水利工程論文-太浦河泵站工程設計特點摘要：太浦河泵站為大（1）型泵站，具有揚程低、流量大的特點，設計對一些重大的技術問題開展了一系列試驗和研究工作，并將這些科研設計成果應用于工程實踐，使樞紐布置、建筑物設計、機電設備選型和布置更加合理。關鍵詞：太浦河泵站樞紐布置優化設計1前言太浦河泵站位于江蘇省吳江市太浦河已建太浦閘南側，西距東太湖約2km，北距吳江市約30km，蘇州市約51km。太浦河泵站是太浦河工程的重要組成部分，其工程等別屬等工程，工程規模為大(1)型，泵站樞紐由泵房、變電站、進、出水渠、攔污柵閘、泵站交通橋等部分組成。建筑物防洪標準為100年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。太浦河泵站是上海市的重點工程，水利部上海勘測設計研究院在工程施工圖設計開始之初，就提出了包括13個課題的創優計劃，提出了創優設計總目標及要求。隨著設計的深入和課題的研究，特別是對一些重大技術問題開展了一系列試驗和研究工作，通過將試驗和研究成果應用于工程實踐，使建筑物設計、設備選擇和布置不斷趨于合理。太浦河泵站開工18個月就實現了泵站的建成以及良好的初期運行，說明了太浦河泵站的設計基本是成功的，而一個合理先進的優秀設計能有力促進工程建設。本文就太浦河泵站的設計特點簡要作一介紹。2樞紐布置2.1進水渠布置根據泵站設計規范（GB/T50265-97）的規定，進水渠宜順直，襯砌渠道的彎道半徑不宜小于渠道水面寬度的3倍，彎道終點與前池進口之間的直線段長度不宜小于渠道水面寬的8倍。由于太浦河泵站地處富饒的太湖之濱，土地資源十分寶貴，而進水渠為新開河道。為了少占耕地，設計委托河海大學水利水電科學研究所進行了水工模型試驗，試驗認為：原設計為減少征地拆遷，采取較小彎道半徑和引渠長度，經試驗驗證，只要采取適當的輔助工程措施，總體布置是可行的。通過模型試驗，在進水渠入口設置導流建筑物，優化堤頭體形，將彎道半徑減小為2.5倍的水面寬度，彎道終點至前池進口之間的直線段長度為渠道水面寬的2.62倍，為此節省工程永久征地約231畝，節約征地投資約618萬元。2.2泵站站橋分離布置太浦河泵站的進水渠截斷了太浦河南北兩岸的主要交通通道，因此須新建交通橋與太浦閘下游側的公路橋一起組成南北兩岸的交通通道。為便于泵站運行管理、改善泵站環境，太浦河泵站采用站橋分離布置方式。2.3地下連續墻由于太浦河泵站基坑采用放坡大開挖方案，又緊鄰太浦河和太浦閘，基坑坡頂邊線距太浦閘南側邊墩距離40m左右，距太浦河南岸堤防外河坡頂邊線僅15m左右，因此基坑北側若不加防護而直接對基坑降水，不僅有可能對太浦閘的安全造成威脅，而且基坑靠太浦河一側的大堤內極易產生滲透破壞，進而威脅大堤及基坑的安全。因此，為確保泵站基坑、太浦閘以及太浦河南堤的安全，在太浦河與基坑之間設置混凝土防滲地連墻。混凝土地連墻采用懸掛式，成槽采用射水法施工，墻厚24cm，地連墻總長240m。3泵房3.1主泵房地基處理泵房底板基礎落在層灰色粉質粘土上，地基承載力標準值為105kPa，層下部為層棕黃、灰綠色粉質粘土，該土層厚約5.2m，土質均一，呈硬塑狀態，屬中壓縮性土，其承載力標準值為300kPa，是泵房基礎較好的淺層持力層。在初步設計中，曾采用了預制鋼筋混凝土方樁、灌注樁和水泥攪拌樁三個方案進行技術和經濟比較，前兩種地基處理方案幾乎適用于所有的軟土地基，施工經驗豐富，質量易控制，但造價較高；水泥攪拌樁一般適用于軟弱粘性土和粉性土地基，由于受攪拌機械攪拌能力的限制，一般不適用于地基承載力設計值大于120kPa的粘性土和粉性土，而層灰色粉質粘土經寬深修正，其承載力設計值達129kPa，經綜合分析，因水泥攪拌樁方案投資省、抗滲效果好以及能較好地適應地基變形等優點而被選為推薦方案。經對泵房水泥攪拌樁單樁和單樁復合地基的載荷試驗，試驗結果達到了預期地基加固的目的。3.2安裝間、變電站基礎處理在初步設計階段，安裝間和變電站地基采用水泥攪拌樁進行地基處理，且臨主泵房側采用垂直開挖、水泥攪拌樁垂直圍護的方案。由于水泥攪拌樁圍護須達到水泥土齡期后方可開挖，而泵站施工工期又比較緊，因此在施工圖階段，泵房臨安裝間和變電站的水泥攪拌樁垂直圍護方案改為大開挖方案，安裝間和變電站地基處理改為灌注樁方案。3.3頂撐結構和泵房止水布置太浦河泵站主泵房南北兩側回填土高度較高，分別為10.05m和9.55m，這給泵房的縱向穩定帶來不利影響。經計算，在完建期和設計低水位工況，泵房縱向抗滑穩定不滿足規范要求。經研究，在相鄰的主泵房邊跨底板和中跨底板的側面，設置相向四對面積為0.9m0.9m的頂撐結構，該頂撐結構處實行并縫處理，以抵消泵房邊跨兩端的水平力。在初步設計階段，泵房伸縮縫（順水流方向）的止水布置是沿著泵房m厚的底板厚度中心線布置的。為確保泵房縱向穩定，改善泵站運行時流道邊墩和底板受力條件，在施工圖階段對泵房的止水布置進行了優化。將泵房順水流方向的止水高程從上游側-7.05m向上抬高至-.00m，將高程-.00m以下的下游側伸縮縫的填縫材料改為透水材料，使縫間充滿水并與泵站下游水位相通，起到平水壓作用，并抵消部分泵房邊跨段邊墻的水平力，3.4泵房底板的三維有限元分析與仿真計算太浦河泵站泵房底板采用二機一聯布置,共分三塊底板，底板平面尺寸為40.45m22.50m（長寬），底板厚為2m，底板平面尺寸大且結構布置復雜，為使底板設計盡可能與底板實際受力情況相符合，避免應力集中以及出現底板、流道頂板和墩墻等影響工程使用的裂縫問題，確保泵房底板安全，對太浦河泵站的底板與流道進行了三維整體有限元分析與仿真計算。通過對復雜結構的整體分析以及對復雜施工情況和各種環境因素進行計算機仿真模擬，確定了合理的結構布置和施工方案，確保了泵房底板、墩墻和頂板未出現可視裂縫。3.5泵房布置和建筑立面在初步設計,泵站的副廠房布置在泵房上游側的進水平臺上,因進水平臺寬度受水泵進水流道布置限制，因此顯得比較擁擠，且因副廠房布置，顯得進水平臺狹小，泵房的建筑立面也受到了很大的影響。在施工圖階段，對泵房布置和建筑立面進行了優化。將進水平臺上的副廠房移入變電站內，擴大泵房南端的變電站面積，使主要電氣設備集中在變電站內，便于集中管理，同時為美化泵房立面提供了條件。太浦河泵站建筑立面追求簡潔明快的現代工業建筑風格。外墻采用大面積白色及灰色涂料，點綴墨綠色裝飾板及鋼架，外墻立面上刻意勾出細縫，增加立面的層次。變電站頂部設計裝飾構架，增加建筑的高度，創造出標志性的視覺中心。整幢建筑以淺色外墻、墨綠窗框、灰藍色玻璃及鋁塑板來加以裝飾，格調高雅，極具現代感。4進、出水渠生態護坡多自然型河流建設方法是目前國際上比較流行的一種河道環境綜和整治的新方法，它把水邊作為多種生物生息空間的核心，并把河流建設成盡量接近于自然的狀態。在建設多自然型河流中，重點是努力創造出具有豐富自然的并具有魅力水邊環境。為了體現環境水利的理念，美化泵站環境，與日本沖谷實業（深圳）有限公司進行了合作，對太浦河泵站進、出水渠護坡結構進行優化設計。進出水渠生態護坡的設置高程以不影響進出水渠的過水能力為前提，根據渠道水位的變化范圍和現場進行的植物調查，曾研究了在水位的不同區域的坡段內選用合適的植物。生態護坡不僅工程造價相對較低，且符合當今世界崇尚環境的思想。雖然太浦河泵站護坡優化設計與工程的實施方案有一些差異，但其以人為本、環境水利的設