白马泾泵站开挖及砼裂缝控制设计

严谨　李晓丹 刘菲

摘 要：针对白马泾泵站的工程实际情况，结合地形、地质条件及边坡稳定要求，对泵站基础采取分期开挖，局部采用陡边坡开挖，加快了施工进度，减少了开挖工程量及投资。在泵房出水流道砼中掺入聚丙烯纤维并预埋冷却水管，有效控制混凝土裂缝的发生。

关键词：泵站工程;基础开挖;裂缝控制

中图法分类号：TV331                                              文献标志码：A

1  工程概况

1.1  工程等级和设计标准

白马泾泵站设计流量为160m3/s，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《泵站设计规范》（GB/T50265-97）等规程规范的相关规定，泵站为Ⅱ等工程，泵站规模为大（2）型，主要建筑物（主泵房、拦污栅、进出水渠、进出水池、出水流道、进水池翼墙、防洪闸等）级别为2级，次要建筑物级别为3级，其他临时性建筑物级别为4级。主要建筑物的抗震设计烈度为6度。

1.2  枢纽布置设计

白马泾泵站位于武汉市东西湖区、东西湖围堤府河右堤桩号12+700处。工程排水线路为：在金银湖与府河右堤内侧站址之间开挖长约1 924m的引水渠道，将金银湖水引至泵站前，经泵站抽排、由穿堤出水流道排至府河右堤外侧的出水渠并送入府河。

白马泾泵站采用堤后式，主泵房居中，安装间布置在左侧，副厂房布置在右侧;堤上进场公路布置在安装间左侧堤脚下，站区内道路通过拦污栅桥、前池两侧公路和主泵房出水侧道路形成环行。

工程总体布置为：泵站形式为堤后式，主水泵为立式混流泵，采用肘形进水流道和虹吸式出水流道，外江出水流道末端设防洪闸。泵房建于府河右堤堤内平台处，主泵房出水侧距江堤内堤肩约65m;泵房内安装6台套立式混流泵和立式同步电动机;安装间和副厂房分别布置在主泵房左（西）、右（东）两侧，呈一字形排列;变电站位于泵房右侧堤脚处;站前拦污栅布置在引水渠上距离主泵房约100m处;主泵房后接驼峰式出水流道与堤外防洪闸相接;防洪闸、出水池和出水渠布置在堤外;进水渠道两侧布置有进场公路，站区内公路通过拦污栅桥、泵房左右两侧和泵房出水侧形成环行。

主泵房为多层布置，泵房下部采用全封闭式结构。主泵房平面尺寸51.82×17.4m（长×宽），底板尺寸51.82×22.9m，分两联布置，两联间沉降缝宽2cm。主泵房进口部分长5.5m，设置进口拦污栅和检修工作门;主机间宽17.4m，内设6台机组，一列式布置，机组间距8.3m，分缝处机组间距8.92m。水泵转轮中心高程13.80m，出水管道中心高程19.24m;主机间从上至下共有5层，最上层为电机层，高程为26.64m，第二层为联轴层，高程21.95m;第三层为人孔层，高程17.25m;第四层为水泵层，高程12.85m;基础为2.0m厚底板，进水流道底板高程9.9～9.23m。

安装间布置在主泵房的左侧，垂直于水流方向长17.0m，宽度及高度同主泵房。安装场层高程22.50m;其下部分设二层，底层为透平油库层，高程为12.85m;第二层为空压机层，高程为17.25m。

副厂房平面尺寸17.4×24.9m，共设四层，地下一层、地面以上三层。地面层高程22.50m，布置高低压柜室、消防控制室、门厅以及楼梯间和卫生间;第二层高程29.50m，为中控室层;最上层为会议室和值班室，高程为32.50m;地面以下为电缆层，高程为19.20m。

由于泵房基底应力远大于地基容许承载力，因此采用桩径为125cm的钢筋混凝土灌注桩进行基础处理，其中主泵房底板下共布置105根，平均桩长24.565m，桩底高程-17.20m;安装间底板下共布置16根，平均桩长29.57m，桩底高程-17.20～-22.20m;副厂房底板下共布置20根，平均桩长35.90m，桩底高程-17.20～-19.20m。

2  泵站基础开挖

大型泵站地基处理方案很多，选用合适的地基处理方案对泵站的工期、经济性更为重要。泵站深基坑工程施工周期较长，从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常常会遇到降雨、周边堆载、振动等诸多不利影响，安全保障度的随机性大，技术复杂性远甚于永久性的基础结构或上部结构。基坑本身的深度、平面形状随着时间的推移及外界条件的变化，对其稳定性和变形会有较大的影响。

白马泾泵站站区地面高程18.5～24.5m，主泵房、安装场及副厂房建基面高程分别为6.83m、11.35m、17.7m，基坑最大深度为17.67m。泵站主泵房、安装场及副厂房由于地基承载力不满足要求及考虑相邻建筑物不均勻沉降，均采用混凝土灌注桩进行处理。但由于主泵房与副厂房间建基面相差10.87m，若采用常规基坑开挖，势必增加副厂房下灌注桩的长度，且副厂房底板下回填也难以实施。

经反复研究，白马泾泵站施工采取分期开挖，一期开挖至副厂房建基面高程后，先进行混凝土灌注桩施工，灌注桩在各部位建基面以下浇筑混凝土为实桩，建基面以上为空桩，待灌注桩施工完成后再二期开挖至建基面，基坑开挖临时边坡一般为1∶1.5，主泵房临副厂房侧开挖边坡则为1∶0.2，并采用土锚钉及表面挂φ6@15cm钢筋网、喷8cm厚C20砼进行支护。通过上述处理，不仅减少了深基坑暴露时间，加快了施工进度，并且减少了开挖工程量、副厂房灌注桩长度及工程投资。

3  泵站大体积混凝土及与薄壁联合结构的裂缝控制

3.1  工程施工难点

白马泾泵站根据武汉市工程建设统一要求采用商品混凝土，而水利工程大体积结构采用商品混凝土施工不确定因素较多，为便于运输和泵送混凝土，商品混凝土一般骨料粒径小、坍落度较大，配合比中一般掺入大量的外加剂，施工中泌水现象严重，给混凝土浇筑增加了不少困难。

泵房出水流道结构设计又是混凝土裂缝控制的重中之重，如果出现裂缝不仅会影响泵站正常运用，而且会影响堤防安全。由于泵房出水流道上、下面板相对左右侧墙为薄壁结构，两侧边墙由于泵房中、边墩的布置需要一般较厚、属大体积混凝土结构，在类似工程中，泵房出水流道底板、顶板多因温度应力等诸多因素而产生混凝土裂缝。本工程泵房出水流道上、下层板厚80cm，属薄壁结构，两侧边墙厚465cm，属大体积混凝土结构。

由于白马泾泵站是武汉市东西湖区排涝重点工程，东西湖区人大督办要求2年建设完工，施工工期要求紧迫，且存在堤防安全度汛要求，泵站主泵房与出口穿堤建筑物及防洪闸需分期施工，故工程不得不在夏季高温时期施工。本工程泵房出水流道施工正值6月至7月，气温较高，昼夜温差较大，不利于混凝土浇筑施工。

3.2  工程混凝土裂缝控制措施

（1）对商品混凝土：为降低水泥水化热温升，要求应选择合适的混凝土级配、掺合料、外加剂，在保证28d龄期设计强度的前提下尽量降低水泥用量;碎石、砂采用喷洒冷却水降温，尽量缩短运输时间，尽量减小混凝土坍落度，混凝土坍落度控制在120mm左右，混凝土入仓温度控制在25℃。

（2）混凝土掺入聚丙烯纤维：考虑泵站出口流道结构复杂，在混凝土中掺入廉价聚丙烯纤维防止施工裂缝。

（3）混凝土浇筑：由于工程混凝土浇筑正处于夏季，施工时要求充分利用早晚气温低的时段浇筑混凝土，建议晚上6点以后开仓、早上8点前收仓;并加快浇筑覆盖速度，缩短浇筑中已振捣混凝土表面暴露时间，防止温度回升。并要求混凝土采用分层浇筑，浇筑层厚不大于1.5m，通仓薄层短间歇，一般间歇期为5～7d。

（4）预埋冷却水管：对泵房出水流道部位设置预埋冷却水管控制混凝土最高升温。冷却水管直径采用1in（2.54cm）HDPE管，平面呈蛇形布置，每层总布置长度小于180m。一期通水流量为每小时1.0～1.5m3/s，流速为0.6～0.7m/s，24h变换一次通水方向，通水持续时间一般为20d左右，降到接近月平均气温时即可停止。

混凝土最高浇筑温度不得超过28℃，冷却水温度为15～18℃左右，水温与混凝土温度之差应小于25℃;并加强仓面养护措施，浇筑后采用流水养护，至下一层开仓为止，顶层养护时间不少于20d。

由于在结构设计中充分考虑诸多不利因素，做好温控处理，泵站建成运行至今已9年，经检查，所有部位均未发现混凝土裂缝。

4  结语

白马泾泵站是东西湖区综合排涝体系中的骨干泵站。泵站于2009年9月正式开工建设，2012年4月工程全面建成，主水泵机组安装调试成功，泵站投入排涝运行。经过2012—2020年主汛期的排涝运行，尤其是在2012年的“7.13”、2013年“7.7”和2016年“7.5”特大暴雨中，泵站以良好的运行状态发挥了关键的作用，为东西湖区人民的生命财产安全和社会经济发展提供了强有力的保障。

泵站基础采用分期开挖，对灌注桩基础采用实桩和空桩的施工方式，减少了深基坑暴露时间及因深基坑长期暴露而必须采取的相应支护的工程投资;在满足边坡稳定的前提下，对相邻建筑物进行适当的支护后采用陡边坡开挖，不仅加快了施工进度，并且减少了开挖工程量、相邻建筑物灌注桩长度及工程投资。

白马泾泵站由于施工工期、工程安全度汛等诸多原因，使得泵站流道混凝土在气温高达32℃，非正常气温情况下浇筑施工，通过在混凝土中掺入聚丙烯纤维、埋设冷却水管有效地控制混凝土温升，工程建成运行9年多尚未发现任何部位混凝土出现裂缝，为今后在特殊情况下混凝土施工，控制混凝土裂缝积累了经验。

Excavation of Baimajing Pumping Station and Control Design of Concrete Cracks

Yan Jin，Li Xiaodan，Liu Fei

（Hubei Water Conservancy and Hydropower Planning，Survey and Design Institute，Wuhan 430070，China）

Abstract：Aiming at the engineering current situation of BaiMajing pump station，combined with the terrain and geological conditions and the slope stability requirements，we adopted the method of multi-stage excavation to pumping station foundation and the method of steep slope excavation partly ，speeding up the construction progress，reducing the excavation quantities and investment.In the pump outlet conduit concrete，mixed with polypropylene fiber and pre-buried cooling water pipe can effectively control the occurrence of the concrete cracks.

Key words：pump station engineering; foundation excavation; crack control

收稿日期：2022-02-20

作者簡介：严谨，女，高级工程师，本科，研究方向为水工结构。E-mail：y515j@126.com