白馬涇泵站開挖及砼裂縫控制設計

嚴謹　李曉丹?劉菲

摘 要：針對白馬涇泵站的工程實際情況，結合地形、地質條件及邊坡穩(wěn)定要求，對泵站基礎采取分期開挖，局部采用陡邊坡開挖，加快了施工進度，減少了開挖工程量及投資。在泵房出水流道砼中摻入聚丙烯纖維并預埋冷卻水管，有效控制混凝土裂縫的發(fā)生。

關鍵詞：泵站工程;基礎開挖;裂縫控制

中圖法分類號：TV331? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1? 工程概況

1.1? 工程等級和設計標準

白馬涇泵站設計流量為160m3/s，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）、《泵站設計規(guī)范》（GB/T50265-97）等規(guī)程規(guī)范的相關規(guī)定，泵站為Ⅱ等工程，泵站規(guī)模為大（2）型，主要建筑物（主泵房、攔污柵、進出水渠、進出水池、出水流道、進水池翼墻、防洪閘等）級別為2級，次要建筑物級別為3級，其他臨時性建筑物級別為4級。主要建筑物的抗震設計烈度為6度。

1.2? 樞紐布置設計

白馬涇泵站位于武漢市東西湖區(qū)、東西湖圍堤府河右堤樁號12+700處。工程排水線路為：在金銀湖與府河右堤內側站址之間開挖長約1 924m的引水渠道，將金銀湖水引至泵站前，經(jīng)泵站抽排、由穿堤出水流道排至府河右堤外側的出水渠并送入府河。

白馬涇泵站采用堤后式，主泵房居中，安裝間布置在左側，副廠房布置在右側;堤上進場公路布置在安裝間左側堤腳下，站區(qū)內道路通過攔污柵橋、前池兩側公路和主泵房出水側道路形成環(huán)行。

工程總體布置為：泵站形式為堤后式，主水泵為立式混流泵，采用肘形進水流道和虹吸式出水流道，外江出水流道末端設防洪閘。泵房建于府河右堤堤內平臺處，主泵房出水側距江堤內堤肩約65m;泵房內安裝6臺套立式混流泵和立式同步電動機;安裝間和副廠房分別布置在主泵房左（西）、右（東）兩側，呈一字形排列;變電站位于泵房右側堤腳處;站前攔污柵布置在引水渠上距離主泵房約100m處;主泵房后接駝峰式出水流道與堤外防洪閘相接;防洪閘、出水池和出水渠布置在堤外;進水渠道兩側布置有進場公路，站區(qū)內公路通過攔污柵橋、泵房左右兩側和泵房出水側形成環(huán)行。

主泵房為多層布置，泵房下部采用全封閉式結構。主泵房平面尺寸51.82×17.4m（長×寬），底板尺寸51.82×22.9m，分兩聯(lián)布置，兩聯(lián)間沉降縫寬2cm。主泵房進口部分長5.5m，設置進口攔污柵和檢修工作門;主機間寬17.4m，內設6臺機組，一列式布置，機組間距8.3m，分縫處機組間距8.92m。水泵轉輪中心高程13.80m，出水管道中心高程19.24m;主機間從上至下共有5層，最上層為電機層，高程為26.64m，第二層為聯(lián)軸層，高程21.95m;第三層為人孔層，高程17.25m;第四層為水泵層，高程12.85m;基礎為2.0m厚底板，進水流道底板高程9.9～9.23m。

安裝間布置在主泵房的左側，垂直于水流方向長17.0m，寬度及高度同主泵房。安裝場層高程22.50m;其下部分設二層，底層為透平油庫層，高程為12.85m;第二層為空壓機層，高程為17.25m。

副廠房平面尺寸17.4×24.9m，共設四層，地下一層、地面以上三層。地面層高程22.50m，布置高低壓柜室、消防控制室、門廳以及樓梯間和衛(wèi)生間;第二層高程29.50m，為中控室層;最上層為會議室和值班室，高程為32.50m;地面以下為電纜層，高程為19.20m。

由于泵房基底應力遠大于地基容許承載力，因此采用樁徑為125cm的鋼筋混凝土灌注樁進行基礎處理，其中主泵房底板下共布置105根，平均樁長24.565m，樁底高程-17.20m;安裝間底板下共布置16根，平均樁長29.57m，樁底高程-17.20～-22.20m;副廠房底板下共布置20根，平均樁長35.90m，樁底高程-17.20～-19.20m。

2? 泵站基礎開挖

大型泵站地基處理方案很多，選用合適的地基處理方案對泵站的工期、經(jīng)濟性更為重要。泵站深基坑工程施工周期較長，從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程，常常會遇到降雨、周邊堆載、振動等諸多不利影響，安全保障度的隨機性大，技術復雜性遠甚于永久性的基礎結構或上部結構。基坑本身的深度、平面形狀隨著時間的推移及外界條件的變化，對其穩(wěn)定性和變形會有較大的影響。

白馬涇泵站站區(qū)地面高程18.5～24.5m，主泵房、安裝場及副廠房建基面高程分別為6.83m、11.35m、17.7m，基坑最大深度為17.67m。泵站主泵房、安裝場及副廠房由于地基承載力不滿足要求及考慮相鄰建筑物不均勻沉降，均采用混凝土灌注樁進行處理。但由于主泵房與副廠房間建基面相差10.87m，若采用常規(guī)基坑開挖，勢必增加副廠房下灌注樁的長度，且副廠房底板下回填也難以實施。

經(jīng)反復研究，白馬涇泵站施工采取分期開挖，一期開挖至副廠房建基面高程后，先進行混凝土灌注樁施工，灌注樁在各部位建基面以下澆筑混凝土為實樁，建基面以上為空樁，待灌注樁施工完成后再二期開挖至建基面，基坑開挖臨時邊坡一般為1∶1.5，主泵房臨副廠房側開挖邊坡則為1∶0.2，并采用土錨釘及表面掛φ6@15cm鋼筋網(wǎng)、噴8cm厚C20砼進行支護。通過上述處理，不僅減少了深基坑暴露時間，加快了施工進度，并且減少了開挖工程量、副廠房灌注樁長度及工程投資。

3? 泵站大體積混凝土及與薄壁聯(lián)合結構的裂縫控制

3.1? 工程施工難點

白馬涇泵站根據(jù)武漢市工程建設統(tǒng)一要求采用商品混凝土，而水利工程大體積結構采用商品混凝土施工不確定因素較多，為便于運輸和泵送混凝土，商品混凝土一般骨料粒徑小、坍落度較大，配合比中一般摻入大量的外加劑，施工中泌水現(xiàn)象嚴重，給混凝土澆筑增加了不少困難。

泵房出水流道結構設計又是混凝土裂縫控制的重中之重，如果出現(xiàn)裂縫不僅會影響泵站正常運用，而且會影響堤防安全。由于泵房出水流道上、下面板相對左右側墻為薄壁結構，兩側邊墻由于泵房中、邊墩的布置需要一般較厚、屬大體積混凝土結構，在類似工程中，泵房出水流道底板、頂板多因溫度應力等諸多因素而產(chǎn)生混凝土裂縫。本工程泵房出水流道上、下層板厚80cm，屬薄壁結構，兩側邊墻厚465cm，屬大體積混凝土結構。

由于白馬涇泵站是武漢市東西湖區(qū)排澇重點工程，東西湖區(qū)人大督辦要求2年建設完工，施工工期要求緊迫，且存在堤防安全度汛要求，泵站主泵房與出口穿堤建筑物及防洪閘需分期施工，故工程不得不在夏季高溫時期施工。本工程泵房出水流道施工正值6月至7月，氣溫較高，晝夜溫差較大，不利于混凝土澆筑施工。

3.2? 工程混凝土裂縫控制措施

（1）對商品混凝土：為降低水泥水化熱溫升，要求應選擇合適的混凝土級配、摻合料、外加劑，在保證28d齡期設計強度的前提下盡量降低水泥用量;碎石、砂采用噴灑冷卻水降溫，盡量縮短運輸時間，盡量減小混凝土坍落度，混凝土坍落度控制在120mm左右，混凝土入倉溫度控制在25℃。

（2）混凝土摻入聚丙烯纖維：考慮泵站出口流道結構復雜，在混凝土中摻入廉價聚丙烯纖維防止施工裂縫。

（3）混凝土澆筑：由于工程混凝土澆筑正處于夏季，施工時要求充分利用早晚氣溫低的時段澆筑混凝土，建議晚上6點以后開倉、早上8點前收倉;并加快澆筑覆蓋速度，縮短澆筑中已振搗混凝土表面暴露時間，防止溫度回升。并要求混凝土采用分層澆筑，澆筑層厚不大于1.5m，通倉薄層短間歇，一般間歇期為5～7d。

（4）預埋冷卻水管：對泵房出水流道部位設置預埋冷卻水管控制混凝土最高升溫。冷卻水管直徑采用1in（2.54cm）HDPE管，平面呈蛇形布置，每層總布置長度小于180m。一期通水流量為每小時1.0～1.5m3/s，流速為0.6～0.7m/s，24h變換一次通水方向，通水持續(xù)時間一般為20d左右，降到接近月平均氣溫時即可停止。

混凝土最高澆筑溫度不得超過28℃，冷卻水溫度為15～18℃左右，水溫與混凝土溫度之差應小于25℃;并加強倉面養(yǎng)護措施，澆筑后采用流水養(yǎng)護，至下一層開倉為止，頂層養(yǎng)護時間不少于20d。

由于在結構設計中充分考慮諸多不利因素，做好溫控處理，泵站建成運行至今已9年，經(jīng)檢查，所有部位均未發(fā)現(xiàn)混凝土裂縫。

4  結語

白馬涇泵站是東西湖區(qū)綜合排澇體系中的骨干泵站。泵站于2009年9月正式開工建設，2012年4月工程全面建成，主水泵機組安裝調試成功，泵站投入排澇運行。經(jīng)過2012—2020年主汛期的排澇運行，尤其是在2012年的“7.13”、2013年“7.7”和2016年“7.5”特大暴雨中，泵站以良好的運行狀態(tài)發(fā)揮了關鍵的作用，為東西湖區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全和社會經(jīng)濟發(fā)展提供了強有力的保障。

泵站基礎采用分期開挖，對灌注樁基礎采用實樁和空樁的施工方式，減少了深基坑暴露時間及因深基坑長期暴露而必須采取的相應支護的工程投資;在滿足邊坡穩(wěn)定的前提下，對相鄰建筑物進行適當?shù)闹ёo后采用陡邊坡開挖，不僅加快了施工進度，并且減少了開挖工程量、相鄰建筑物灌注樁長度及工程投資。

白馬涇泵站由于施工工期、工程安全度汛等諸多原因，使得泵站流道混凝土在氣溫高達32℃，非正常氣溫情況下澆筑施工，通過在混凝土中摻入聚丙烯纖維、埋設冷卻水管有效地控制混凝土溫升，工程建成運行9年多尚未發(fā)現(xiàn)任何部位混凝土出現(xiàn)裂縫，為今后在特殊情況下混凝土施工，控制混凝土裂縫積累了經(jīng)驗。

Excavation of Baimajing Pumping Station and Control Design of Concrete Cracks

Yan Jin，Li Xiaodan，Liu Fei

（Hubei Water Conservancy and Hydropower Planning，Survey and Design Institute，Wuhan 430070，China）

Abstract：Aiming at the engineering current situation of BaiMajing pump station，combined with the terrain and geological conditions and the slope stability requirements，we adopted the method of multi-stage excavation to pumping station foundation and the method of steep slope excavation partly ，speeding up the construction progress，reducing the excavation quantities and investment.In the pump outlet conduit concrete，mixed with polypropylene fiber and pre-buried cooling water pipe can effectively control the occurrence of the concrete cracks.

Key words：pump station engineering; foundation excavation; crack control

收稿日期：2022-02-20

作者簡介：嚴謹，女，高級工程師，本科，研究方向為水工結構。E-mail：y515j@126.com