基于复杂环境的补水泵站施工技术研究

蔡锡铿 广东粤源工程咨询有限公司

在水利工程建设中的补水泵站科学、合理施工，能够极大提高施工工艺水平，延长补水泵站的使用寿命。因此，为使其达到生态补水系统的建设要求，需要积极采取相关施工技术，逆作井在补水泵施工中具有较多的优势，例如占地少、支护简单以及安全系数高等，因而得到了广泛的应用。与此同时，为保证补水泵质量，补水泵站的地质多以填石为主，对方案进行及时优化和完善，防止在施工中多次开挖，最大程度降低工程施工成本，满足施工要求。

1.工程概况

以某补水泵站为例，该补水泵站所处河流全长1.8千米，水深在2.6-3.2米，河道宽度为10-25米。生态补水系统可作为启动应急预案时的水质恢复的主要方式，在实际工作中能够将河道下游水质较好的河水在水泵站的帮助下提升至一定的高度，再通过补水管道将水流输送至河流的上游受到污染地区。该补水泵站位于河流下游，取水口则设置在与泵站距离10米位置的驳岸上。

2.水文地质与施工难点

2.1 水文地质

通过实际调研得出，补水泵站的地质情况如表1所示。该位置的总体高程为＋8.1米，地下水位则为＋3.8米。

表1 补水泵站地质情况

2.2 施工难点

由于本次项目中的补水泵站施工位置、地层以及地质条件相对复杂，加之在前期的勘测中所得数据和实际现场施工存在偏差，导致补水泵站的原有设计方案无法满足施工要求。所以，为保证施工能够顺利进行，首先需要依据现场的实际环境进行补水泵站施工工艺的完善和优化，将原有的施工工艺更改为逆作法施工，能够确保补水泵站施工质量和施工效率。除此之外，该项工程的主要施工难点还在于：①当实际开挖2米后，发现在1.5米以下全部为回填土块，和地质报告中的数据信息不相符。因而再次走访调查后得出，该地的驳岸背水位置以回填土块为主。通过实地勘测，整个施工场地较小，大型机械设备无法进场施工，导致开挖难度进一步增大。②补水口的位置与该地主河道和泄洪道相连，每日涨潮落潮次数为两次。而在补水口一侧的驳岸以重力式墙为主，以砌体结构为主要材料，因而能够将驳岸直接砌于岩石中，但由于驳岸长期未能得到有效维护，导致已出现多处漏水问题。在原有的施工图纸中，主要采用单重管旋喷桩止水幕布的方式进行施工，但受到施工现场实际情况的影响，导致该方案无法具体落实。通过分析和研究，选择逆作井的方式进行排水的开挖。③由于补水泵的安装要求较高，需要有精确的安装精度，同时需要具有较强的承载能力，所以施工应选在退潮时完成，在此阶段的主要工作内容包括泵筒吊装、定位、底部灌浆等。与此同时，由于补水站的整体施工位置处于泄洪道的位置，加之挡水墙之前的设计以单重管旋喷桩止水幕布为主，在实际施工中会受到石块的限制导致其作用无法有效发挥，所以应重视排水工作的有效落实。通常情况下，为保证补水泵站在较为复杂环境中的施工质量，需要加强补水泵站的基座承载力，保证泵站的安装精度，在退潮时进行相关作业，为施工水平的提升奠定基础。

3.方案优化

3.1 施工优化

对于地质报告与实际施工情况不相符等问题，作为施工方需要积极予以解决，通过与监理方、设计方以及勘查方组织相关会议的方式，依据实际测量结果，对施工图纸进一步优化，改变原有的沉井设计，将其变为逆作井法，采用逆作井的方式对取水口以及补水泵站采取围护模式，加强保护。除此之外，为降低施工过程中的各项风险，施工方最终采取的施工方案为将内径为7.2米的逆作井作为围护结构，确保取水口与补水泵站施工安全。在进行逆作井的外围布设注浆过程中，以渗透灌浆的方式进行外围止水帷幕的设置，保证帷幕深度尽量与岩面平齐。当完成围堰施工后，对取水口位置的驳岸进行有效破除。同时设置相应的龙门架与吊装设备，利用人工操作的方式，将块石以卷扬机的方式运送到地面上。退潮后，需要及时利用水泵进行强排施工，直到封底完成相关施工工作。

3.2 水利机械与金属结构设计

为达到水泵启动、调节以及检修标准，单机的出口位置以手动阀为主。除此之外，由于水泵机组的扬程较高、出水管道长，所以需要设置水泵控制确保输水效率的提升，同时能够最大程度减少工程项目的投资。水泵机组出水管在引出泵房后需要与输水钢管相接，通常情况下输水管道较长且所经地势的高差也相对较高，所以在输水管位置的合理距离内安装相应的闭式止回阀，确保水泵安全。与此同时，为确保设备在后期能够顺利检修与安装，需要在泵房中设置相应的起重设备。泵房一般以圆筒结构为主，因此，采用4t的单梁环形轨道即可作为起重设备。其具体操作方式以地面操作为主，整机的功率为8.2kw。需要注意的是，应保证最低的泵站水位运行低于安装具体高程。泵站的运行高程需要低于所设计的洪水水位，为科学将泵房内集水井的积水排出，需要安装相应的排水泵，排水管道以热镀锌钢管为主。

3.3 电气设计

为满足补水泵站在日常工作中的用电负荷、停电检修时的用电，需要设置站用变压器，依据具体负荷进行容量的确认和电压等级的确认。为进一步确保电动机能够顺利启动，避免电网对补水泵站中其他设备进行冲击和影响，在本次项目中以常规软启动的方式进行相关设置的安装和设置。水泵的控制柜以金属全封闭低压开关柜为主，软启动控制柜具有配电与控制保护功能，因而能够最大程度降低启动的电流，实现电动机的短路保护。而泵站则以手动控制为主，现地设备控制箱则以继电器硬布线逻辑作为二次回路，同时配备相应的数字化电气监测表，方便工作人员的日常巡查。补水泵站中的设备控制需要留有充足的控制信号与运行信号反馈，从而保证后期的补水泵站的自动化控制。除此之外，为避免补水泵站受到雷电等自然灾害的控制，导致相关设备出现损伤，需要加强避雷装置的安装，使得避雷带能够和基础接地网能够有效连接。

4.复杂环境下补水泵站施工工艺分析

4.1 围堰设计

在实际施工过程中，施工方发现补水泵处于泄洪道附近，因此，为确保补水泵站能够正常施工，应加强围堰工作，进而提高施工质量。为此，需要施工人员依据施工的总设计图纸，将补水泵站的总围堰高度设置为高于水面0.8米位置，堰顶的宽度设置在1.5米为宜。对于围堰的迎水面与背水面的坡度比例设置在1:1.2，最后，采取填充黏土的方式，做好防渗墙的施工工作。

4.2 逆作法工艺流程

逆作井的位置主要与河道相邻，且距离较近，所以，需要综合考量工期与围堰堰顶的标高高度。应将地坪放坡开挖到7.12米左右为宜，利用放线定桩、高程放线的方式进行后续的施工，采用架设龙门架和电动卷扬机的方式，进行桩孔开挖。

4.3 封底

由于补水泵站的补水口底板与补水泵站底板标高存在一定的差距，因此，需要在大逆作井中进行小型逆作井的开挖，从而保证补水泵站施工能够顺利完成。对于补水站的施工，在进行第一次的封底时应保证补水站的中心点位置准确，定位合理，同时将补水泵站的中心点作为圆点制作相应的圆柱形模板。当模板制作完成后，应及时进行混凝土的浇筑工作，在此过程中需要注意的是，混凝土的浇筑主要分为两层，底板厚度控制在0.2米、0.9米之间。为保证混凝土浇筑完成后能够达到良好的养护工作，需要保证混凝土的质量满足施工要求。当混凝土凝固后，对其强度进行及时的检查，当强度满足施工要求后依据施工要求做好小逆作井的挖掘。当完成上述工作后，此时的补水泵站挖掘已进入到中微风化花岗岩中，因此，需要及时对花岗岩土层的承载能力、承载强度进行检测，当花岗岩的土层承载强度高于680MPa后，确认补水泵站载重达到质量要求。对于补水泵站来说，尽管逆作井的注浆止水幕能够实现一定的挡水效果，但依然在实际的施工中，由于补水泵站位于泄洪道位置，所以会受到潮涨潮落的影响，水压会产生一定变化的同时会导致部分水流渗入到补水泵站的基坑中，对补水泵站挖掘施工造成不利影响。所以为保证补水泵站在实际施工过程中能够顺利完成，应与井内渗水问题相结合，对补水泵站的挖掘施工时间予以确定，保证施工工作安排合理。

4.4 泵站安装

在本次施工中的花岗岩岩石的承载力较强，因此，采用利用花岗岩进行补水泵站底板设计是合理的，以科学的设计方式替换原有的补水泵站底板，不仅符合施工设计要求，还能够最大程度节省泵站的施工时间，进而提高补水泵站的实际施工效率。对于补水泵站施工来说，小逆作井挖掘需要依据孔位进行膨胀螺栓的预埋，采用砂浆抹面的方式，做好花岗岩土层抹平工作，为后期的补水泵站机组安装奠定基础。吊装工作主要操作采用预埋膨胀螺栓的方式，并将其固定完全，完成上述操作后，需要利用绳索的方式和逆作井的井圈进行连接并固定完全，避免出现补水泵站上浮问题。当完成吊装固定后，应及时将补水泵站和逆作井的空隙以浇筑的方式进行填充，通常情况下的混凝土浇筑完成后的进水标高设置为＋2.62米，其原理在于能够有效通过混凝土浇筑的方式提高补水泵站的抗浮能力。

4.5 取水口浇筑

补水泵站的取水口混凝土施工需要在安装完补水泵站后再进行浇筑，之所以需要在安装完成后操作的原因在于补水站的施工空间较小，无法进行大型机械设备的应用，采取该种方式能够最大程度为后期的补水站施工留足一定的操作空间，方便后期施工。通常情况下，补水泵站取水口混凝土浇筑工作主要分为两个步骤，其一，是需要将钢筋绑扎和混凝土竖向浇筑的高程设置在＋4.1米左右，应保持和地下水位有一定的距离，同时，为防止地下水大量的渗入到补水泵站中，应及时安装相应的橡胶止水胶带，做好补水泵站取水口的浇筑防水工作，确保补水泵站的施工质量和施工效率。其二，当补水泵站取水口混凝土固化完成后需要对混凝土的强度进行严格检测，只有混凝土强度满足施工要求后才可继续开展相关工作，当检测过程中发现混凝土强度不足时，应及时采取相关措施予以补救。等到混凝土强度满足施工要求后及时将逆作井支护进行拆除，做好施工前期的驳岸拆除恢复工作，利用防水砂浆和砖石进行驳岸的修复和重构，使得补水泵站补水口能够与驳岸实现有效连接。当补水泵站的砌石驳岸强度满足施工设计要求时，应及时将取水口和出水口的管道进行充分连接，并用粗砂进行孔隙的填充。

4.6 驳岸修复

当补水泵的补水口混凝土强度满足施工要求后，需要及时将逆作井的护壁混凝土进行及时拆除，对驳岸进行科学修复和管理。采用防水砂浆进行缝隙的有效填充和衔接，当砌石驳岸达到一定要求后与出水管进行连接，填充孔隙并回填。最终的施工工艺为将土袋围堰有效拆除后对河道进行恢复。

4.7 效果分析

对于本次项目施工，补水泵的补水口高度高于6.5米，由于补水泵与驳岸相邻且与河道距离较近，因此，在实际的补水口施工过程中，需要做好维护结构的设计工作。为此，如果将围护结构增加至两个时，不仅增加了整体施工成本，更延长了施工工期。一方面，由于补水泵站和补水口的距离相对较近，如果都进行逆作井操作时，容易出现交圈问题，进而影响施工进程，即便不将拆除护壁时间作为施工要点，但随着工期的延长必然会导致施工风险的加大。与此同时，施工方式的不同对工程造价也具有不同的影响，对于补水泵施工来说，为尽量降低施工成本，需要在满足施工质量的基础上进行工程的合理优化，通过采取逆作井等施工工艺的方式，在保证施工进度的同时，提高施工效率。另一方面，补水泵站的施工从土地平整、养护到顺利投入使用，时间一共达到80天，其中，在进行逆作井施工时的时间就达60天，逆作井的施工主要包括开挖、护壁以及封底养护等。如果依照原有的施工设计方案进行多次围护，则该项工程的工期至少需要95天，但劳动力的投入却相差不大。所以，从成本与工期的角度来说，优化后的方案施工效果更佳。

5.结论

综上所述，由于本次补水泵站项目施工区域的整体地质条件较差、环境较为复杂，因而在实际的施工过程中需要做好实地勘察和施工方案的调整优化工作。为保证补水泵站的整体施工质量和施工效率，施工方在实际施工前需要对项目做好施工成本分析工作，确保在满足施工要求、保证工程项目安全的条件下，通过不断优化施工方案的方式，提高补水泵站的施工效率。为后期的施工规划和管理奠定良好的基础。