吳太原

淺談泵站技術(shù)改造原位下沉施工方案

吳太原

一、基本情況

五河縣城南泵站位于該縣城南新區(qū)，建于2008年，當(dāng)年是按照城南園區(qū)6.0km2的高排區(qū)排水條件設(shè)計(jì)的，為濕室型軸流泵站，其下部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)泵室，上部為框架結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房；泵站裝機(jī)4臺(tái)共800kW。受城南新區(qū)建設(shè)影響，城南泵站排水范圍發(fā)生變化，原高排格局已被打破。為滿(mǎn)足排水區(qū)低水位時(shí)的抽排要求，需要對(duì)該站進(jìn)行技術(shù)改造。

二、技術(shù)改造方案的選擇

就城南泵站而言，本次技術(shù)改造主要的任務(wù)就是解決城南泵站在低水位時(shí)的抽排問(wèn)題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如無(wú)法通過(guò)其他技術(shù)手段降低水泵安裝和泵室底板高程，就只能選擇拆除重建。因泵站建設(shè)年代較近，原泵站土建結(jié)構(gòu)和設(shè)備狀況良好，且拆除重建方案建設(shè)工期較長(zhǎng)，顯然拆除重建是極不經(jīng)濟(jì)的，社會(huì)影響也較大。

根據(jù)泵站排區(qū)的地形和匯排水情況，經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，需要將現(xiàn)狀泵站的水泵安裝高度降低1m方能滿(mǎn)足使用要求。由于水泵進(jìn)水口安裝高度距離底板僅有685mm，按規(guī)范要求和實(shí)際情況，在泵室底板無(wú)法下降的情況下，水泵安裝高程再無(wú)下降可能。通過(guò)技術(shù)分析，可以降低該站底板高程的有局部破拆重建反拱底板、泵站整體平移回遷和泵站原位下沉三種方案。方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

由于整體下沉方案是在原址上實(shí)施，不用拆除和重新安裝機(jī)泵，對(duì)周邊影響小，施工安全，改造后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)流態(tài)和進(jìn)水室容量，且投資相對(duì)較??；泵室為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，且地基承載較高，為泵站整體下沉創(chuàng)造了條件。經(jīng)綜合比較選擇泵站整體下沉方案。

三、泵站整體下沉的施工難點(diǎn)分析

（1）泵房基礎(chǔ)埋藏深，在自然水面以下4m左右；距離堤壩近，受外河高水位影響大，地下水位高；（2）泵站整體下降高度1.0m，機(jī)械無(wú)法作業(yè)，人工挖掏土方作業(yè)困難；（3）泵房整體下沉?xí)r要保證垂直下降、整體平穩(wěn)、安全可靠，下沉后要保證泵房基礎(chǔ)穩(wěn)固、機(jī)泵軸心鉛直；（4）在狹小的空間里施工鋼筋混凝土支承平臺(tái)較為困難；（5）頂升時(shí)需找出設(shè)備重心點(diǎn)才能精確定位千斤頂布設(shè)位置，以保證下沉的安全可靠性。（6）實(shí)施過(guò)程中泵室段與壓力水箱間銜接處理。

四、整體下沉方案及工作思路

結(jié)合現(xiàn)狀實(shí)際情況，基本工作思路為：（1）研究原泵站竣工圖紙和工程實(shí)體，分析計(jì)算泵房重量，找出泵房重心點(diǎn)和結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)位置，科學(xué)精確地定位布設(shè)千斤頂和安置支承物；（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量泵房各部位高程，精確繪制泵房現(xiàn)狀平面圖，并于周邊設(shè)置固定控制點(diǎn)；筑內(nèi)河圍堰，抽排泵室及前池明水；（3）拆除泵房周?chē)练?；?）沿泵房周?chē)贾镁c(diǎn)降水，營(yíng)造相對(duì)干燥的施工環(huán)境；（5）沿著5個(gè)墩墻下部人工掏挖甬道，做鋼筋混凝土反力支承基礎(chǔ)；（6）根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，布設(shè)千斤頂安放位置；（7）荷載托換和下沉，復(fù)核下沉高度和平整度及位移情況，調(diào)整修正；（8）混凝土填充底板下部空隙。

五、泵站整體下沉的具體措施

該泵站泵室為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，其下地基承載力較高（達(dá)210kPa），為泵站整體下沉創(chuàng)造了條件。整體下沉具體技術(shù)措施如下：

（1）剝離泵室與周邊的連系后，首先采用挖機(jī)開(kāi)挖泵室周邊土方，至底板基面以上2.0m高度時(shí)留置一個(gè)2m寬平臺(tái)以備布置井點(diǎn)降水，待開(kāi)挖到現(xiàn)狀基礎(chǔ)底面高度時(shí)停止機(jī)械開(kāi)挖，改用人工掏挖，直至挖到計(jì)劃下沉面以下0.5m。

（2）沿泵房周?chē)拈_(kāi)挖預(yù)留平臺(tái)上布置井點(diǎn)降水，井點(diǎn)管間距1m、管長(zhǎng)6m，在施工期間采用2臺(tái)離心式水泵不間斷抽排，以降低基坑地下水位，營(yíng)造相對(duì)干燥的施工環(huán)境。

（3）于泵室底板順?biāo)鞣较虻?個(gè)墩墻下面先后人工掏挖5條甬道。首先從中墩③前后側(cè)相向人工掏挖底寬1.5m、高1m和縱深2.5m的甬洞，清基后澆筑混凝土墊層和長(zhǎng)2.5m的C30鋼筋混凝土支承基礎(chǔ)，達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后安裝混凝土預(yù)制塊和千斤頂，千斤頂高度不足部分采用鋼支承和鋼板襯墊；在中墩③已做的新基礎(chǔ)未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，為加快工程進(jìn)度，其間可對(duì)邊墩①和⑤從前后側(cè)相向掏挖同樣規(guī)格的甬洞，并澆筑基礎(chǔ)，為保證穩(wěn)定性，在邊墩的外側(cè)用鋼管支撐加厚鋼板頂托，待達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后改用新基礎(chǔ)并列安裝混凝土預(yù)制塊和千斤頂；然后掏挖中墩②和④下土方并澆筑基礎(chǔ)和安裝頂托；之后施工墩墻中下部；在完成5條甬道基礎(chǔ)施工和頂托支承后，清盡泵房底板下的所有土方和雜物。

（4）千斤頂布置：本次需下沉建筑物總重量經(jīng)復(fù)核計(jì)算為874t，按5個(gè)墩墻下設(shè)置5條南北向反力基礎(chǔ)為支承計(jì)算，3個(gè)中墩承載偏大，約為190t左右，兩個(gè)邊墩承載約為152t；中墩線(xiàn)荷截達(dá)22t/m左右，若每個(gè)墩墻下布置5處千斤頂，新做支承基礎(chǔ)寬1.5m，則單處下沉壓力近15MPa。考慮到荷載分布的不均勻問(wèn)題，兩個(gè)邊墩下分別布置7臺(tái)、3個(gè)中墩下分別布置10臺(tái)100t行程130mm千斤頂，千斤頂高度為30cm，共使用44臺(tái)千斤頂。并列下沉托換使用混凝土預(yù)制墊塊，托換點(diǎn)不得低于千斤頂數(shù)量。安裝下沉頂升設(shè)備及臨時(shí)托換塊時(shí)注意垂直度、水平對(duì)正，千斤頂頂端必須墊襯鋼板，被頂工件面需平整。完成上述工作后，即可緩慢下沉。

表1　泵室底板下沉方案比選

六、動(dòng)態(tài)下沉

1.稱(chēng)重和試下沉頂升

利用液壓加壓讀出設(shè)備支架單點(diǎn)的荷載，如每臺(tái)千斤頂荷載不相同就要給它們使用不同的壓力。為了保證多點(diǎn)頂負(fù)荷一致，在下沉頂升設(shè)備之前，首先要讓多頂均勻接觸工件，并以多頂均勻接觸工件的這一點(diǎn)作為多頂運(yùn)行的基準(zhǔn)，為此，安裝中要有一個(gè)受力平衡貼合功能。為保證頂升過(guò)程按要求進(jìn)行，在頂升前應(yīng)測(cè)定每個(gè)頂升點(diǎn)處的實(shí)際荷載。

稱(chēng)重時(shí)依據(jù)計(jì)算頂升荷載，采用逐級(jí)加載的方式進(jìn)行，在一定的頂升高度內(nèi)（1～10mm），通過(guò)反復(fù)調(diào)整各組的油壓，可以設(shè)定一組頂升油壓值，使每個(gè)頂點(diǎn)的頂升壓力與其上部荷載基本平衡。為觀(guān)察頂升處是否脫離，可用百分表測(cè)定其行程。將每點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值比較，計(jì)算其差異量，由液壓工程師和結(jié)構(gòu)工程師共同分析原因，最終確定該點(diǎn)實(shí)測(cè)值能否作為頂升時(shí)的基準(zhǔn)值。如差異較大，將作相應(yīng)調(diào)整。為了觀(guān)察和考核整個(gè)頂升施工系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及對(duì)稱(chēng)重結(jié)果的校核，在正式頂升之前，應(yīng)進(jìn)行試頂升，試頂升高度10mm。試頂升結(jié)束后，提供整體姿態(tài)、結(jié)構(gòu)位移等情況，為正式頂升提供依據(jù)。

2.正式下沉

試頂升后，觀(guān)察若無(wú)問(wèn)題，便進(jìn)行正式頂升。正式頂升時(shí)，須對(duì)整個(gè)頂升過(guò)程認(rèn)真作好記錄。先按預(yù)設(shè)荷載進(jìn)行加載和頂升；及時(shí)跟進(jìn)各個(gè)觀(guān)察點(diǎn)反映測(cè)量情況；各個(gè)測(cè)量點(diǎn)反映的測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)匯交現(xiàn)場(chǎng)指揮中心，比較實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的差異，分析研究數(shù)據(jù)偏差原因，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；科學(xué)調(diào)整后，有針對(duì)性地決策下一步操作。

3.頂升注意事項(xiàng)

（1）下沉過(guò)程中要求各方密切配合，做好記錄，并指定專(zhuān)人觀(guān)察整個(gè)系統(tǒng)的工作情況，若有異常，直接通知指揮控制中心；結(jié)構(gòu)頂升空間內(nèi)不得有障礙物。

（2）整個(gè)下沉過(guò)程應(yīng)觀(guān)察位移傳感器的頂升位置，當(dāng)任何一缸的壓力誤差大于5%，控制系統(tǒng)要立即關(guān)閉液控單向閥，以確保建筑物安全。

（3）下沉完成后，對(duì)計(jì)算機(jī)顯示的各油缸的位移和千斤頂?shù)膲毫η闆r進(jìn)行整理分析，如有異常要及時(shí)處理。并測(cè)量各標(biāo)高觀(guān)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高值，計(jì)算各觀(guān)測(cè)點(diǎn)的抬升高度，檢查建筑物傾斜度，作為工程竣工驗(yàn)收資料。

七、就位對(duì)接處理

整體下沉頂升工作完成，關(guān)掉所有千斤頂下腔截止閥，并檢查千斤頂液壓油有無(wú)滲漏和缸體的爆裂，所有檢查項(xiàng)目結(jié)束。利用預(yù)制好的混凝土塊面做臨時(shí)支撐，并保持垂直，上下水平度有誤差可以使用不同厚度的鋼板墊實(shí)，保證建筑物水平，確保機(jī)械組平穩(wěn)下落。拆掉所有頂升設(shè)備后，要保證臨時(shí)支撐穩(wěn)固；于泵室底板上部鉆孔，并在底板外圍立模，通過(guò)鉆孔向底板下部澆灌C30混凝土，充實(shí)整個(gè)底板。

八、泵站整體下沉的評(píng)價(jià)

城南泵站技術(shù)改造工程已按設(shè)計(jì)要求完工，到了設(shè)計(jì)使用要求，現(xiàn)泵站運(yùn)行狀況良好。城南泵站采取整體下沉處理方案，泵室原位下沉投資不到60萬(wàn)元，施工期僅2個(gè)月，而且施工安全可靠、耗費(fèi)材料少。該技術(shù)可在類(lèi)似泵站技術(shù)改造工程中借鑒推廣■

（作者單位：安徽省五河縣水利局233300）