潛水軸流泵站土建設計要點介紹

2中電建生態(tài)環(huán)境集團有限公司廣東深圳518102摘要：近些年隨著城市建設的發(fā)展，城市防洪排澇標準不斷提高，城區(qū)河道治理工程較多，泵站建設進入了一個高潮期。潛水軸流泵由于具有結構簡單、整體吊裝、安裝檢修方便、運行靈活、投資較少等優(yōu)點，廣泛應用于城市中小型排澇泵站及河道配水泵站。本文主要介紹潛水軸流泵站土建設計要點及需注意的問題。關鍵詞：潛水軸流泵；進水流道；泵房；出水流道CivildesignandtechnicalkeypointsanalysisofsubmersibleaxialflowpumpstationHANXIAOHUI(POWERCHINAHUADONGENGINEERINGCORPORATIONLIMITED)Abstract：Inrecentyears,withthedevelopmentofurbanconstruction,thestandardoffloodcontrolanddrainagehasbeenimprovedcontinuously,therearemanyrivertreatmentprojectsinurbanarea,andpumpstationconstructionhasenteredahightideperiod.Thesubmersibleaxialflowpumphastheadvantagesofsimplestructure,integralhoisting,convenientinstallationandmaintenance,flexibleoperationandlessinvestment.Itiswidelyusedinsmallandmedium-sizeddrainagepumpstationsincitiesandrivercleaningpumpstations.Thispapermainlyintroducesthetechnicalpointsandproblemsneedingattentioninthecivildesignofthesubmersibleaxialflowpump.Keywords：submersibleaxial—flowpump；inletpassage；pumphouse；outletpassage引言近些年隨著城市建設的發(fā)展，城市防洪排澇標準不斷提高，城區(qū)河道治理工程較多，泵站建設進入了一個高潮期。潛水軸流泵由于具有結構簡單、整體吊裝安裝檢修方便、運行靈活、投資較少等優(yōu)點，廣泛應用于城市中小型排澇泵站、城市河道配水泵站。潛水軸流泵站土建設計要點介紹潛水軸流水泵其特點是揚程較低（一般小于10m），單泵流量不大（小于10m3/s），水泵采用整體抽芯結構，結構簡單、運行維護方便。相比其他型式泵站，潛水軸流泵站泵房土建結構較為簡單，泵站主要分為三部分：進水建筑物、泵房、出水建筑物。進水建筑物進水建筑物是泵站工程的重要組成部分，包括引渠、前池及進水池。泵站引渠的線路選擇應根據選定的取水口及泵房位置，結合地形地質條件，通過經濟技術比較選定，潛水泵站體量較小，多布置在渠邊，直接從渠道取水，引渠即為渠道。前池是銜接引渠和進水池的水工建筑物，根據水流方向前池分正向進水前池和側向進水前池，如下圖示。泵站直接從渠道取水，渠道、前池和進水池進水方向一致，為正向進水；前池的來水方向和進水池的進水方向正交或斜交，為側向進水，側向進水由于流向改變，水流容易形成回流、漩渦和流速分布不均等，可能會影響水泵進水條件。正向進水型式簡單、水流平順、流速均勻，池內相對不易產生旋渦，在有條件情況下宜優(yōu)先選用正向進水型式。前池銜接引渠和進水池，前池容積應滿足水泵進水要求。前池底高程一般比進水池高，底部平面呈梯形，為使池內流態(tài)良好，底坡不宜陡于1:4；前池擴散角宜與水流的天然擴散角相吻合，正向進水的前池擴散角一般取20。~40。。如果引渠較長時，前池頂高程應考慮停機時池內水面壅高影響等因素。態(tài)良好，滿足水泵進水要求，且便于清淤及維護管理；根據《泵站設計規(guī)范》(GB50265-2010)，進水池水下有效容積可按共用該進水池的水泵30倍~50倍設計流量確定。根據《泵站》，在各種運行水位下，進水池秒換水系數K，當流量小于0.5m3/s時宜為25~30，流量大于0.5山3人時宜為15~20，秒換水系數計算公式：式中：k—秒換水系數；Q—排水流量(m3/s)；B—進水池寬(m)；h一進水池水深(m)；L—進水池池長(m)；對于多泥沙河流上的泵站，設計時應在引渠、前池考慮設置攔沙、沉沙、排沙等設施。泵房

泵房是安裝主機及其輔助設備的建筑物，是整個泵站的主體工程。潛水軸流泵房根據水泵及其電機布置要求，其下部結構順水流方向分為進水流道、筒體、出水流道三部分，相比其他型式泵房，潛水軸流泵站結構布置簡單。典型潛水軸流泵站布置見下圖：典型潛水軸流泵泵房布置圖考慮潛水軸流泵站水泵設備維護簡單方便，當考慮泵站布置盡量減少對城市景觀影響等因素時，設計可取消泵站地面以上結構，泵站頂高程與周圍地面相同使泵站與其周圍景觀相融合。潛水泵站進水流道形式有簸箕形流道、肘形流道及鐘形流道，流道體型如下圖示。三種型式的進水流道都可為水泵葉輪室進口提供良好的進水流態(tài)，肘形進水流道流態(tài)簡單，水力損失小，鐘形和簸箕形進水流道的流態(tài)較復雜、水力損失相對較大。潛水軸流泵站小流量直接從進水池吸水，大流量多采用肘形流道。潛水泵站揚程較低，為減小水頭損失，避免產生渦帶，流道進口斷面流速宜取0.8m/s~1.0m/s。肘形進水流道簸箕形進水流道鐘形進水流道潛水泵使用時整個泵組潛入水中工作，根據其形體，其保護結構多設計成圓筒形，工作時泵組支撐于筒體下部支座，電機布置于筒體上部。出水流道多采用直管式、矩形倒圓斷面型式，出口流速不宜大于1.5m3/s，有拍門時不宜大于2.0m3/s；流道內應設置通氣孔，開機時用于排出流道氣體，關機時消除真空、緩閉拍門，通氣孔宜高出最高運行水位0.7m，頂部設計成彎頭或外加防護罩，防止突然停機時流道內水流外飆造成危害。因揚程較低，流量不大，出水流道普遍采用拍門斷流。出水建筑物出水建筑物包括出水池及出水渠。出水池分正向出水池、側向出水池，如下圖示，條件允許時，宜采用正向出水。出水池分開敞式出水池、封閉式出水池（無壓型式）及壓力水箱。出水池形體及尺寸設計應滿足池內水流順暢、穩(wěn)定、水力損失小、池內流速不大于2.0m3/s、不出現(xiàn)水躍等要求；當出水池與出水渠道不等寬時，設漸變段連接，漸變段的收縮角宜小于40。。壓力水箱一般不允許出現(xiàn)明滿流交替工況，形體尺寸按箱內的設計流速（一般取1.5~2.5m/s）及檢修要求確定。出水渠分河道出水、箱涵出水、鋼管出水。出水池順接河道，出水水流順暢，為理想的出水方式。開敞式出水池接箱涵或鋼管出水時，出水池池壁應有一定的安全超高，以防開機瞬間出水池內水位涌高外溢。采用封閉式出水池（無壓型式）結構時，池內容積適量加大，頂上設通氣孔或排氣閥，以防泵站啟停時，池內壓力過大，頂起檢修井蓋板。采用壓力水箱方案時，應考慮水錘等脈動壓力，除混凝土結構需滿足受力要求外，壓力水箱頂部應設排氣閥，以避免檢修井蓋板被頂起。泵站基礎處理潛水軸流泵站多建于河道附近，地基多為軟基，且水泵布置于流道之后，結構布置上泵站前輕后重，地基受力分布不均，一般難以滿足地基承載能力、穩(wěn)定和變形的要求，故需要根據具體地勘資料進行計算分析并對地基進行適當處理，目前常采用樁基處理方案，包括鉆孔灌注樁、旋噴樁、水泥攪拌樁、鋼管樁，混凝土管樁等型式，需要根據現(xiàn)場實際情況及業(yè)主要求、施工進度等比較選定。樁基的計算除驗算豎向承載力和水平承載力以外，其不可恢復的水平位移還不應超過5mm。按照《泵站設計規(guī)范》中的相關規(guī)定，地基計算主要包括滲流穩(wěn)定性驗算、整體穩(wěn)定計算、地基沉降計算。需要特別注意的是，對泵站地基中有可能發(fā)生液化的土層宜挖除。當該土層難以挖除時，宜采用振沖法或強力夯實法等處理措施，也可結合地基防滲要求，采用板樁或連續(xù)墻圍閉等措施。滲流及地基液化處理可按《水閘設計規(guī)范》（SL265-2016）要求進行設計。以杭州四五閘閘站為例，水閘和泵站呈“一”字型布置，閘站滲透穩(wěn)定計算滿足規(guī)范要求，由于基礎土層里含砂容易引起“液化”，故在閘站底板設置防滲墻。Hr⑷Hr⑷杭州四五閘閘站基礎處理斷面圖4.結束語潛水軸流泵裝置簡單，泵房結構布置也相對簡單；近十年內，華東院設計了鹿山泵站、新橋泵站、謝村泵站、浦口泵站等十幾座潛水軸流