江蘇省界牌泵站工程現場檢測及分析

蔡一平，孫圣杰，許旭東，李進東，楊 帆

（1.江蘇省水利科學研究院，南京 210017；2.揚州大學水利科學與工程學院，江蘇 揚州 225009）

隨著中國泵站工程建設的快速發展，泵站工程的質量管理得到了管理單位的越發重視。保證泵站工程質量，推動泵站工程建設的高質量發展，泵站工程的現場安全檢測顯得尤為重要。水利部于2023 年1 月發布了《水利工程質量管理規定》對質量檢測單位的檢測規范提出了明確的要求，當前泵站現場檢測質量的影響因素有很多，包括儀器設備、環境條件、人員素質和檢測單位的管理制度等[1]，高質量地開展泵站工程現場檢測及檢測內容也是值得深入研究的課題。

針對泵站工程現場檢測的內容及技術方法的研究，工程技術人員和學者均已開展了相關的研究工作并取得了一些研究成果。李進東[2]等對瓜洲泵站的基礎及防滲工程、機電設備進行了隨機采樣檢測并定量分析了檢測數據，確保了瓜洲泵站的建設質量。王強[3]等從混凝土的強度、碳化深度和保護層厚度等方面對常州市西河泵站工程建筑物進行了現場檢測，確定了該泵站安全等級為B 級。王京剛[4]等圍繞泵站現場安全檢測的重要性從人員培訓、儀器設備、檢測誤差分析等方面提出了加強泵站現場檢測質量控制的具體措施。劉洪[5]等依據《泵站安全鑒定規程（SL316）》對東莞市蘆村舊排站的主要電氣設備進行了現場檢測，明確了該泵站電氣設備需更新改造。鄭會耀[6]等為檢查東江一期泵站建筑物能否滿足安全穩定運行要求，對該泵站的主要建筑物和機電結構進行了現場安全檢測，明確了泵站建筑物、機電設備、金屬結構及整體的安全類別。古麗蘇瑪依·阿不都薩塔爾[7]等采用現場抽檢的方法對新疆某大型灌區泵站的主體工程進行了安全檢測，明確了該泵站的當前運行狀態特征?？抵緜8]等針對海口排澇泵站存在的排澇能力不足、部分水工建筑物年代久遠等問題，對該泵站的混凝土結構、金屬結構、機電設備和監測設備進行了安全檢測和評估。通過對現有文獻的分析可知，泵站工程現場檢測的對象多為建設年份久、運行時間長、已存在各類病害的泵站，而對新建泵站現場檢測的分析研究鮮少。

文章以江蘇省界牌泵站工程為對象，依據《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程（SL176）》、《水利工程施工質量檢驗與評定規范（DB32/T2334）》的規定，采用抽樣檢測的方法對界牌泵站工程開展現場檢測及數據分析，以期為界牌泵站工程的后續安全可靠高效運行提供數據支撐，同時也為新建泵站工程開展現場檢測提供技術方法及檢測內容的參考。

1 工程概況

界牌泵站位于鎮江丹陽市界牌鎮，在新孟河向北延伸段入江口處，是江蘇省界牌水利樞紐工程重要的組成部分。泵站選用9 臺套開敞式X 型雙向立式軸流泵，引、排設計流量均為300m3/s，單泵設計流量33.4m3/s，配套電機功率2 000kW，電機總功率18 000kW。泵房采用塊基型結構，站身底板順水流方向長39.5m，垂直水流方向的寬度為33.9m。泵站流道上下分兩層，下層進水流道與上層出水流道內外河側各設置一扇工作閘門，通過4扇閘門的切換實現泵站的抽引、抽排、自引和自排。內、外河工作閘門外各設安全柵和攔污柵一道。

2 測試內容及方法

界牌泵站的現場檢測內容主要包括塑性混凝土防滲墻、灌注樁、等基礎及防滲工程檢測、主機泵制造及安裝質量檢測、輔機設備安裝、電氣設備安裝及電氣試驗和機組試運行檢測。

灌注樁的樁身完整性檢測的方法常有鉆探取芯法、超聲透視波法和應力波反射法[9-10]。鉆探取芯法鉆芯時成孔的垂直度很難控制，對于受檢樁的樁長較長時，鉆芯就很容易偏離樁身，對基樁造成破壞，且檢測費用高、時間長。超聲透視波法數據分析時可按照規范要求，繪制聲速—深度曲線和波幅—深度曲線，但曲線有問題時，不能完全確定該基樁存在問題，缺陷程度不好確定，要靠其他輔助方法進行確定。應力波反射法具有速度快、適應性強、費用低、抽檢數量大的優點，已被廣泛應用于工程現場檢測[11-12]。應力波反射法包括高、低應變法，其中低應變法具有設備簡便、費用較低、操作簡單、準確性高的優點，因此采用低應變法對界牌泵站的基礎工程樁進行樁身完整性檢測；慢速維持荷載法靜載試驗得出的單樁豎向承載力相比于快速維持荷載法靜載試驗得出的單樁豎向承載力一般更低，在工程上是偏安全的，因此采用慢速維持荷載法檢測單樁豎向承載力。塑性混凝土防滲墻的質量方法包括地質雷達法、高密度電阻率法和瞬變電磁法，地質雷達法可用于探測墻體的空洞和細小的裂縫，且具有定位精確和高分辨率的優點[13]，因此選用地質雷達法對防滲圍封墻體進行探測。

為保證主機泵的正確安裝，運用量測法檢測水泵葉輪室外觀質量、測量葉輪室內球面直徑，檢查過流斷面是否光滑，內球面直徑是否存在偏差。使用測量儀器對水泵葉片質量以及葉輪與葉輪室預裝葉片間隙進行檢測；使用測量儀器對水泵主軸直徑、粗糙度、硬度、長度進行檢測;使用測量儀器對泵站輔機系統安裝和電氣設備安裝進行檢測。

3 基礎及防滲工程測試及分析

3.1 灌注樁

抽檢江蘇省界牌泵站施工基礎工程樁59 根進行樁身完整性監測，其中：泵站底板樁42 根，新孟河側泵站翼墻樁17 根，獲得各混凝土灌注樁的低應變實測波形曲線，限于篇幅，僅給出泵站底板樁號311 灌注樁和新孟河側泵站翼墻樁樁號BX4_1灌注樁的低應變實測波形曲線，見圖1。根據實測波形曲線，結合工程地質情況、施工記錄等進行綜合分析與計算，所測 58 根灌注樁均未發現異常情況，樁身完整，均為Ⅰ類樁。

圖1 低應變實測波形曲線

對泵站站身底板部位灌注樁采用慢速維持荷載法檢測其單樁豎向承載力，共抽測兩根泵房底板樁號分別為204 和364 的灌注樁。所檢混凝土灌注樁的設計樁徑為1 m，樁長28m，樁身混凝土強度等級為C30。荷載試驗按照《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106—2014）單樁豎向抗壓靜載試驗要點進行，2 根灌注樁的沉降量如圖2 所示，在對204 號和364號混凝土灌注樁均進行荷載加載至4720 kN試驗時，204 號灌注樁累計下沉量為25.77mm；卸載至0kN時的殘余沉降為19.14mm；對364 號混凝土灌注樁，試驗加載至4 720kN 時，累計下沉量為19.97mm；卸載至0kN 時的殘余沉降為14.57mm。經現場檢測，2 根基樁單樁豎向承載力均滿足設計要求。

圖2 不同灌注樁的沉降量

3.2 塑性混凝土防滲墻

界牌泵站工程主要防滲封閉線采用塑性混凝土防滲墻結構，次要防液化圍封采用三軸攪拌樁的處理方式。對泵站SB-1 塑性混凝土試塊進行抽檢，試樣規格為150×150×150mm 的立方體，以同等養護條件進行養護，齡期為28d，檢測結果如圖3所示，試件1 在破壞荷載52.34kN 時，抗壓強度值為2.33Mpa；試件2 在破壞荷載51.31kN 時，抗壓強度值為2.28Mpa 試件3 在破壞荷載51.1kN 時，抗壓強度值為2.27Mpa。由圖3 可知，試件抗壓強度平均值為2.29MPa，滿足塑性混凝土設計要求為28d 無側限抗壓強度1～5 MPa 的要求。

圖3 泵站SB-1 塑性混凝土試件

抽檢泵房 SB-29 塑性混凝土滲透試塊1 組以檢測防滲墻的滲透系數，同組試件以同等養護條件進行養護，試件養護齡期為32d，各試件檢測結果如圖4 所示。泵房SB-29 塑性混凝土滲透試塊滲透系數為4.11～6.03×10-6cm/s，均值為4.81×10-6cm/s，檢測結果均滿足設計要求。

圖4 防滲墻試件的滲透系數

采用地質雷達法對泵房的防滲圍封墻體進行檢測，探測部位為站身2#底板塑性混凝土防防滲墻和站身3#底板水泥土防滲墻，兩面墻體長度均為30m，共計60m，設計墻體高程均為-20.0～-9.7m，測線墻體參數及測線布置見表1，防滲圍封墻的現場實測圖譜，從實測圖譜可識別區域結合探坑開挖檢查情況，探測墻體整體連續完整。

表1 測線墻體參數及測線布置表

4 機電設備檢測

4.1 主機泵制造質量

對界牌泵站的水泵葉輪室部件外觀質量及尺寸進行抽檢，葉輪室內球面直徑參考文獻[2]所示，采用量測法檢測內球面直徑，水泵葉輪室制造質量檢測結果，見表2。由表2 可知，葉輪外殼過流斷面光滑，無明顯缺陷；葉輪室內徑尺寸偏差抽檢結果在設計偏差范圍之內，滿足《泵站設備安裝及驗收規范》（SL317—2015）的要求。

表2 水泵葉輪室制造質量檢測結果表

對水泵葉片制造質量進行抽檢，檢查的項目包括外觀檢查、葉輪靜平衡試驗殘留不平衡重量以及葉片表面粗糙度，葉輪制造質量檢測結果，見表3。由表3 可知，水泵各部件外觀檢測良好，葉片表面光滑，表面無明顯缺陷。總體在《泵站設備安裝及驗收規范》（SL 317—2015）允許偏差范圍之內。

表3 葉輪制造質量檢測結果表

水泵主軸是連接電動機與水泵葉片的重要結構。水泵主軸的質量影響到水泵及泵站的安全穩定運行，對1#、2#、7#水泵主軸直徑、粗糙度、硬度進行檢測，檢測結果如表4 所示。由表4 可知，1#、2#、7#水泵主軸粗糙度、外徑公差及內部質量抽檢結果滿足《泵站設備安裝及驗收規范》（SL 317—2015）的要求。軸頸硬度大于設計要求。

表4 泵軸制造質量檢測結果表

葉輪與葉輪室預裝葉片間隙是判斷水泵正常工作的重要結構技術參數之一，間隙過大，泄漏量太大，泵效率降低；間隙過小，則間隙汽蝕嚴重，甚至葉片碰殼。對6#和7#葉輪和葉輪室預裝葉片間隙進行檢測，檢測結果見表5，由表5 可知，6#和7#葉輪與葉輪室預裝葉片間隙抽檢結果滿足《泵站設備安裝及驗收規范》（SL 317—2015）的要求。

表5 葉輪與葉輪室預裝葉片間隙檢測結果表

4.2 主機泵及電氣輔助設備測試

對開敞式X 型雙向立式軸流泵安裝的主要參數進行抽檢，主機泵的主要參數滿足《泵站設備安裝及驗收規范》（SL317—2015）的要求對輔助設備安裝的水系統、油系統、真空破壞閥的工藝外觀進行檢查，相應指標滿足《泵站設備安裝及驗收規范》（SL317—2015）的要求。

泵站的主要電氣設備包括低壓開關柜、10kV高壓開關柜、變壓器、電纜及橋架、防雷及接地裝置等，對這些電氣設備進行安裝檢查。主電機，絕緣電阻為2 290～8 420 MΩ（≥10 MΩ），吸收比為2.83～3.55（≥1.3）；電機定子線圈直流電阻不平衡度為0.02%～0.06%（≤2%）；主變壓器（SCB11—1250/10），絕緣電阻為2780～292 000 MΩ，變比誤差為0.24%～0.25%（≤±1%），相間直流電阻差為0.24%～0.40%（≤2%）；主機電纜，絕緣電阻為36 800～56 200 MΩ（≥10 MΩ）；電流互感器，實測絕緣電阻5 220～172 000 MΩ，變比與銘牌一致；高低壓室及電機接地電阻，實測0.570～0.727 Ω（≤1Ω）；以上結果符合《電氣裝置安裝工程接地裝置施工驗收規范》（GB50169—2016）的要求。

4.3 機組試運行檢測

在泵站試運行期間，針對界牌泵站1#、4#、7#機組運行噪音和振動進了檢測，噪聲測量采用杭州愛華儀器有限公司的AWA5661 型聲級計，振動測試采用美國福祿克公司的802CN，經實測機組振動值在0.006～0.013 mm 之間，噪音在71.2～72.0 dB 之間，各機組試運行正常。

5 結 論

1）針對界牌泵站的基礎及防滲工程、機電設備兩個方面進行現場檢測并開展分析，測試結果表明基礎工程灌注樁、防滲墻的抽檢結果均滿足設計及規范要求，采用量測法對主泵制造及安裝效果進行測量，并對電氣設備的安裝進行檢查，結果顯示主泵及電氣設備主要參數均滿足相應規范要求，機組的試運行效果理想。

2）經過現場檢測，低應變法可較好地用于檢測灌注樁樁身的完整性，慢速維持荷載法可較好地用于檢測灌注樁單樁豎向承載力，地質雷達法可用于防滲墻的連續性。

3）通過對江蘇省界牌泵站進行基礎及防滲工程測試、機電設備檢測，可有效地為泵站的安全運行提供具體的現場測試數據和科學依據，為泵站的建設質量分析提供有效參考，有益于確保泵站的施工質量及工程后期的安全可靠運行。