尊村引黃泵站總干一級站前池改造方案比選

衛(wèi)學(xué)文

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概況

尊村引黃工程為多級泵站聯(lián)合組成的泵站系統(tǒng)工程，為農(nóng)業(yè)灌溉泵站，原建設(shè)規(guī)模9級31站，設(shè)計揚程219.13 m，總裝機59 975 kW，設(shè)計提水流量46.5 m3/s，設(shè)計灌溉面積11.07萬hm2，灌溉保證率為75%。

總干一級站位于永濟市西北黃河小北干流的尊村咀上，由進水系統(tǒng)、主副廠房、出水系統(tǒng)、技術(shù)供水系統(tǒng)及廠區(qū)等組成。1976年動工，1978年完建。采用岸邊固定式取水，主要建筑物等級為3級，防洪標準為30年一遇設(shè)計，100年一遇校核。

總干一級站廠區(qū)地下水位341.50 m，在自然地面以下2.13～3.6 m，主要含水層為粉土層及細中砂層。廠區(qū)為非濕陷性場地，建筑物抗震設(shè)防烈度為8度。

進水系統(tǒng)包括進水閘、前池及進水流道三部分。進水閘共10孔，底板高程338.0 m，閘室后段底板設(shè)折坡與前池底板相接。

前池為半開敞式矩形漿砌石與混凝土混合材料結(jié)構(gòu)，10個流道劃分為東西2個獨立單元，總長度15.7 m，總寬度55 m。前池后為水泵進水流道，總長度4.36 m，總寬度55 m，設(shè)置20孔流道檢修閘門。

2 前池改造設(shè)計變更

2.1 前池現(xiàn)狀及加固改造必要性分析

前池原設(shè)計為漿砌石底板，鋼筋混凝土扶臂式擋土邊墻及漿砌石隔墻。隔墻基礎(chǔ)為塊石混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂高程335.95 m，隔墻厚800 mm，隔墻頂高程342.30 m。前池前11.7 m為斜坡段，后4 m為水平段，中間設(shè)沉降縫。于1979年曾對前池隔墻進行加固，加固方案為在漿砌石隔墻頂部設(shè)置鋼筋混凝土帽梁一道，各隔墻間在帽梁處設(shè)置三道工字鋼梁以維系前池各隔墻的整體穩(wěn)定。

從安全鑒定到初設(shè)階段，直至技施設(shè)計開工前，一級站前池漿砌石隔墻完全埋沒于淤沙之下，安全鑒定專家及設(shè)計單位無法對隔墻安全狀況做出合理評價。近些年前池持續(xù)高水位運行（目前水位344.0 m），加之黃河水含沙量高，能見度低，一級站管理人員也看不到隔墻的安全狀況。

依據(jù)初設(shè)批復(fù)，在前池內(nèi)增設(shè)并安裝10臺回轉(zhuǎn)式清污機，為滿足新增回轉(zhuǎn)式清污機及皮帶輸送機的安裝要求，同時受投資限制，原除險加固設(shè)計擬對隔墻前6 m進行拆除重建。但2010年4月初經(jīng)施工單位對前池東單元徹底清淤后，發(fā)現(xiàn)流道所有漿砌石隔墻均已發(fā)生嚴重結(jié)構(gòu)性斷裂損壞。如果仍按技施批復(fù)方案將有可能引發(fā)后段隔墻坍塌破壞，即使采取臨時支護，也將成為運行的安全隱患。尊村引黃管理局、監(jiān)理、施工及設(shè)計單位一致認為，應(yīng)將現(xiàn)前池漿砌石隔墻全面拆除，并對前池隔墻進行結(jié)構(gòu)改造設(shè)計。

通過了解，受資金、施工排水及搶工期等多種因素制約，當(dāng)年一級站前池施工時變更了鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)方案，邊墻保留為鋼筋混凝土扶臂式擋墻，隔墻及底板變更為漿砌石結(jié)構(gòu)。底板與隔墻塊石混凝土條形基礎(chǔ)間缺少制約，且隔墻施工時取消了平壓孔，超出了漿砌石隔墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的設(shè)計條件，雖在隔墻頂部采用型鋼支撐，但由于泥沙淤積嚴重及前池現(xiàn)狀運行水位抬高，漿砌石隔墻在距底部1/3處發(fā)生整體斷裂破壞。

2.2 結(jié)構(gòu)布置及方案比選

設(shè)計單位會同業(yè)主、監(jiān)理及施工單位對尊村引黃一級站進行了現(xiàn)場查勘，根據(jù)一級站前池東單元清淤后的現(xiàn)場情況，認為現(xiàn)有漿砌石隔墻所發(fā)生的裂縫為結(jié)構(gòu)性裂縫，通過修補已無法解決隔墻穩(wěn)定及安全問題，建議將隔墻拆除重建，并在節(jié)省投資、縮短工期、保障農(nóng)業(yè)灌溉的前提下，提出如下方案對前池進行結(jié)構(gòu)改造。

方案一：無底板鋼筋混凝土隔墻加連系梁結(jié)構(gòu)。

保留前池鋼筋混凝土邊墻及漿砌石底板，將原漿砌石隔墻全部拆除至原隔墻塊石混凝土基礎(chǔ)頂面335.95 m高程，在原塊石混凝土基礎(chǔ)上澆筑600 mm厚C25鋼筋混凝土隔墻，接合面涂刷界面劑并采用2排Φ20化學(xué)植筋錨固，間距400 mm。在344.25 m，340.45 m，336.45 m高程設(shè)置鋼筋混凝土支撐橫梁（400 mm×600 mm）3道，從上游至下游共設(shè)置6道支撐梁。前池進口8.1 m段隔墻頂高程345.75 m，后7.6 m段隔墻頂高程344.25 m。前池前段設(shè)置現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土清污橋，橋面凈寬3 m，總寬3.6 m。前池水平段與斜坡段分界處設(shè)置20 mm沉降縫。該沉降縫及進口與橋墩接合處、出口與流道閘墩接合處共3道沉降縫內(nèi)填低發(fā)泡聚乙烯閉孔泡沫塑料板，端部30 mm用聚硫密封膏封堵。

方案二：有底板鋼筋混凝土隔墻加連系梁結(jié)構(gòu)。

保留前池鋼筋混凝土邊墻及漿砌石底板，將原漿砌石隔墻及塊石混凝土基礎(chǔ)全部拆除至前池底板，在現(xiàn)有漿砌石底板上澆筑600 mm厚鋼筋混凝土底板及隔墻，并在344.25 m及340.45 m高程設(shè)置鋼筋混凝土支撐橫梁（400 mm×600 mm）2道，從上游至下游共設(shè)置6道支撐梁。其余結(jié)構(gòu)布置同方案一。

方案三：連同底板及邊墻整體拆除。

保留原漿砌石底板，拆除原前池鋼筋混凝土邊墻及漿砌石隔墻。將前池10個流道劃分為東西2個單元，每個單元由2道邊墻、4道隔墻、2道支撐橫梁及底板連接成為整體空間框架結(jié)構(gòu)。

分析以上三種前池改造方案，方案三從結(jié)構(gòu)上最為合理，解決了前池的不合理結(jié)構(gòu)形式。但由于一級站位于黃河臺地，地下水位較高，拆除邊墻會引起大量地下水涌入前池基坑，甚至引發(fā)周圍主、副廠房的地基破壞，增加了施工排水量及澆筑混凝土的施工難度，延長了施工時間，影響了農(nóng)業(yè)灌溉?？偟膩碇v，方案三弊大于利。

方案二與方案一的主要區(qū)別在于是否增加鋼筋混凝土底板。方案二需拆除原隔墻塊石混凝土基礎(chǔ)，最高拆除高度2 m，拆除量較大且有可能對現(xiàn)有漿砌石底板構(gòu)成破壞。澆筑混凝土底板時存在施工排水問題，且需保證底板排水暢通，以降低基底揚壓力。

綜合分析三個方案，認為方案一投資最省，施工期最短，通過對扶臂式鋼筋混凝土邊墻的整體穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)復(fù)核計算可知，現(xiàn)有邊墻穩(wěn)定，強度滿足要求。故推薦采用方案一對前池進行改造。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

保留原鋼筋混凝土扶臂式擋土邊墻和原漿砌石底板，將原漿砌石隔墻及縫墻（共10道）拆除至塊石混凝土基礎(chǔ)頂面（335.95 m高程）為止，在原塊石混凝土基礎(chǔ)上澆筑C25鋼筋混凝土隔墻。鑿毛清洗接合面，涂刷混凝土界面劑，并在原塊石混凝土中種植2排Φ20鋼筋，間距400 mm。驗算表明，扶臂式邊墻自身穩(wěn)定，故通過設(shè)置支撐梁將第2至5廂隔墻及第6至9廂隔墻分別連為一體，形成2個框架結(jié)構(gòu)獨立單元。第1廂及第10廂流道內(nèi)在相應(yīng)位置設(shè)置簡支支撐梁，斷面400 mm×600 mm。

現(xiàn)有扶臂式邊墻雖經(jīng)計算結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但考慮到混凝土存在一定的碳化深度（大于20 mm），用聚合物水泥砂漿對表面進行處理后，既可對混凝土表面進行翻新，又能增加混凝土結(jié)構(gòu)強度。故采用聚合物水泥砂漿（厚度20 mm）對邊墻混凝土表面進行處理。

此外，由于前池內(nèi)隔墻比原隔墻高，需同時將進水閘與交通橋閘墩間3.4 m長閘墩加高1.25 m，采用C20素混凝土，接合面鑿毛清洗并刷界面劑，同時種植2排Φ20鋼筋，單根長1.2 m，間距0.4 m。原走道板保留繼續(xù)使用。

3 建議

泵站運行多年，前池邊墻一直穩(wěn)定，現(xiàn)狀良好?？紤]以后有可能出現(xiàn)的邊界條件變化，建議管理單位加強對邊墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時上報，并采取合理的加固改造措施。

為保證前池的整體穩(wěn)定，改造后的前池運行及檢修時，第1廂及第10廂不可在其余流道空廂的工況下單獨運行，必須保證每個單元其余4個廂體中至少有一廂充滿水。