杨 楠 ，陈 兵 ，王任飞 ，张雪梅

（1.天津市市政工程设计研究院，天津市 300051；2.天津市基础设施耐久性企业重点实验室，天津市 300051）

0 前言

天津市地处海河流域最下游，是流域内各大河流的入海尾闾，全年80%的降水量集中在6月至9月，近年来夏季海河流域及天津市大部分地区降水将较常年平均水平略偏多，常出现极端暴雨天气。因此积水片改造计划被列为天津市民心工程之一。郑庄子泵站作为中心城区22个直接提升入海河的泵站之一，早已列入天津市排水规划。

根据郑庄子泵站所在的棉三地块的保护与更新概念规划，棉三地块的开发将提升城市载体功能，充分挖掘工业遗产价值潜力，打造海河东岸城市亮点，提高周边地块的商业价值。郑庄子泵站的建设将填补棉三区域地块排水设施的空白，对棉三地块的开发起到积极的促进作用。

依据天津市排水规划，郑庄子泵站需具备三种功能：（1）收集地块内的雨水排入海河（服务面积 182.5 hm2，设计规模 8 m3/s）；（2）汛期强排护仓河河水入海河（规模 6.25 m3/s）；（3）非汛期能够引用海河水补充给护仓河（设计规模3 m3/s）。现状郑庄子河道泵房为1988年建成，其作用为汛期将护仓河河水排入海河，泵站设计流量为6.25 m3/s。因此本工程设计需基于现状郑庄子泵站基础上，通过改扩建工程实现规划中的排放地块雨水，河道排水、海河引水三种功能。

1 泵站设计难点及总体设计思路

郑庄子泵站地处旧城改造区域，工程难点在于：

（1）泵站功能的多样性：泵站需要实现排放地面雨水、排放河道河水、海河引水三种功能。

（2）泵站的新老结合：现状泵站已有一座河道泵房，已实现排放护仓河河水的功能。需通过泵房的改扩建实现另外地面排放雨水及海河引水的功能。

（3）泵站可用地小：根据规划用地，新建泵房可用地范围只有老泵房以南22.5 m，新建泵房施工难度大。

（4）建筑风格的一致性：泵站位于棉三地块，棉三地块作为河东区重点工程，开发定位为高，因此郑庄子泵站需与棉三地块建筑风格一致。

结合本工程的难点及现状，考虑工程投资及原泵站运行情况，总体设计思路如下：

（1）保留原河道泵房，改造其进出水系统，通过进出水系统的控制实现河道排水和海河引水功能。

（2）新建雨水泵房一座（规模8 m3/s），用于排出地块雨水。

（3）由于新建泵房可用地面较小且距离老泵站较近，因此采用沉井的施工模式。

（4）结合棉三地区建筑风格、色调、以达到“融入”、“融合”的目的。

2 泵站设计

郑庄子泵站位于海河东路与国泰道交口，本工程包括新建一座8 m3/s雨水泵房、改造原河道泵房进出水系统及变配电系统。

2.1 泵站总体平面布置

郑庄子泵站主要构筑物为雨水泵房2座，进水交汇井3座，出水闸井2座。原泵房为河道泵房采用立式轴流泵，下部为进水前池，上部为水泵间。原泵房位于场地中部，北侧的原变配电间和仓库拆除，变配电间合并至新建管理用房中。新建泵房为地面雨水泵房采用全地下式泵房、潜水轴流泵。新建雨水泵房位于原泵房南侧，两者净距5 m。新建管理用房位于场地东南角。新老建筑布局较舒展，与院内景观环境形成自然的“交错”“穿插”；高低错落有致。泵站总图平面布置见图1。

2.2 工艺流程

（1）新建雨水泵房工艺流程

上游来水（包括海河东路北侧、南侧及六纬路来水）→进水交汇井1→2 xd2 000 mm钢筋混凝土管→进水交汇井2→2 xd2 200 mm钢筋混凝土管→新建雨水泵房→2 xd1 800钢筋混凝土管→出水阀门井1→2 xd2 000 mm钢筋混凝土管→现状2 xd2 000出水管→海河。

（2）原郑庄子泵房工艺流程

护仓河八字口（新建）→进水交汇井3（新建）→2 xd1 800 mm钢筋混凝土管（新建）→原郑庄子泵房（现状）→2 xd1 500 mm钢筋混凝土管（现状）→原出水阀井（改造）→2 xd1 500 mm钢筋混凝土管（现状）→转弯井（现状）→海河。

（3）海河引水工艺流程

海河→现状引水管→d1 800 mm钢筋混凝土管（新建）→进水交汇井3（新建）→2-d1 800 mm钢筋混凝土管（新建）→原郑庄子泵房（现状）→原出水阀井（改造）→d1 800钢筋混凝土管（新建）→护仓河。

2.3 新建雨水泵房设计

（1）泵房设计

新建雨水泵房的核心设备为雨水泵，总排水量为8 m3/s。考虑到本工程中占地紧张，水泵流量较大，为了设备拆装维护方便、水泵运行稳定，雨水泵采用潜水轴流泵，共4台，水泵参数为：Q=2 m3/s,H=8.2 m,N=220 kW。泵房前部为进水格栅井，中部为集水井，尾部为压力出水井，压力出水井与出水闸井采用管道连接。

本泵站位于现状泵站庭院内，与现状泵站平行布置，平面最近距离5.0 m，新建泵房比现状泵房深3.75 m，施工场地受现状条件限制不能大面积开挖施工，为了减少施工过程中对现状泵房的扰动破坏，故本泵站的施工方法采用沉井型式。泵站平面尺寸：长度：23.5 m，宽度：11.2～16.4 m，深度：12.35 m。池壁厚度0.6～1.1 m，刃脚长度：1.2 m，施工采用排水法。为避免沉井在下沉过程中对老泵房的安全和正常使用受到影响，在新建泵房外侧设置止水帷幕，采用φ850 mm三轴水泥搅拌桩，相邻桩体咬合250 mm，桩长18 m。为了防止施工降水造成老泵房的沉降及倾斜，在临近泵房侧的止水帷幕内间隔布置型钢，型钢长度15 m。

（2）进出水管线设计

图1 郑庄子泵站总体平面布置图

新建雨水泵房进水管道分别来自海河东路北侧、海河东路南侧及六纬路。海河东路北侧管道已敷设至国泰道与海河东路交口，由于泵站西侧海河东路上预埋了5根泵站进出水管道，在高程上与海河东路北侧雨水管道冲突。因此海河东路北侧雨水管道绕行至国泰道辅道从泵站西北角进入泵站内，利用新建雨水泵房比原泵房深的特点，管道从原泵房进水管道下穿越进入泵房前的进水交汇井2。海河东路南侧管道通过北柴场大街进水交汇井1进入泵站内的，在进水交汇井2中与北侧来水汇合进入泵房前池。六纬路来水延护仓河边向西敷设，在北柴场大街南侧的进水交汇井1与海东路南侧来水混合后一同进入泵站。

出水管道穿越河道东路至海河边，目前此段管道已预埋至地下，只需连接管道至新建出水闸井即可。

2.4 原河道泵房进出水系统改造

原河道泵房设计流量为6.25 m3/s，泵房内设有2台小流量立式轴流泵，Q=1.125 m3/s，H=5.17 m，2台大流量立式轴流泵，Q=2.0 m3/s，H=4.17 m。水泵扬程及流量均已满足河道排水和海河引水的要求，且目前泵站运行状况良好，因此原河道泵房改造的重点在于进出水管线及闸门的改造。

（1）进出水闸井

原郑庄子泵房的功能是提升护仓河河水强排至海河。为了实现海河引水至护仓河的功能，需新建进水闸井内设3台1.8 m×1.8 m的镶铜铸铁方形闸门，通过闸门的开闭实现泵站功能的转换。

同时，配合泵站功能的转换，需对原泵房出水闸井进行改造。出水闸井内设3台1.8 m×1.8 m的镶铜铸铁方形闸门，通过闸门的开闭实现泵站功能的转换。

（2）进出水管线设计

原泵房进水管线需废除，新建的进水管线同时满足护仓河排水和海河引水的要求，泵房至海河的管线无需变动。

海河引水管引海河水自泵站南侧，从北柴厂大街向东沿泵站东侧北上后与原郑庄子泵站进水管在进水交汇井3交汇后一同进入泵站，海河水进过泵站提升后通过出水闸门的控制，海河引水出水管延泵站内环路向东排入护仓河，最终实现海河向护仓河的引水。

3 泵站运行

3.1 汛期运行

汛期时整个泵站的主体功能为防洪、排涝。原河道泵房起到将护仓河水强排入海河的功能。新建雨水泵房收集周围地区的地面雨水强排入海河。两套排水系统独立运行。汛期时海河引水系统处于封闭状态，需关闭取水口、进水交汇井3及原出水闸井中的相应闸门。

3.2 旱季运行

旱季时泵站的主体功能转化为海河向护仓河引水，改善护仓河河水水质。主要通过进水交汇井3和原出水闸井中闸门的变化实现此功能。引水工程规划设计水量为3 m3/s，达到设计引水能力时仅需开启原泵房内一台大泵（Q=2.0 m3/s）和一台小泵（Q=1.125 m3/s）即可满足。

4 老泵站改造中的注意事项

（1）郑庄子泵站工程属于典型的老城区泵站改扩建工程，工程中的需注意新老泵房的结合。在最初的方案设计中采用的是拆除原泵房，原址新建一座新的多功能泵房。但是此种方案投资较高，且由于原泵房是护仓河的终点泵房，其汛期承担着重要的排水任务。因此，施工周期只有一年中的非汛期的短短几个月。对于一个老城区中的工程，涉及拆迁、征地、交通导行等许多方面，因此建设周期很难满足。本工程最终选定的方案充分考虑新老泵房的结合，大大的减少了泵站的拆迁量，通过进出水管线的改造实现了泵站的多种功能。

（2）在老城区中修建泵站不可避免的就是占地紧张，如何解决占地的影响直接关系到工程的可行性。本工程中由于保留原泵房，因此可用地仅有原泵房以南至规划北柴厂大街之间约22.5 m的范围。考虑到明开施工占地大，同时基坑支护会对老泵房基础产生影响，本工程采用沉井法施工，止水帷幕采用三轴水泥搅拌桩。即便使用了此种方法，还是存在了部分区域止水帷幕超红线的情况。根据天津市规划部门的规定，永久性施工措施不允许超越红线。据此，在超越红线部分采用拉森桩，拉森桩在主体泵站施工完毕后拔除，并在桩孔位置进行注浆填实恢复现状路面。

（3）随着城市的快速发展，老泵站周边的环境已发生了翻天覆地的变化，老泵站的改造不能仅仅关注工艺、结构设计，建筑及总平面设计直接关系到地块的整体风格。本工程中郑庄子泵站紧挨棉三地块，棉三地块将整理开发成为集创意园区、综合社区、海河景区为一体的综合新区，且紧临海河边，未来必将成为海河边的一处亮点。

本工程中两栋建筑东西错落而至，层高较低，建筑立面以红色面砖为主，加以深灰色线条及灰色瓦屋顶，庄重、纯净、素雅，加以景观修饰，藏匿于环境之中，见图2。

图2 郑庄子泵站鸟瞰图

5 结语

郑庄子泵站的建设，填补了区域排水空白，保证了棉三地块的排水安全。同时将海河引水工程一并建设，解决了旱季护仓河河水黑臭的问题。郑庄子泵站改扩建工程属于典型的老城区泵站工程，本工程的顺利实施对于老城区中泵站建设提供了一定的借鉴意义。