一体化预制泵站设计存在问题探析

张孔锋

(福建省城乡规划设计研究院 福建福州 350008)

0 引言

一体化预制泵站采用全地下式，具有占地面积小、施工周期短、对周边环境影响小等特点，在城镇给排水系统中应用越来越多，在城镇污水中应用尤为广泛。近10 年来，随着一体化预制泵站的推广使用，目前国内外单筒最大规模已达到1 m3/s(雨水)、0.6 m3/s(污水)和0.2 m3/s(给水)。一体化预制泵站在国内亦有很多应用实例，如北京天安门污水泵站、厦门鼓浪屿景区环岛截污泵站、上海浦东新农村污水泵站等[1-2]。

1 工程概况

拟建污水提升泵站位于福建省晋江市安海镇福建省装备制造业(晋江)重点基地安海园内，近期设计规模为5 000 m3/d，站址地面黄海高程8.000 m，进水管内底标高3.500 m。远期随着下游规划路网及污水主干管的实施，泵站予以取消。

2 污水提升泵站设计

2.1 泵站形式的选择

污水提升泵站主要有传统钢筋混凝土泵站和一体化预制泵站。一体化预制泵站，是一种在工厂内将井筒、水泵、格栅、管道、阀门、控制系统和通风系统等主体部件集成为一体，并在出厂前进行预装和测试后，运至现场安装的泵站，分为干式和湿式两种。其壳体一般采用玻璃钢(GRP)或高密度聚乙烯(HDPE)等质量轻、强度高和耐腐蚀强的材料。两种类型泵站比较如表1所示。

表1 污水提升泵站比较表

综合以上分析比较，一体化预制泵站相比传统钢筋混凝土泵站优势明显。考虑当地建设用地紧张及泵站远期拟予以取消的实际情况，设计采用一体化预制泵站。

2.2 泵站设计

一体化预制泵站深度7.900 m，共设置3台水泵，两用一备，互为备用；水泵性能参数为Q=180 m3/h，H=30 m，N=30 kW。泵站停机水位2.100 m，一台泵启动水位3.400 m，两台泵启动水位3.800 m，报警水位4.100 m，集水池有效容积9.18 m3，如图1所示。泵壳采用玻璃钢(GRP)连续机械缠绕，为了保证水泵的安全，设计采用管道式粉碎型格栅，安装于一体化泵站内。本工程的配套系统还有水位控制系统、自动导轨装置、计量及报警系统、离子除臭装置等，对水泵的运行情况进行科学的控制，从而实现全自动运行。

图1 一体化预制污水提升泵站剖面图

3 一体化预制泵站存在的问题

(1)一体化预制泵站产品标准待完善。设计完成后，施工图设计审查师及建设单位都有提出泵站强度问题，但一体化预制泵站最主要的标准《一体化预制泵站工程技术标准》(CJJ/T 285-2018)[1]第4.1.1条规定：“一体化预制泵站主体材质井筒宜采取玻璃钢或高密度聚乙烯等质量轻、强度高和耐腐蚀的材料”。中国工程建设标准化协会标准《一体化预制泵站应用技术规程》(CECS 407：2015)[2]第3.2.1条:“采用玻璃钢材质的一体化预制泵站，侧壁玻璃钢应以无碱玻璃纤维无捻粗纱及其制品为增强材料，热固性树脂为基体材料，宜采用缠绕工艺。泵站顶部、底盖和连接部位等无法采用缠绕工艺的部分，可采用手糊成型工艺。”仅对采用玻璃钢材质的工艺进行规定，高密度聚乙烯(HDPE)作为井筒材料时未说明。两本标准均未对不同深度应采用的不同强度要求作量化规定，导致设计时没有参数可选用或作为结构计算的依据。

(2)一体化预制泵站有效容积的确定依据不足。《一体化预制泵站工程技术标准》(CJJ/T 285-2018)第4.3.5条规定：“排水一体化预制泵站集水池的有效容积应根据水泵设计水量和每小时最大启停次数确定”，没有明确启停次数，仅在条文说明中指出，目前国内外一体化预制泵站配备水泵的最大允许启停次数一般为10 次～30 次，与现行《室外排水设计规范》(GB 50014-2006(2016年版))[4]第5.3.1条规定的“水泵机组为自动控制时，每小时开动水泵不得超过6次”相差很大。原设计一体化预制泵站有效容积计算时，启停次数采用12 次，容积较小，依据不足。为了满足室外排水设计规范要求，只能加大有效容积，同时加大泵站深度。但《一体化预制泵站工程技术标准》(CJJ/T 285-2018)第4.3.6条同时规定：“当一体化预制泵站主体集水池有效容积不能满足计算集水池容积时，应另设分离式集水池”。分离式集水池为一体化预制泵站主体之外单独设置井筒或构筑物，因埋深很大需深基坑支护开挖、占地较小、增加造价等因素，可实施性较小。

(3)一体化预制泵站有效容积的水位界定不明确。《室外排水设计规范》(GB 50014-2006(2016年版))第5.3.1条条文解释中，关于集水池有效容积的规定为“集水池的设计最高水位和设计最低水位之间的容积为有效容积。集水池有效容积的计算范围，除集水池本身外，可以向上游推算到格栅部位。”《一体化预制泵站工程技术标准》(CJJ/T 285-2018)仅在第4.3.5条条文说明，对集水池有效容积的规定为“排水一体化预制泵站集水池的最高液位和最低液位之间体积为集水池的有效容积。”两者差别之处仅在于是否计算格栅部位的容积，对于一体化预制泵站，因为格栅是集成在泵筒内，也就不存在这部分容积。集水池的设计最高水位和设计最低水位用于一用一备的泵站，因为只有这两个水位比较好界定。对于两用一备或以上的泵站，则不能按设计最高水位和设计最低水位计算容积。一般情况下，设计是按第一台泵启泵水位和第二台泵启泵水位之间的容积计算。但泵的实际工作情况是这样的：两用一备的两台泵的工作组合，按1#2#、3#1#、2#3#如此顺序循环互为备用，即每次第一台启动的水泵总是备用泵，实质上是减少了单台泵的每小时启停次数。以本工程为例，一台泵开时水位3.400m，此时如进水量大于抽水量，水位将持续上升，但至第二台泵开水位3.800m之前，如进水量小于抽水量，水位将下降，在此期间都只有一台泵在工作，而下次启动的泵不是本次工作的泵，因此这两台泵之间启泵水位差的容积是可以作为有效容积的。当设计流量较大时，两台泵之间启泵水位差较大，有效容积加大将较明显，并能有效减小泵站深度、降低造价。

(4)一体化预制泵站深度较大时的深基坑支护问题。原设计一体化预制泵站深度7.900 m，因多种原因，工程一年多后施工放样时，发现村民已把站址用地当做渣土场，地面标高提高到11.500 m，致使泵站埋深增加到10.700 m，考虑抗浮需1.300 m钢筋混凝土基础，实际开挖深度达到12.00 m。福建省规定超过4 m的建(构)筑物基坑属于深基坑，需进行深基坑支护专项设计审查和施工方案论证，原设计7.900 m时还能采用分两层放坡开挖方式，造价较低；但开挖深度达到12.000 m时，放坡开挖需要很大的场地，因受场地限制及施工安全考虑，设计采用深基坑支护方案，每延米造价约4 万元，基坑尺寸为边长为10 m的正方形，支护总长度为40 m，支护费用就约160 万元，不能体现一体化预制泵站的造价优势，同时施工周期也成倍增加。

(5)一体化预制泵站规模受限制。因运输、工艺等原因，一体化预制泵站现有最大直径为4 m，一般在3.8 m，致使单个泵筒规模受限制。泵站规模较大时，需同时建设多个井筒并联才能解决[3]。当泵站近期规模较小，而远期规模较大，需分期建设时，远期开挖会影响近期已建泵站，不利于分期建设。

4 结论

(1)建议相关标准、规范修订时，应明确不同材质不同深度要求产品强度标准、有效容积。计算时水泵允许启停次数等参数。

(2)对于两用一备或以上的一体化预制泵站，建议其有效容积界定，可按设计最低水位和设计第二台泵启泵水位之间的水位差进行计算，能有效减少泵站深度、降低造价。

(3)一体化预制泵站更适用于用地紧张、深度较小时采用。当泵站深度较大、用地紧张时，如要避免深基坑支护要求，建议可采用预制钢筋混凝土管加一体化预制泵站方式。预制钢筋混凝土管起到基坑支护的作用，功能类似于沉井，其上部约2.5 m可采用放坡开挖施工，封底底板结构计算时同时考虑可作为泵站的基础，相比深基坑支护不但施工安全，还可以节约施工时间，节省造价。预制钢筋混凝土管管径一般最大在3.5 m，考虑两侧各约0.7 m安装空间，以预制钢筋混凝土管作为基坑支护的泵筒最大直径为2.1 m，超过2.1 m的一体化预制泵站深基坑支护建议可采用沉井加一体化预制泵站方式。

(4)一体化预制泵站规模较大，需分期建设时，建议可将一体化预制泵站的井筒先行施工，类似于传统泵站土建先施工，设备分期安装。