚴重影響電排站的正常運行。

基坑較深受到的滲透壓力較大,為了防止河水滲入,進行了內外圍堰修防滲措施。在大堤以外的灘地上修建外圍堰擋水,使用河床圍堰,并作為河岸的臨時交通道路。設計圍堰采用土石圍堰,它能充分利用當地材料,對基礎適應性強,施工工藝簡單,可利用堤防開挖土及邊坡整治土余方填筑圍堰。在進水控制段前做內圍堰,并作為河道兩岸的臨時交通道路,圍堰安全加高取0.50m。

采用截水+排水方式提高防滲效果。利用人工進行裝填黏性土,袋口綁扎。防水土工布置于土袋下平整疊實,袋裝土均勻緊密分層錯位平鋪,通過人工將最頂層用素土填實袋裝土之間的空隙踩實。同時,施工期基坑內積水可通過小型潛水泵抽排至外河及內河排渠。施工時在基坑周邊設置集水井,集水井之間通過排水溝連接,在基坑中形成閉合環形排水系統,并通過潛水泵抽排集水井中的匯水。

3.2 基坑開挖

水是影響邊坡穩定性的重要因素,因此開挖前和開挖過程中必須做好截排水措施。具體措施有:防止降水對邊坡沖刷,在邊坡周邊設置地表排水溝,同時將邊坡的土進行薄膜覆蓋;對已經出現坡面滲水的部位,必須在采取相應的保持穩定措施之后才能繼續施工;為避免基坑積水,設置集水溝,將水抽至地面排水溝;圍堰填筑前清除淤泥等含水量較大的土并清理至河岸3m,以保證圍堰嵌入河岸,保證連接段的防滲效果。

邊坡開挖采用放坡開挖,坡度值滿足邊坡穩定要求。基坑外邊坡頂地面荷載必須距離邊坡頂邊線3m以外。土方挖運,采取分層剝離的方式,先清理表層土,由上至下逐層開挖,適當對新的施工面加寬,降低后續開挖難度,增強施工工效。

3.3 鉆孔灌注樁施工

電排站基礎采用鉆孔灌注樁復合地基的處理方法,提高地基土的抗滲性能。主要施工步驟為:定位對中、鉆進、清孔、鋼筋籠制造及安裝、按規定速度邊提升澆筑混凝土、樁基檢測。

施工前做好施工條件調查和準備工作,確保現場環境滿足機械設備正常運轉的要求。如應確保地面凈空和操作空間能滿足鉆機的正常施工,為保持鉆機的平穩性,必須做好清表工作,對淤泥等土層進行及時清理換填[5]。當鉆進至設計深度時進行清孔作業,將按設計要求綁扎好的鋼筋籠吊放至鉆孔,不斷將提升注漿管直至達到設計標高可停止施工。

3.4 鋼筋混凝土施工

鋼筋混凝土施工是電排站防滲排水施工的關鍵內容之一,電排站結構自防水性能是防滲漏的最重要處理措施。主要分為混凝土、模板和鋼筋施工三個內容:

1)混凝土施工:電排站主體工程混凝土澆筑量較大,為保證混凝土施工的質量和進度,必要時可考慮采用商品混凝土。利用混凝土攪拌車運輸,通過混凝土泵直接入倉,進行機械振搗,澆筑時應控制施工縫設置位置,并安排人工養護。為了做好土壤環境保護,嚴禁將施工剩余的砂漿混凝土隨意丟棄到周邊的農田耕地,應統一運至棄渣場填埋處理[6]。

2)模板施工:為保證工程質量,提高重復利用次數,除異型模板采用木模鑲寶麗板外,其余全部采用組合鋼模板為主。所有連接件與設計須使模板能整裝,并使其拆模時不致損壞混凝土。鋼板連接縫盡可能光滑緊密,不允許帶凹坑、皺折或其它表面缺陷。組合鋼模板施工時,嚴格按照施工設計和技術措施的規定及有關的規程、規范施工[7]。同時還應考慮模板拼縫的嚴密性,確保無漏漿問題。施工人員進行完混凝土澆筑作業前必須做好驗收工作,模板及其支架必須具有足夠的強度、剛度和穩定性,其支承部分應有足夠的支承面積。

3)鋼筋施工:在進行鋼筋施工的過程中,鋼筋的安裝位置、間距、保護層及各部分鋼筋大小的尺寸均應符合施工詳圖的規定[8]。同時應按照設計圖紙中規定的鋼筋等級、規格、型式、長度放樣,做好防水工作,鋼筋底部放置墊層,實行上蓋下墊措施,防止在運輸和儲存時,鋼筋發生銹蝕問題。

最后,在對鋼筋進行安裝的過程中,需要工作人員能夠嚴格按照圖紙進行安裝,鋼筋的規格、數量、間距符合要求且綁扎牢固。

4 結 論

水利電排站可以解決由自然災害引起的水利工程建設問題,因此其建設質量和運行管理對于城市居民而言是非常重要的。隨著大量的工程經驗的積累和建設技術的改進,電排站的建設質量也不斷提升。文章以某電排站建設工程為例,結合工程概況對該電排站工程進行了現狀分析,對其改造擴建和施工防滲技術進行深入探析,其中包括施工方案、水力計算、結構穩定性分析與施工導流圍堰、鉆孔灌注樁等關鍵工序技術的應用。通過控制出水管防滲長度、提高導流圍堰的防滲效果、增強地基土的抗滲性能和電排站結構自防水等一系列防滲處理措施,保證受益區工業、農業生產的正常運作,使人民群眾增產受益,為相關類似工程提供了一定的參考意義。