尊村引黄泵站总干一级站前池改造方案比选

卫学文

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概况

尊村引黄工程为多级泵站联合组成的泵站系统工程，为农业灌溉泵站，原建设规模9级31站，设计扬程219.13 m，总装机59 975 kW，设计提水流量46.5 m3/s，设计灌溉面积11.07万hm2，灌溉保证率为75%。

总干一级站位于永济市西北黄河小北干流的尊村咀上，由进水系统、主副厂房、出水系统、技术供水系统及厂区等组成。1976年动工，1978年完建。采用岸边固定式取水，主要建筑物等级为3级，防洪标准为30年一遇设计，100年一遇校核。

总干一级站厂区地下水位341.50 m，在自然地面以下2.13～3.6 m，主要含水层为粉土层及细中砂层。厂区为非湿陷性场地，建筑物抗震设防烈度为8度。

进水系统包括进水闸、前池及进水流道三部分。进水闸共10孔，底板高程338.0 m，闸室后段底板设折坡与前池底板相接。

前池为半开敞式矩形浆砌石与混凝土混合材料结构，10个流道划分为东西2个独立单元，总长度15.7 m，总宽度55 m。前池后为水泵进水流道，总长度4.36 m，总宽度55 m，设置20孔流道检修闸门。

2 前池改造设计变更

2.1 前池现状及加固改造必要性分析

前池原设计为浆砌石底板，钢筋混凝土扶臂式挡土边墙及浆砌石隔墙。隔墙基础为块石混凝土条形基础，基础顶高程335.95 m，隔墙厚800 mm，隔墙顶高程342.30 m。前池前11.7 m为斜坡段，后4 m为水平段，中间设沉降缝。于1979年曾对前池隔墙进行加固，加固方案为在浆砌石隔墙顶部设置钢筋混凝土帽梁一道，各隔墙间在帽梁处设置三道工字钢梁以维系前池各隔墙的整体稳定。

从安全鉴定到初设阶段，直至技施设计开工前，一级站前池浆砌石隔墙完全埋没于淤沙之下，安全鉴定专家及设计单位无法对隔墙安全状况做出合理评价。近些年前池持续高水位运行（目前水位344.0 m），加之黄河水含沙量高，能见度低，一级站管理人员也看不到隔墙的安全状况。

依据初设批复，在前池内增设并安装10台回转式清污机，为满足新增回转式清污机及皮带输送机的安装要求，同时受投资限制，原除险加固设计拟对隔墙前6 m进行拆除重建。但2010年4月初经施工单位对前池东单元彻底清淤后，发现流道所有浆砌石隔墙均已发生严重结构性断裂损坏。如果仍按技施批复方案将有可能引发后段隔墙坍塌破坏，即使采取临时支护，也将成为运行的安全隐患。尊村引黄管理局、监理、施工及设计单位一致认为，应将现前池浆砌石隔墙全面拆除，并对前池隔墙进行结构改造设计。

通过了解，受资金、施工排水及抢工期等多种因素制约，当年一级站前池施工时变更了钢筋混凝土整体结构方案，边墙保留为钢筋混凝土扶臂式挡墙，隔墙及底板变更为浆砌石结构。底板与隔墙块石混凝土条形基础间缺少制约，且隔墙施工时取消了平压孔，超出了浆砌石隔墙结构稳定的设计条件，虽在隔墙顶部采用型钢支撑，但由于泥沙淤积严重及前池现状运行水位抬高，浆砌石隔墙在距底部1/3处发生整体断裂破坏。

2.2 结构布置及方案比选

设计单位会同业主、监理及施工单位对尊村引黄一级站进行了现场查勘，根据一级站前池东单元清淤后的现场情况，认为现有浆砌石隔墙所发生的裂缝为结构性裂缝，通过修补已无法解决隔墙稳定及安全问题，建议将隔墙拆除重建，并在节省投资、缩短工期、保障农业灌溉的前提下，提出如下方案对前池进行结构改造。

方案一：无底板钢筋混凝土隔墙加连系梁结构。

保留前池钢筋混凝土边墙及浆砌石底板，将原浆砌石隔墙全部拆除至原隔墙块石混凝土基础顶面335.95 m高程，在原块石混凝土基础上浇筑600 mm厚C25钢筋混凝土隔墙，接合面涂刷界面剂并采用2排Φ20化学植筋锚固，间距400 mm。在344.25 m，340.45 m，336.45 m高程设置钢筋混凝土支撑横梁（400 mm×600 mm）3道，从上游至下游共设置6道支撑梁。前池进口8.1 m段隔墙顶高程345.75 m，后7.6 m段隔墙顶高程344.25 m。前池前段设置现浇C25钢筋混凝土清污桥，桥面净宽3 m，总宽3.6 m。前池水平段与斜坡段分界处设置20 mm沉降缝。该沉降缝及进口与桥墩接合处、出口与流道闸墩接合处共3道沉降缝内填低发泡聚乙烯闭孔泡沫塑料板，端部30 mm用聚硫密封膏封堵。

方案二：有底板钢筋混凝土隔墙加连系梁结构。

保留前池钢筋混凝土边墙及浆砌石底板，将原浆砌石隔墙及块石混凝土基础全部拆除至前池底板，在现有浆砌石底板上浇筑600 mm厚钢筋混凝土底板及隔墙，并在344.25 m及340.45 m高程设置钢筋混凝土支撑横梁（400 mm×600 mm）2道，从上游至下游共设置6道支撑梁。其余结构布置同方案一。

方案三：连同底板及边墙整体拆除。

保留原浆砌石底板，拆除原前池钢筋混凝土边墙及浆砌石隔墙。将前池10个流道划分为东西2个单元，每个单元由2道边墙、4道隔墙、2道支撑横梁及底板连接成为整体空间框架结构。

分析以上三种前池改造方案，方案三从结构上最为合理，解决了前池的不合理结构形式。但由于一级站位于黄河台地，地下水位较高，拆除边墙会引起大量地下水涌入前池基坑，甚至引发周围主、副厂房的地基破坏，增加了施工排水量及浇筑混凝土的施工难度，延长了施工时间，影响了农业灌溉。总的来讲，方案三弊大于利。

方案二与方案一的主要区别在于是否增加钢筋混凝土底板。方案二需拆除原隔墙块石混凝土基础，最高拆除高度2 m，拆除量较大且有可能对现有浆砌石底板构成破坏。浇筑混凝土底板时存在施工排水问题，且需保证底板排水畅通，以降低基底扬压力。

综合分析三个方案，认为方案一投资最省，施工期最短，通过对扶臂式钢筋混凝土边墙的整体稳定及结构复核计算可知，现有边墙稳定，强度满足要求。故推荐采用方案一对前池进行改造。

2.3 结构设计

保留原钢筋混凝土扶臂式挡土边墙和原浆砌石底板，将原浆砌石隔墙及缝墙（共10道）拆除至块石混凝土基础顶面（335.95 m高程）为止，在原块石混凝土基础上浇筑C25钢筋混凝土隔墙。凿毛清洗接合面，涂刷混凝土界面剂，并在原块石混凝土中种植2排Φ20钢筋，间距400 mm。验算表明，扶臂式边墙自身稳定，故通过设置支撑梁将第2至5厢隔墙及第6至9厢隔墙分别连为一体，形成2个框架结构独立单元。第1厢及第10厢流道内在相应位置设置简支支撑梁，断面400 mm×600 mm。

现有扶臂式边墙虽经计算结构稳定，但考虑到混凝土存在一定的碳化深度（大于20 mm），用聚合物水泥砂浆对表面进行处理后，既可对混凝土表面进行翻新，又能增加混凝土结构强度。故采用聚合物水泥砂浆（厚度20 mm）对边墙混凝土表面进行处理。

此外，由于前池内隔墙比原隔墙高，需同时将进水闸与交通桥闸墩间3.4 m长闸墩加高1.25 m，采用C20素混凝土，接合面凿毛清洗并刷界面剂，同时种植2排Φ20钢筋，单根长1.2 m，间距0.4 m。原走道板保留继续使用。

3 建议

泵站运行多年，前池边墙一直稳定，现状良好。考虑以后有可能出现的边界条件变化，建议管理单位加强对边墙结构稳定的监测，发现问题及时上报，并采取合理的加固改造措施。

为保证前池的整体稳定，改造后的前池运行及检修时，第1厢及第10厢不可在其余流道空厢的工况下单独运行，必须保证每个单元其余4个厢体中至少有一厢充满水。