文／賈麗軍 陽谷縣水利局 山東聊城 252300

1.工程概況

該排澇站工程位于低緯、亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，常年溫度高、濕度高；在冬，無霜期為341 天，年平均溫度為21.9℃，年均降水量1799mm，年的平均相對(duì)濕度在75-82%之間，年均蒸發(fā)面積為1749m2，且在不同年份間有很大的差異。以北風(fēng)為主，夏季以東南風(fēng)為主，冬天以偏北風(fēng)為主，年均風(fēng)速為2.5m/s，年均最大風(fēng)力為13.6m/s，最大風(fēng)速為27.9m/s。

由于受地形的限制，本次排澇站布置空間受限制，排澇站及管理區(qū)的布置均在河道和河道兩側(cè)劃定區(qū)域范圍內(nèi)布置。本工程主要由兩部分組成，電排站和自排閘，電排站平行于自排閘布置，考慮自排時(shí)水流的順暢和減小施工開挖對(duì)廠房的影響，自排閘布置在靠近主河道位置，電排站緊鄰自排閘左側(cè)布置。主廠房布置在電排站中間，安裝間布置在電排站主廠房左側(cè)，副廠房分兩部分，分別布置在主廠房右側(cè)的自排閘內(nèi)河側(cè)箱涵上部和主廠房內(nèi)河側(cè)。

排澇站管理區(qū)緊湊布置在泵房和副廠房外側(cè)，共計(jì)占地2.0 畝，布置有回車場、倉庫和砼路面等。管理用房布置在副廠房上層，副廠房和管理用房共三層，一層為高、低壓機(jī)柜室、二層為辦公室及中控室、三層為值班室及宿舍，總建筑面積1345.57m2。為方便管理，管理區(qū)大門布置在引渠左側(cè)，兩側(cè)堤頂?shù)缆吠ㄟ^電排站出水箱涵、自排涵閘頂連通。電排站由內(nèi)到外依次為：引渠、清污橋、前池、泵房、出水箱涵、防洪閘、出口消力池和出水渠；自排閘自內(nèi)向外依次為：內(nèi)河連接段、閘室、消力池和出水渠等組成。

2.地質(zhì)條件分析

該排澇站工程所在地區(qū)屬于一級(jí)階地，其高度在6.33-10.22m 之間，屬于沖積平原。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)顯著，地震也常發(fā)生，屬于中等程度震級(jí)，對(duì)于4 級(jí)以下的小型地震，由于地區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定，不會(huì)造成大的傷害。通過勘察鉆孔調(diào)查，部分區(qū)域存在溶洞，屬于一般發(fā)育，發(fā)育的溶洞埋深較大，溶洞厚度較小，對(duì)場地穩(wěn)定影響不大?？傮w來看，本場區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好，無嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害隱患或不良土層發(fā)育，場地穩(wěn)定，適宜本工程的建設(shè)實(shí)施。場地內(nèi)場地土的類型為中軟土，建筑場地類別為Ⅱ類，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值調(diào)整為0.35s。該場地8km 范圍內(nèi)無活動(dòng)斷層，屬于抗震有利地段，抗震穩(wěn)定性較好。在基本烈度為6 度區(qū)，可不考慮飽和砂土或粉土的液化影響。

通過勘探揭露地層自上而下分別為：①填土層、②-1淤泥層、②-2 中粗砂層、③殘積土層和④弱風(fēng)化灰?guī)r層。

本場區(qū)土層中①填土層性質(zhì)不均勻，穩(wěn)定性較差，壓縮性、滲透性等土性差異較大，滲透性等級(jí)為弱～中等透水，易受水流的沖刷作用而發(fā)生坍塌等不良工程問題，未經(jīng)處理一般不宜作為建筑物的天然基礎(chǔ)持力層；②-1 淤泥力學(xué)性質(zhì)較差，壓縮性較大，抗沖刷能力較差，不能作為天然基礎(chǔ)持力層；②-2 中粗砂層結(jié)構(gòu)松散，厚度小，穩(wěn)定性較好，抗沖刷能力較差，滲透性等級(jí)為中等-強(qiáng)透水，為地基中的相對(duì)透水層，承載力中等，由于埋深較大作為一般建筑物的天然地基持力層極不經(jīng)濟(jì)，可作為樁基礎(chǔ)持力層；③殘積土層穩(wěn)定性較好，抗沖刷能力較好，滲透性等級(jí)為微～弱透水，呈可塑狀態(tài)，厚度較大，承載力較高，可作為樁基礎(chǔ)持力層；④弱風(fēng)化灰?guī)r力學(xué)強(qiáng)度高，是鉆（沖）孔樁基礎(chǔ)良好持力層。

3.主要建筑物防滲布置

3.1 排澇站防滲布置

電排站由內(nèi)到外依次為：引渠、清污橋、前池、泵房、出水箱涵、防洪閘、出口消力池和出水渠。

電排站前池平面上呈矩形，順?biāo)鞣较蜷L度12.00m，垂直水流方向?qū)挾?17.10m，橫斷面為矩形。前池底板面高程為4.00 ～1.50m，坡比為1:4.8。前池采用整體式C25 砼U 形槽結(jié)構(gòu)，左、右岸采用C25 鋼筋砼邊墻，厚度0.8m，墻頂高程為8.80m，底板采用C25 鋼筋砼護(hù)底，厚度為0.80m，底板下設(shè)置濾層，自上而下依次為油毛氈（砼初凝后捅破）、碎石墊層厚200、中粗砂墊層厚100、反濾土工布一層（300g/m2）。濾層的作用是防止?jié)B流出口處土體由于滲流變形或流失而引起破壞。濾層的設(shè)計(jì)，最基本要求是不允許基土流失或穿過濾層造成堵塞，從而影響濾料的透水性和被保護(hù)土的穩(wěn)定性。

泵房由副廠房、主廠房和檢修間組成。副廠房、主廠房和檢修間平面上呈一字型布置，主廠房布置在中間，副廠房分兩部分，第一部分布置在主廠房的內(nèi)河側(cè)，第二部分布置在主廠房右側(cè)，即自排閘內(nèi)河側(cè)箱涵上部；檢修間布置在主廠房和第一部分副廠房的左側(cè)。泵房分上、中、下三層。下層為充滿水的進(jìn)水室，安裝水泵；中層為聯(lián)軸9 層；上層為電機(jī)層，安裝電動(dòng)機(jī)。

泵房順?biāo)鞣较蜷L18.50m，垂直水流方向長度17.10m。水泵層底板面高程為1.50m，底板厚1.00m，共安裝有3 臺(tái)1400ZLB5.5-3.5 型立式軸流泵，水泵安裝高程是4.60m，水泵機(jī)組中心距5.50m。聯(lián)軸層地面高程為7.90m，水泵與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器在該層連接。聯(lián)軸層設(shè)工作橋作為工作人員巡視檢修水泵的通道，泵房中墩開設(shè)門字型廊道聯(lián)通連軸層。電機(jī)層樓面高程11.80m，機(jī)組段的平面尺寸為17.10m×9.50m。該層安裝3 臺(tái)立式異步電機(jī)，型號(hào)為 YL630-16355kW，電機(jī)層上空設(shè)LDA-10t 單梁吊車，吊車梁軌道安裝高程為20.00m。

電排站采用一泵一涵式出水。出水箱涵連接泵房和防洪閘，為C25 鋼筋砼整體結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L度為12.0m，共3 孔。泵房側(cè)底板面高程為6.45m，邊孔孔口尺寸為4.75m×2.50m，中孔孔口尺寸為5.00m×2.50m；防洪閘側(cè)底板面高程為4.55m，孔口尺寸均為3.00m×2.50m。出水箱涵頂部填土面設(shè)砼路面和砼地面回車場。出水箱涵底板面高程為6.15 ～4.55m，坡比為1:5.8，底板底面高程為3.55m。底板厚度為1.00 ～0.60m，泵房側(cè)底板采用空箱結(jié)構(gòu)，空箱高度為0.30 ～1.80m，空箱底板厚度為0.60m，隔板和頂板厚度為0.50m。

防洪閘采用胸墻式結(jié)構(gòu)，防洪閘由閘室段和涵閘段組成，順?biāo)鞣较蚩傞L度 10.00m，其中閘室段長度6.25m，涵閘段長度3.75m。閘室段垂直水流方向總寬度為13.00m，涵閘段單孔過流尺寸為3.00m×2.50m，共3 孔。閘底板面高程為 4.55m，底板厚度1.00m，10閘頂高程 11.60m，邊墩厚度0.8m，中墩厚度1.2m。胸墻布置在閘門內(nèi)河側(cè)，采用“L”型實(shí)心板式結(jié)構(gòu)。閘室上部布置工作橋，工作橋?qū)挾葹?.35m 和1.85m，工作橋采用板式結(jié)構(gòu)。為保證防洪閘和泵房防滲地下輪廓線的長度，確保在滲透水流作用下兩岸及閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性，外河側(cè)閘底板下設(shè)有1 排拉森-Ⅲ型鋼板樁防滲墻，鋼板樁嵌固于閘室底板上，樁長6.00m，樁底高程-3.00m，深于泵站基底中粗砂層底面高程-2.19m 進(jìn)入相對(duì)不透水層。防洪閘兼起電排站事故斷流作用，閘門采用平面鋼閘門，采用快速卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉，布置于防洪閘上方的啟閉機(jī)房中。

3.2 水閘防滲布置

水閘內(nèi)河護(hù)坦及翼墻和電排站引渠平行布置，底高程為4.00m，順?biāo)鞣较蜷L25.00m，共兩段。由內(nèi)而外長度分別為13.00m 和12.00m。內(nèi)河護(hù)坦由內(nèi)向外第一段長度為13.00m，總寬為15.50m，采用分離式矩形結(jié)構(gòu)，右側(cè)為鉆孔灌注樁排樁擋墻，左側(cè)為清污橋邊墩，底部為C25 砼護(hù)底，厚0.80m；第二段長度為12.00m，總寬為15.50m ～14.00m，采用分離式矩形結(jié)構(gòu)，右岸為鉆孔灌注樁排樁擋墻，左岸為前池U 形槽邊墻，底部為C25 砼護(hù)底，厚0.80m。內(nèi)河護(hù)坦底板下設(shè)置濾層，自上而下依次為油毛氈（砼初凝后捅破）、碎石墊層厚200、中粗砂墊層厚100、反濾土工布一層（300g/m2）。

自排閘為涵洞式，由閘室段和涵閘段組成，順?biāo)鞣较蜷L22.00m，其中閘室段長度6.00m，涵閘段長度16.00m，砼強(qiáng)度等級(jí)為C25。閘室段垂直水流方向總凈寬為12.00m，共2 孔，單孔凈寬6.00m。閘底11板面高程為4.00m，底板厚度1.00m，閘墩頂高程為11.60m，高度為7.60m，兩側(cè)邊墩厚0.80m，中墩厚0.80m ～1.20m。胸墻布置在閘門內(nèi)河側(cè)，采用“L”型實(shí)心板式結(jié)構(gòu)。閘室上部布置工作橋，工作橋?qū)挾葹?.25m和1.85m，工作橋采用板式結(jié)構(gòu)。涵閘段單孔過流尺寸為6.20m×4.00m（寬×高），共2 孔，頂板底面高程為8.00m，厚度為0.60m。箱涵頂部設(shè)砼路面和停車場，高程為11.60m。為保證閘室防滲地下輪廓線的長度，確保在滲透水流作用下兩岸及閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性，在外側(cè)閘底板端部處設(shè)有一排拉森-Ⅲ型鋼板樁防滲墻，鋼板樁嵌固于閘室底板上，樁長6.00m，樁底高程-3.50m，深于閘基底中粗砂層底面高程-2.07m 進(jìn)入相對(duì)不透水層。閘門采用平面鋼閘門，共2 扇，卷揚(yáng)式啟閉機(jī)布置于自排閘上方的啟閉機(jī)房中。

4.滲流分析

4.1 引水箱涵過流能力分析

進(jìn)口底板高度為17.5m，出口板高度為16.4m，箱涵尺寸為3.0m×2.5m。

（1）當(dāng)蓄水池高度很小時(shí)，根據(jù)輸水渠道的平均流量計(jì)算，箱涵入口水最高在18.5m，為無壓流隧洞，過流容量見表1。

表1 無壓流箱涵過流能力計(jì)算

（2）對(duì)高水位的前調(diào)節(jié)水庫進(jìn)行了流型識(shí)別。①箱涵出口處的水位比箱涵洞頂部低18.9m，箱涵的相對(duì)高D=2.5m，排液面h＜D 時(shí)，箱涵流態(tài)為非淹沒壓力流，過流能力詳見表2。②出水口深h＞D 時(shí)箱涵其流型為淹沒壓力流，出口水位為19.5m，其過流容量見表3。

表2 非淹沒壓力流箱涵過流能力計(jì)算

表3 淹沒壓力流箱涵過流能力計(jì)算

由以上三個(gè)計(jì)算結(jié)果可知：當(dāng)上游水庫水位低于19.5m 時(shí)，只要開啟1 個(gè)機(jī)抽水即可滿足需要，當(dāng)輸入的水位在19.5-20.5m 時(shí)，需要開啟2 個(gè)機(jī)抽水，當(dāng)輸入的水位高過20.5m 時(shí)，引水渠隧道襯砌過流能力超過泵站設(shè)計(jì)方案防洪總流量11.5m3/s，需開啟3臺(tái)機(jī)抽排。

（3）自排過流能力計(jì)算。其中，最小的水位為17.0m，最高為21.0m。不同運(yùn)行頻次的外河水面自排過流容量計(jì)算詳情見下表4。

表4 自排過流能力計(jì)算（淹沒壓力流）

由上述結(jié)果可知，當(dāng)外河水與前水池的落差為1.0 時(shí)，其自排水總量達(dá)到23.8m3/s-1。

4.2 泵房分析

根據(jù)規(guī)范要求對(duì)泵房進(jìn)行抗滑平穩(wěn)、泵房基礎(chǔ)地應(yīng)力和泵房的抗浮穩(wěn)性進(jìn)行分析。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)數(shù)據(jù)，該電站泵房在較細(xì)的砂層上，其最大的容許承載量為150KPa，在混合地基和細(xì)砂層之間的摩擦力f 為0.35，在基礎(chǔ)工作狀態(tài)下，其抗滑平順的安全因子[K]是1.25，基礎(chǔ)上的地應(yīng)力是0-150KPa，不均勻性系數(shù)和防浮性穩(wěn)定安全因子[Kf]是1.10；特殊結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的防滑順安全因子[K]是1.10，基礎(chǔ)地應(yīng)力是0-150kPa，不均勻性是2.5，抗浮性穩(wěn)定安全因子[Kf]是1.05，對(duì)水泵室的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。計(jì)算表明：主泵房抗滑、抗浮、承載能力穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)。

4.3 防洪閘分析

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，閘門的穩(wěn)定性和閘室基底應(yīng)力容許值σ 分別為1.20 和1.10，而抗浮穩(wěn)性安全因子[Kf]為1.10。地基在細(xì)砂土中，地基允許的最大承載力為150KPa，測試結(jié)果：滑動(dòng)穩(wěn)定的安全因子滿足SL265-2016 的規(guī)定，在《水閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，基底應(yīng)力不均性也是符合要求，并且閘門的穩(wěn)定性和路基的應(yīng)力都滿足設(shè)計(jì)需要。

4.4 電排站滲流穩(wěn)定分析

該站采用河床式布置，因此滲流穩(wěn)定計(jì)算主要為基底滲流穩(wěn)定計(jì)算，不需進(jìn)行側(cè)向防滲穩(wěn)定計(jì)算。由于泵站前池出口底板高程與中粗砂面層高程相近，上覆淤泥層較薄，且地質(zhì)鉆孔涂層分界存在人為主觀判別因素，偏安全起見，按建基面位于中粗砂層考慮。

電排站防滲段主要由下水道段（也就是排水段）、泵房和防洪閘段、進(jìn)水前水池段（泵房上游至反濾層），依據(jù)地質(zhì)調(diào)查，按照內(nèi)河前池建基面位于中粗砂層的原則，應(yīng)先確定出口段滲流的類型（流土型或管型）。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50487-2008，確定滲流變形的種類，并根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)情況，確定中粗砂的滲流破壞形式，并根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)情況，確定中粗砂的滲流破壞形式為過渡性。本階段電排站滲透穩(wěn)定計(jì)算方法同水閘滲流穩(wěn)定計(jì)算方法，均采用規(guī)范推薦的改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 電排站滲流穩(wěn)定計(jì)算成果表

電排站各工況下水平段滲透坡降均小于基底中粗砂層的水平段允許滲流坡降0.13，各工況下出口段滲透坡降段均小于基底中粗砂層的允許滲流坡降0.40，滿足規(guī)范要求。

結(jié)語：

通過設(shè)置鋼板樁防滲墻穿透中粗砂層進(jìn)入相對(duì)不透水層、抬高滲流出口高程增加淤泥層蓋重，泵站抗?jié)B穩(wěn)定得到保證。從泵站完工后連續(xù)2年的汛期試運(yùn)行結(jié)果來看，排澇站運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)監(jiān)測正常，無滲透變形、沉降變形等現(xiàn)象，工程方案比較合理，對(duì)同類水利工程具有一定的借鑒意義。