哈尔滨市松北工程双口面泵站设计

李 欢，李众望，赵现建，吕宏飞

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021)

1 工程概况

哈尔滨松北灌排体系及水生态环境建设工程通过“两纵”、“四横”的方式布置，与松北城区规划的18个湖泊相连接形成一个完整的水系网络，为松北城市发展提供排洪和排涝安全保证。双口面支渠泵站为整个排水泵站群中的一座，位于双口面支渠末端，由双口面支渠向松花江排水。

2 工程基础处理

泵站基础坐落于细砂层上，该层地基承载力较低，仅100～120 kPa，经综合考虑地基土质、泵房结构特点、施工条件等因素，设计采用振冲砂石桩进行地基处理。砂石桩桩径0.5 m，桩深6.0 m，间排距2.0 m，等边三角形布置。施工前先在泵房基础边缘具有相同地质条件位置打了5根试验桩。

根据现场荷载试验的成果,桩体单位面积承载力特征值达到640 kPa,桩间土承载力特征值达到210 kPa,复合地基承载力特征值按下式进行计算：

式中：fspk——复合地基承载力特征值，kPa；fpk——桩体单位面积承载力特征值，kPa；fsk——桩间土承载力特征值，kPa；m——面积置换率；

面积置换率为m=5.7%，复合地基承载力特征值为235 kPa；桩间土标准贯入击数达到15击，地基土质达到中等密实程度。经振冲砂石桩进行地基处理后，地基承载力及建筑物基础大小应力比均达到设计要求。

地基土体大致分为粉质粘土、中砂、粗砂三层，其中粉质粘土最大厚度达20 m，根据《泵站设计规范》对泵房基础进行沉降计算。地基压缩层的计算深度按计算层面处附加应力与自重应力之比等于0.1时确定，经计算压缩土层计算深度为19 m，之下土层压缩量不计。地基处理前粉质粘土的孔隙比为0.949，泵房地基最终沉降量为18.3 cm，为避免对泵房结构安全和泵房内机组正常运行产生不利影响，采用砂石桩地基处理方式，地基处理后粉质粘土的孔隙比为0.56，泵房地基最终沉降量为8.2 cm，满足设计要求。

3 结构布置

双口面支渠泵站为强排泵站，设计流量5 m3/s。泵站安装4台700ZDB-100潜水轴流泵，配套电机功率180 kW，总装机容量720 kW。泵站主要由上游铺盖、进水闸、前池、泵房、压力水箱、穿堤涵管、防洪闸、下游护坦及防冲槽等组成。

上游铺盖长15 m，采用40 cm厚混凝土结构，下铺设10 cm厚碎石垫层。

进水闸为双孔开敞式结构，单孔宽2.5 m。进水闸顺水流方向长9.0 m，闸前设拦污栅，工作闸门采用平面钢闸门。123.50 m高程为闸门操作、检修平台，设置4台螺杆机。进水闸上游采用八字形半重力式翼墙与岸坡连接，下游与前池池首相接。

前池采用正向进水，池首与进水闸相连。前池分为两段，前端为梯形段，长10 m，底宽由5.8 m扩散到11.8 m，底坡为1∶3.89，底高程由112.32 m降到109.75 m；后段为矩形段，长5 m，底宽11.8 m，底高程109.75 m。两侧采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙。

泵房为堤后湿室型，上部为钢筋混凝土框架结构，下部为钢筋混凝土墩墙结构。泵室底板厚1.0 m，下铺设10 cm厚碎石垫层，顺水流方向长7.75 m，宽13.80 m，底板高程109.75 m；上部厂房宽9.2 m，长24.3 m，厂房分为两层，一层地面高程113.45 m，二层地面高程118.12 m。泵房内一字形布置4台700ZDB-100潜水轴流泵，水泵进水管管口高程110.30 m，出水管中心高程114.35 m。

压力水箱为单层钢筋混凝土结构，顺水流方向长8.0 m，前段与泵房相接，后段逐渐收缩与穿堤涵相连。压力水箱顶部设1.5m×1.5m的进人孔。压力水箱后接穿堤涵洞，涵管为单孔2.5m×2.5m钢筋混凝土箱型结构，总长90.0m。涵管底高程115.12m，分为9节，单节长10.0m。为防止闸门启闭时压力水箱充泄水时压力升高或出现负压，在泵房下游墙内埋设两根通气管，一端伸入压力水箱顶部，另一端升高到校核洪水位以上与外界相通。

防洪闸布置在涵管出口处，顺水流方向长5.0m，宽4.5m，底板高程115.12m，工作闸门采用平面钢闸门。

防洪闸后接5.0m长的下游护坦段，护坦采用40cm厚的块石，下铺设10cm厚碎石垫层和10cm厚水撼砂垫层。护坦后接4.3m长的防冲槽，槽深2.0m，上游坡1∶0.5，下游坡1∶1。

4 建筑造型

泵站位于哈尔滨松北区市内，双口面支渠末端，环城景观大道由泵站后侧穿过，平时人流车流较多，因此，设计时要兼顾美观并与周围环境协调一致。建筑造型设计中在进厂大门侧增加了门廊结构，由泵房外墙向外挑台长度1.5m，基础设置6根立柱，进厂门外立柱跨度6.2m，其他跨度2.8m。泵房正面设计一具有俄罗斯风格钟楼，泵房正面及背面对称布置上、下两层共28扇窗户，上层中间3扇为城门洞形。泵房顶板127.0m高程女儿墙以上做成四面内倾斜屋面，屋面挂蓝灰色玻纤瓦。

5 防水防冻

该泵站位于双口面支渠末端松花江堤防内侧，地下水位较高，泵站进水前池最高运行水位115.34m，泵房水泵层楼板高程113.45m，承受约2m高水头，浇筑楼板混凝土选用W6抗渗指标，水泵座环加设防水垫圈。泵站出口最高运行水位120.63m，压力水箱顶板底高程117.62m，承受约3m高水头，浇筑压力水箱混凝土选用W6抗渗指标，进人孔有压盖板下加设密封垫片，压力水箱与泵房间设置橡胶止水带，压力水箱内布置一根放空管，穿过下游墙、113.45m高程楼板、水泵隔墩伸入泵站进水前池，冬季开启放空压力水箱，防止冻胀。穿堤涵洞由景观大道下穿过，为防止内水外渗对公路产生不利影响，每段涵洞接缝处均设置橡胶止水带，接缝外侧混凝土结构突起30cm高防止松花江外水绕渗，涵洞施工过程中施工缝采取设置键槽、缝间加设一道止水钢板的处理措施。

泵站处地下水位较高，原状土大部为粉质粘土，为防止冬季回填土冻胀变形及挡土墙前冰冻压力对建筑物产生危害，将原设计泵站进口段悬臂式挡墙改为半重力式挡土墙，墙上布置PVC排水孔以降低地下水位，挡墙墙背后贴一层10cm厚挤塑板缓解冻土对挡墙的破坏作用，挡土墙后选用粗粒材料作为回填土，回填料选择耐风化，颗粒级配较好，透水性好，不易发生渗透变形的中粗砂或砂砾石。