引排水泵站扩建设计以及施工组织要求

引排水泵站扩建设计以及施工组织要求

周国林

（广州市逸顺水利工程维护有限公司，510000）

摘要：文章基于此次的吉利引排水泵站工程项目，强调了城市引排水工程的重要性，并指出我国大规模引排水泵站系统建设的现状。详细描述了该工程的总体布置及主要建筑物，包括工程等别、设计标准、防洪标准、泵站布局和水泵比选等方面。然后对建筑物工程进行了详细介绍，包括前池、重力式出水池和箱涵等的设计计算。最后对泵站设计和施工组织设计进行了阐述。通过本次改建，将提高整体排水能力，减轻禅城区洪涝灾害，为类似工程提供参考价值。

关键词：引排水泵站；水利系统扩建；施工组织

1 引言

引排水工程是城市基础设施的重要组成部分，随着城市化进程的不断推进和人口的快速增长，其系统的建设标准直接影响着城市经济的发展和城市居民的生活水平，因此引排水工程是城市优先和重点发展的行业[1]。我国大规模的城市引排水系统建设是在二十世纪五、六十年代进行的，起步晚、基础薄弱和系统设计管理运行的自动化程度低，多以经验为主，缺乏科学性和高效性[2]。原吉利引排水泵站建成后长年运行至今已有很多年，机电设备运行台班数已超设计，水泵机组运行效率低下。所以，对该泵站系统进行扩建，设置潜水轴流泵，提高整体排水能力，对相关河流域的排涝能力、减轻禅城区的洪涝灾害具有重要的现实意义。

2 工程总体布置及主要建筑物

2.1 工程等级及设计标准

（1）工程等级和建筑物级别：吉利引排水泵站工程包括排涝泵站、内河侧进水池、外江侧重力式出水池、排水箱涵及排水口等，以防洪排涝为主，还改善了水环境。扩建后的泵站排涝流量达到36立方米每秒，总排涝流量高达5.38立方米每秒。根据相关规定，这个工程规模属于中型，为IV等工程。主要建筑物包括排涝泵站、排水口、外江侧重力式出水池和排水箱涵等，都是4级建筑物。次要建筑物如内河侧进水池及护坦、内河侧翼墙连接段是4级建筑物。临时建筑物如内河侧施工围堰等是5级建筑物。

（2）防洪标准：在《防洪标准》和《水利水电工程等级划分及洪水标准》这两个规定中，详细阐述了如何确定各种建筑物的防洪水标准。根据这两个重要的参考文件，我们可以明确地确定每一个建筑物所需要的防洪级别和相应的洪水标准。表1则展示了不同类型建筑物的防洪标准和相应的洪水标准。

表1 建筑物防洪水标准

2.2 工程总体布置

（1）工程场址及布置：本次的广东佛盈汇建工程管理有限公司《吉利引排水泵站工程》项目的任务是扩建吉利引排水泵站工程位于广东省佛山市禅城区吉利涌和迳口河流域。吉利涌自西向东横跨禅城区南庄镇，是此地区排洪排涝的骨干河道，西起南庄镇六头，流经吉利圩，东至顺德小布通潭洲水道，全长11公里。

工程规划引水流量为4m3/s，实际装机设置2台900ZQB-125型潜水轴流泵，装机设计引水流量为5.56m3/s，装机设计排涝量为5.38m3/s，总装机容量320kW。吉利引排水泵站工程具有防洪、排涝、引水等功能，主要机电设备包括安装2台900ZQB-125型潜水轴流泵，土方开挖1416.56m3，土方回填687.34m3、混凝土1103.0m3、钢筋制安153.2t、钻孔灌注桩542.59m3、5t电动葫芦4个，10t电动葫芦2个，金结制安37.86t，潜水轴流泵2台。

（2）水泵比选：经过计算，水泵的设计最低扬程是2.3米，最高扬程是4.9米。箱涵和水泵的水头损失约为1.50米。所以，我们在选型时，设计扬程和最高扬程的参数分别是3.8米和6.4米。原来的水泵站进水流道是一个簸箕型的现浇钢筋砼结构，它的流道尺寸是按照900ZQB-125型水泵设计的，流道结构很复杂，施工难度大[3]。这次的改造是更新机电设备，以满足本次规划的功能要求。由于进水流道和井筒的尺寸有限，我们只能选择与原水泵型号相同的泵型。在满足扬程3.8~6.4米的条件下，我们通过调节叶片的安装角度和电机功率来选择合适流量的水泵。不同叶片安装角度性能参数对照如下表2所示。

表2 900ZQB-125不同叶片安装角度性能参数对照表

经过考虑如何能够让我们潜水轴流泵有着更好运行的叶片安装角度和多次测试，最后我们发现把叶片安装角度设为+4°，能让水泵运行得最顺畅，流量最大。所以，这次我们决定采用2台900ZQB-125型水泵，把它们都安装成+4°的角度。这样，水泵的总流量能达到6.12m³/s，总排涝流量更是高达24.48m³/s，完全能满足我们的需求。如下表3所示，就是此次项目当中我们所采用的的水泵性能参数。

表3 水泵性能参数表

2.3 泵站建筑工程

2.3.1 泵站建筑布置要求

泵站建筑主要包括前池、泵站主体、出水池和箱涵等。泵站主体分为上部结构和下部结构。下部结构我们要求采用块基型现浇砼结构，长21.0米，宽18.5米，3条流道布置在和迳口河岸边。扩建的泵站中间保留部分水面，通过交通桥连接，长度约11.5米。这样做的目的是为了保证水流顺畅。

（1）前池布置：前池长9.5米，前接吉利涌，后连泵站引水流道，池底标高从0.5米变至-0.70米。前池底板我们要求采用C25钢筋砼厚2.6米，下设20cmC15素砼垫层。东侧设灌注桩挡墙，墙顶高程7.20米，西侧利用水泵站的墩墙作为岸墙。

（2）重力式出水池：重力式出水池是新建的，长18米，宽度从泵室的宽度慢慢变为6.76米。它的前面连接水泵泵室的出口，后面连接箱涵。池底的底面高程是1.5米，要求采用1米厚的C25钢筋混凝土底板，在下面设置20厘米厚的C15素混凝土垫层。在出水池和泵室之间设置止水铜片。池顶的高程从泵房侧的8米逐渐变为箱涵侧的5.5米。为了防止排水箱体通道内部的空气对排涝效果和拍门的影响，在重力式出水池的末端设置顶高程为10.5米的排气筒，内径为4米，壁厚为80厘米。重力式出水池的量测壁厚为50厘米。

（3）箱涵：在出水池和出口闸门之间新建一个箱涵，长度为70米，箱涵的尺寸是3.5米×5米（高×宽）。箱涵的壁要求采用50厘米厚的C25钢筋混凝土。箱涵与重力式出水池之间采用止水铜片连接，箱涵的末端接胸墙。

2.3.2 设计计算

（1）由于泵站采用箱涵出流，泵站上下游侧水位一致，仅存在外河水作用于出口闸门的作用力。根据内河设计停排水位3.00m和外河最高运行水位7.90m情况下的地基渗流计算，公式为：

L=C×△H

其中，L为地基防渗长度，为地基轮廓线防渗部分水平段和垂直段长度之和；C为允许渗径系数，地基土为砂质粉土，取C=10；△H为上下游水位差。计算得出L=49m，实际地基水平轮廓线防渗长度为109m＞L=49m，满足地基土防渗要求[4]。

（2）在检修情况下，由于水闸处于关闭状态，取内、外河水位为常水位3.35m。不计基桩的抗拔作用，泵站抗浮稳定计算公式为：

Kf＝∑V/∑U

式中Kf为抗浮稳定安全系数；∑V是作用于泵站基础底面上的全部重力，∑U是作用于泵站基础底面上的扬压力。经计算Kf＝4.32，大于规范允许的最小值1.10，满足规范要求，大于规范允许的最小值1.10，满足规范要求。

（3）按照《泵站设计规范》规定，我们对各种荷载水位组合进行了稳定分析及计算。计算所得的结果如下表4所示。

表4 泵站抗滑、抗倾稳定计算结果

2.4 安全监测

本工程泵站被设计为4级建筑物，这意味着泵站的结构和设计都经过了严格的工程论证和考虑。泵站的主要观测项目包括变形、沉降、位移以及冲淤等情况，这些观测数据对于泵站的安全运行和稳定性至关重要。

在变形观测方面，包括沉降观测和水平位移观测两个部分。沉降观测主要是观察泵站主体、前池及出水池岸墙、节制闸主体等部位在垂直方向上的位移变化。水平位移观测则是观察这些部位在水平方向上的位移变化。为了准确观测这些部位的变化，沉降观测和水平位移观测共用一个观测标点，这样能够更好地对比和分析数据。其中，沉降观测采用水准测量的方法，而水平位移观测则采用交会法来进行测量。为了方便观测，在泵室的东西两侧各设置了一个观测点。

冲淤观测也是泵站运行期间需要我们关注的重要方面。冲淤是指河床受到水流冲击而产生的泥沙沉积或移动现象。在运行期间，需要定期对内河侧进水口防冲槽、排水口门及其附近吉利涌进行水下地形观测，以了解河床的变化情况。如果发现河床受到冲淤影响，必要时需要安排专人进行清淤或防冲保护工作。观测设备可以与原水泵站现有的设备进行合用。

3 泵站设计

3.1 工艺流程

（1）新建雨水泵房工艺流程

从上游水源地，水流经过进水交汇井，随后进入钢筋混凝土管，流至第二个交汇井，再次经过钢筋混凝土管，最终进入新建的雨水泵房。在泵房内，水流经过钢筋混凝土管，接着进入出水阀门井1，再次经过钢筋混凝土管，最后通过出水管流入吉利涌。

（2）原泵房的工艺流程则是

河口位置，经过新建的进水交汇井3，通过钢筋混凝土管管道，流向原泵房，再由钢筋混凝土管输送至改造后的出水阀井，继续通过钢筋混凝土管，在转弯井处流入吉利涌。

（3）引水的工艺流程

从吉利涌开始，水流经由现有的引水管导向钢筋混凝土管，然后流入进水交汇井3。接着，水流再次经过钢筋混凝土管，最终流入原泵房。在泵房中，出水阀井经过改造后，水流经由钢筋混凝土管再次出发，最终流入迳口河。

3.2 雨水泵房设计

新建雨水泵房的核心设备为雨水泵，设计总排水量为5.38m3/s。考虑到本工程中占地紧张，水泵流量较大，为了设备拆装维护方便、水泵运行稳定，我们决定雨水泵采用潜水轴流泵，泵房前部为进水格栅井，中部为集水井，尾部为压力出水井，压力出水井与出水闸井采用管道连接[5]。该泵站是在既有的泵站院子里，和现在的泵站平行，它的平面最近的是5.0米，新的水泵房要比现在的泵房深3.75米，为减小在施工时对现状泵房的扰动和损坏，所以本泵站的施工方法我们要求采用沉井型式。水泵房的平面尺寸：长23.5米，宽11.2米至16.4米，深12.35米。墙厚0.6-1.1米，刃脚长度：1.2 米，要求施工队采用排水法进行施工。

同时，为了防止沉井沉降对旧泵房的安全及正常使用造成不利影响，我们让施工队伍在新泵站外部加设一道由850 mm三轴水泥搅拌桩，桩长为18米，每根桩间距250 m构成的止水帷幕。为避免旧泵房因施工降雨而产生沉降和偏斜，在靠近水泵房一侧的止水帷幕中设置15米长的型钢。

新的雨水泵站的进口管线取自沿江路以北的一条，沿江路北面的管线已经铺设到人和路的交叉口，因为有5个水泵出水管道预先埋设在泵站西边的沿江道上，所以与沿江路北面的雨水管线存在着一定的矛盾。于是，沿河大道北面的雨水管线绕过辅道，从泵站的西北角流入水泵房，由于新的雨水泵站较原有的水泵房更深，所以管线从原来的水泵房进水管线下穿到水泵房的进水合流井2中。沿江路南边的管线是由人和路街道进水合流井1流入水泵房的，与北面的雨水在合流井2汇入水泵房前的水池。出水管穿过沿江路，到达吉利涌。

3.3 泵房进出水系统改造

（1）进出水闸井

为了实现吉利涌引水至迳口河的功能，我们通过讨论后决定设计新建一个进水闸井，在泵房内设有3个1.8米×1.8米镶铜铸铁方门，利用门的开启和关闭来实现水泵房的功能变换。与此同时，在原有泵房的出水井中，与泵站的功能变换相匹配，也安装了3个1.8米×1.8米的镶铜铸铁方门，利用门的开启和关闭来实现泵站的功能切换。

（2）进出水管线设计

安排人员对原泵房进口管道进行拆除，新进水管道需满足迳口河及吉利涌两条供水需求。水泵房到吉利涌的管线不做任何改动，由吉利涌引出吉利涌引水到泵站南面，再沿着泵站东侧向东，在进水合流井3处与原有的泵站来水汇合。吉利涌水经泵站提升后，由出水闸控制，由吉利涌引出的引水干管将沿延泵内环路向东排放至迳口江，从而达到导流作用。

4 对于工程施工的要求

此次的工程主要由进水池、泵室、重力式出水池、压力出水箱涵、出江节制闸等组成。因为进水池为钢筋砼结构，我们要求施工方采用机械开挖，立模浇筑，基坑排水采用水泵向外排水。泵站泵室布置2台900ZQB-125型潜水电泵，并设置清污机和检修闸门。重力式出水池位于泵室和出水箱涵之间，顺水流方向长度为18m。底板顶高程为1.5m，顶板顶高程为6.96~7.66m，对于施工放的要求是采用C25钢筋砼结构，底板垫层采用20cm厚C15素砼。出水箱涵设计总长度为70.0m，箱涵底板顶高程为1.5m，顶板顶高程为5.50m。施工时要求施工队伍内侧采用机械开挖，立模浇筑，基坑排水采用水泵向外排水。

结语

本次吉利引排水泵站工程的改建，不仅提高了泵站的整体排水能力，减轻了禅城区的洪涝灾害，还为今后的类似工程建设提供了宝贵的参考价值。在改建过程中，我们采用了先进的机组设备和技术手段，确保了工程的各项性能指标达到相对应的标准，并顺利通过了验收。现在，工程已经正常运行，为周边地区提供了更加稳定、可靠的引排水服务。同时，我们还加强了对工程的维护和管理，确保了工程的长期稳定运行。这些经验和成果将对今后的类似工程建设产生积极的推动作用，为城市的建设和发展做出更大的贡献。

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