刘源

（益阳市水利水电勘测设计研究院 益阳市 413000）

汤哲夫

（益阳市水利水电建设监理有限公司 益阳市 413000）

团山电排位于益阳市桃江县城关镇董斯桥，是桃江县城的一处中型电排工程，电排装机容量4×250+3×37 kW，受益区面积0.36万 hm2（5.36万亩），受益区人口 4万，泵站扬程8.4m，排涝流量8.8m3/s，兼有城区排涝、排污双重任务。这些电排站的建成，充分发挥着治涝的效益，为全市经济的稳定增长,特别是农业的丰收发挥了重大的作用。但是随着社会主义市场经济体制建立，社会主义新农村建设的迅猛发展,高效农业、种养殖业结构调整使得当地群众对排涝提出了更高的要求，电排站迫切需要进行更新与优化。

1 电排总体布置

按城区雨污分流的原则进行总体布置，排涝系统与排污系统分开布置。进口设两孔检修闸，排涝进水涵管、前池、排涝机组布置在左侧；排污暗涵（1.0m×1.5m）及排污机组布置在右侧，泵房底层进水池用钢筋混凝土隔墙隔离。排污出水管采用3根Ф150mm铸铁钢管，排涝出水管采用4根Ф1200mm预应力钢筋混凝土管出水，出口设钢拍门，接一级消力池消能。保留原有在左侧的排水闸。

此种布置充分考虑了桃江县城区雨污分流要求，排污涵可以与将来的城区地下排污管网相接，城区生产、生活污水可不进入地面雨水排涝系统。直接从团山泵站排污涵由排污泵排至下游污水处理厂处理。保留了原有排水闸，充分利用排水闸汛期的自排功能，避免了电排长期开机，减轻了电费负担。

2 各部分结构设计

2.1 检修闸

检修闸前设置了6.0m×3.0m×1.2m矩形沉沙池，可以减少泵站前池泥沙淤积问题，在引水渠内清淤更方便。检修闸启闭机台面上人采用钢筋混凝土踏步结构，设计更合理与适用。检修闸前采用回转式自动清污机，工艺更先进，节省了人工清污费、日常维护费。

2.2 前池部分

2.2.1 现状情况下渗流计算

桃江县团山电排站所在堤段堤身土为黄褐、灰褐色粉质粘土、淤泥质粘土，含粉细砂，结构较松散，呈可塑状，外坡已进行混凝土块护坡。从多年运行情况看，堤身还从未发生过渗透破坏险情，而基础却屡屡出现前池及进水渠边坡等部位的管涌，主要存在基础渗透稳定破坏，因此有必要对基础渗透稳定进行复核，以便对基础安全状况作出评价。

根据地质资料，电排站基础上部覆盖层为粘土和粉质粘土层，为隔水层;中部为粉细砂层，渗透系数均值9× 10-3cm/s，为强透水层;下部为砂砾石层，以砾石为主，结构松散，呈饱和状，渗透系数均值4×10-2cm/s，下部为泥质半胶结的砂砾石层，以粗砂砾石为主，含15%左右粘性土，泥质胶结密实，硬塑至坚硬状态，渗透系数均值3.91×10-4cm/s，可视为相对不透水层。

渗流计算结果表明:现状情况下，当外河水位达到设计洪水位、为电排站前池设计最低水位时，将产生渗透变形。

实际发生的管涌及现状情况下基础渗流计算成果分析表明，该电排站基础管涌险情是由于电排站基础本身存在埋深较浅的粉细砂和砂砾石层，而在设计和施工时未采取有效的渗控措施，加之施工时需要开挖进、出口，不仅会削弱堤身，缩短渗径，而且因揭除了天然覆盖层，从而破坏地基土有效重量与渗透水压力之间的固有均衡关系，容易发生基础渗透变形。特别是前池和进水渠等部位，根据取水要求设计底板高程定得较低，而据地质资料，透水粉细砂层顶部高程为（19.20～20.72）m，开挖后的进水前池和进水渠部位基础上部天然覆盖层厚度大大减薄，最薄处厚度小于1.0m，局部施工不当甚至可能挖穿覆盖层而使强透水的粉细砂层出露，使渗径大大缩短，当外河水位较高时，背水侧上部覆盖层较薄弱的前池及进水渠等部位弱透水层底部承压水头较高，渗透坡降超过其允许渗透坡降，造成上部覆盖层发生渗流破坏导致出现管涌现象。

2.2.2 防渗处理方案选择

（1）方案拟定。

根据桃江县团山电排站基础地层结构特点、实际发生的险情和各种基础防渗加固措施的适用条件，拟定如下两个方案进行对比研究：方案Ⅰ，铺盖方案。在背水侧采用钢筋混凝土铺盖，延长渗径，减小渗流出口处渗透压力和渗流比降，防止渗透破坏。方案Ⅱ，防渗墙方案。在临水侧采用高压摆喷灌浆形成垂直防渗板墙，墙体嵌入到相对不透水的泥质半胶结砂砾石层中，完全截断上部强透水的粉细砂和砂砾石层。

（2）铺盖方案。

根据险情记录，1998年以前出现的管涌险情基本集中在老泵房前池部位，在1998年汛后进行的除险加固中，重点放在进水前池。采取的具体措施为:在前池水平段设置两处直径2.2m、高1.0m的导滤井，在原前池底板上再浇筑0.25m厚的钢筋混凝土并将底板向前延伸15m，对站房和前池基础进行充填灌浆等。采用上述加固措施后，2002年汛期仍发生了管涌，但管涌的位置由前池往后挪到了进水渠，由此说明，水流无法从加固处理好的前池渗出，只能继续往下游寻找薄弱环节出逸，因此必须进一步对前池下游的进水渠进行处理，最终彻底根治管涌。本文拟采用钢筋混凝土铺盖进行防渗加固处理，将引水渠的渠底和两边边坡均作成钢筋混凝土铺盖，经计算，铺盖长度采用30m，铺盖末端的渗透坡降为0.3，小于下卧土层粉质粘土层的允许渗透坡降0.5，不会产生渗透变形。

钢筋混凝土铺盖采用透水铺盖，铺盖上设排水孔，孔径为8cm，孔排距为2.5m；铺盖底部采用土工布结合砂石进行反滤处理;铺盖每隔10m设一条伸缩缝。铺盖结构从下而上依次为:土工布、砂垫层、混凝土。混凝土铺盖厚度为:渠底0.3m，渠边坡由底部0.3m变至顶部0.1m，混凝土强度等级为C15，同时进行构造配筋，采用Φ10的钢筋，间距为0.3m。反滤层采用土工布结合砂石作为混凝土防渗铺盖底部的反滤、排水设施，作反滤材料应满足反滤准则。土工织物表面保护应采取以下措施:当土表面为粗粒料时，应先铺薄砂层，再铺土工织物，坡顶部与底部的土工织物应锚固。

（3）高压摆喷防渗墙方案。

由于穿堤建筑物已经建成，加上所在堤段堤身土为粘土或粉质粘土，防渗性能较好，高压摆喷防渗墙宜布置在临水侧堤脚的电排站出水流道底板内侧，其轴线平行于大堤中心线，与大堤中心线的距离为5m。为防止侧向绕渗引起的渗透变形，防渗墙沿堤防方向必须具备一定的长度，经分析计算确定电排站基础单侧防渗墙顺堤线长度为50m，然后再按45°角向堤轴线延伸与堤防衔接。布孔轴线总长度60m，钻孔间距为2.0m，防渗板墙连接形式采用折线型，墙体嵌入到相对不透水的泥质半胶结砂砾石层中1.0m。经计算，防渗墙最小厚度为20cm。

（4）方案比选。

① 防渗效果。根据渗流计算成果，方案Ⅰ采用防渗与导渗相结合，虽不能降低堤身浸润线，但能延长渗径，减小基础渗透压力，降低基础平均渗透坡降，至铺盖末端渗透坡降减少到0.3以下，小于基础土层允许的渗透坡降0.5，不会产生渗透破坏。方案Ⅱ只有当强透水层较薄且埋深较浅、能建封闭式防渗墙的前提下，才能完全截断强透水层，从而基本截断洪水期外河水对地下水的补给，达到较好的防渗效果。本文主要以收集原有地质资料成果为依据，具体厚度还有待进一步查明，如果强透水层实际厚度大于前述的处理厚度，则防渗墙将变成悬挂式，只能起到延长渗径的作用，防渗效果难以达到电排站防洪保安的要求。

② 施工质量控制。方案Ⅰ采用钢筋混凝土铺盖加土工布结合砂石反滤，为面上工程，施工质量能够得到有效地控制。方案Ⅱ采用的高压摆喷灌浆技术虽已广泛应用于堤防、水坝及水工建筑物等地基的防渗加固处理，但属于地下隐蔽工程，容易出现不可预见的卡钻、塌孔等问题，施工质量难以得到有效的控制。

2.3 泵房部分

泵房采用综合楼设计方案。水泵机组采用了4台900ZQB-50型潜水电泵和3台1500QwS-30型潜水排污泵，潜水泵土建投资更省，维修更方便，水泵层布置于地面±0.00m以下，泵房两端设两处楼梯间，右侧楼梯间可达泵房底层，方便了日常维修、清淤等工作。泵房±0.00m以上一层沿街布置7间门面，后面布置了27m×6m水泵检修间，排涝机组检修间与排污机组检修间用砖墙分隔，便于水利部门与建委部门各自管理。2～5层设置为办公用房，中间设计了宽1.5m走廊，每层设有卫生间一间。变压器、开关站排污机组与排涝机组分开布置，布置于泵房后面空地上，分设开关箱与电表计费，便于两部门分别管理。

2.4 出水流道部分

排涝出水管采用4根承插式钢筋混凝土预应力Ф1200mm管出水，下设10cm混凝土垫层，管长55m，每节长5m，设计承压水头0.3MPa，采用橡圈皮止水。出口设置4张钢拍门和15m长的消力池相接。此种方案布置省去了（以前）压力水箱与防洪闸的设置，同样满足排水与防洪功能要求。从价值工程评价出发，实现了功能满足要求，即功能F不变，而工程建安费用（成本C）大幅度降低，从而较大的提高了工程价值VE。

3 结语

由于桃江县特殊的地质和地形地貌条件，大部分电排站前池和进水渠均存在不同程度的渗水和管涌现象，情况严重者已经影响到了电排站和大堤的防洪保安；加之老泵房老化破损严重，对其进行加固改造处理是非常必要的。

通过对桃江县团山电排站地形地质条件的分析和理论计算，经方案比较后，采用铺盖方案对前池进行了防渗加固处理，经过近几年洪水的考验，基本达到了预期的效果。其后，在桃江县的其他几处电排站采用同样的方法进行防渗处理，工程效果也都比较理想。本文所得结论是基于桃江县团山电排站特定的地形地质条件、水文特性和水工建筑物尺寸等，对于其他电排站由于地形地质条件、水文特性和建筑物的规模不尽相同，因而采用的处理措施会有一定的区别，但确定处理方案的思路和方法基本相同。

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