潜水轴流泵站土建设计要点介绍

潜水轴流泵站土建设计要点介绍

韩晓卉1, 黄宇诺2

1中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江 杭州 310014

2中电建生态环境集团有限公司 广东 深圳 518102

摘要：近些年随着城市建设的发展，城市防洪排涝标准不断提高，城区河道治理工程较多，泵站建设进入了一个高潮期。潜水轴流泵由于具有结构简单、整体吊装、安装检修方便、运行灵活、投资较少等优点，广泛应用于城市中小型排涝泵站及河道配水泵站。本文主要介绍潜水轴流泵站土建设计要点及需注意的问题。

关键词：潜水轴流泵；进水流道；泵房；出水流道

Civil design and technical key points analysis of submersible axial flow pump station

                     HAN XIAOHUI 

      (POWER CHINA HUADONG ENGINEERING CORPORATION LIMITED)

Abstract：In recent years, with the development of urban construction, the standard of flood control and drainage has been improved continuously, there are many river treatment projects in urban area, and pump station construction has entered a high tide period.The submersible axial flow pump has the advantages of simple structure, integral hoisting, convenient installation and maintenance, flexible operation and less investment. It is widely used in small and medium-sized drainage pump stations in cities and river cleaning pump stations.This paper mainly introduces the technical points and problems needing attention in the civil design of the submersible axial flow pump.

Key words：submersible axial—flow pump；inlet passage；pump house；outlet passage

1 引言

近些年随着城市建设的发展，城市防洪排涝标准不断提高，城区河道治理工程较多，泵站建设进入了一个高潮期。潜水轴流泵由于具有结构简单、整体吊装、安装检修方便、运行灵活、投资较少等优点，广泛应用于城市中小型排涝泵站、城市河道配水泵站。

2 潜水轴流泵站土建设计要点介绍

潜水轴流水泵其特点是扬程较低（一般小于10m），单泵流量不大（小于10m3/s），水泵采用整体抽芯结构，结构简单、运行维护方便。相比其他型式泵站，潜水轴流泵站泵房土建结构较为简单，泵站主要分为三部分：进水建筑物、泵房、出水建筑物。

2.1 进水建筑物

进水建筑物是泵站工程的重要组成部分，包括引渠、前池及进水池。

泵站引渠的线路选择应根据选定的取水口及泵房位置，结合地形地质条件，通过经济技术比较选定，潜水泵站体量较小，多布置在渠边，直接从渠道取水，引渠即为渠道。

前池是衔接引渠和进水池的水工建筑物，根据水流方向前池分正向进水前池和侧向进水前池，如下图示。泵站直接从渠道取水，渠道、前池和进水池进水方向一致，为正向进水；前池的来水方向和进水池的进水方向正交或斜交，为侧向进水，侧向进水由于流向改变，水流容易形成回流、漩涡和流速分布不均等，可能会影响水泵进水条件。正向进水型式简单、水流平顺、流速均匀，池内相对不易产生旋涡，在有条件情况下宜优先选用正向进水型式。

前池衔接引渠和进水池，前池容积应满足水泵进水要求。前池底高程一般比进水池高，底部平面呈梯形，为使池内流态良好，底坡不宜陡于1:4；前池扩散角宜与水流的天然扩散角相吻合，正向进水的前池扩散角一般取20o~40o。如果引渠较长时，前池顶高程应考虑停机时池内水面壅高影响等因素。

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进水池是水泵直接吸水的水工建筑物，进水池的型式和尺寸设计应使池内流态良好，满足水泵进水要求，且便于清淤及维护管理；根据《泵站设计规范》（GB50265-2010），进水池水下有效容积可按共用该进水池的水泵30倍~50倍设计流量确定。根据《泵站》，在各种运行水位下，进水池秒换水系数K，当流量小于0.5m

3/s时宜为25~30，流量大于0.5m3/s时宜为15~20，秒换水系数计算公式：

式中：k—秒换水系数；

Q—排水流量(m3/s)；

B—进水池宽(m)；

h—进水池水深(m)；

L—进水池池长(m)；

对于多泥沙河流上的泵站，设计时应在引渠、前池考虑设置拦沙、沉沙、排沙等设施。

2.2 泵房

泵房是安装主机及其辅助设备的建筑物，是整个泵站的主体工程。潜水轴流泵房根据水泵及其电机布置要求，其下部结构顺水流方向分为进水流道、筒体、出水流道三部分，相比其他型式泵房，潜水轴流泵站结构布置简单。典型潜水轴流泵站布置见下图：

典型潜水轴流泵泵房布置图

考虑潜水轴流泵站水泵设备维护简单方便，当考虑泵站布置尽量减少对城市景观影响等因素时，设计可取消泵站地面以上结构，泵站顶高程与周围地面相同，使泵站与其周围景观相融合。

潜水泵站进水流道形式有簸箕形流道、肘形流道及钟形流道，流道体型如下图示。三种型式的进水流道都可为水泵叶轮室进口提供良好的进水流态，肘形进水流道流态简单，水力损失小，钟形和簸箕形进水流道的流态较复杂、水力损失相对较大。潜水轴流泵站小流量直接从进水池吸水，大流量多采用肘形流道。潜水泵站扬程较低，为减小水头损失，避免产生涡带，流道进口断面流速宜取0.8m/s~1.0m/s。

肘形进水流道              簸箕形进水流道

       钟形进水流道

潜水泵使用时整个泵组潜入水中工作，根据其形体，其保护结构多设计成圆筒形，工作时泵组支撑于筒体下部支座，电机布置于筒体上部。

出水流道多采用直管式、矩形倒圆断面型式，出口流速不宜大于1.5m3/s，有拍门时不宜大于2.0m3/s；流道内应设置通气孔，开机时用于排出流道气体，关机时消除真空、缓闭拍门，通气孔宜高出最高运行水位0.7m，顶部设计成弯头或外加防护罩，防止突然停机时流道内水流外飙造成危害。因扬程较低，流量不大，出水流道普遍采用拍门断流。

2.3 出水建筑物

出水建筑物包括出水池及出水渠。出水池分正向出水池、侧向出水池，如下图示，条件允许时，宜采用正向出水。

出水池分开敞式出水池、封闭式出水池（无压型式）及压力水箱。出水池形体及尺寸设计应满足池内水流顺畅、稳定、水力损失小、池内流速不大于2.0m3/s、不出现水跃等要求；当出水池与出水渠道不等宽时，设渐变段连接，渐变段的收缩角宜小于40o。压力水箱一般不允许出现明满流交替工况，形体尺寸按箱内的设计流速（一般取1.5~2.5m/s）及检修要求确定。

出水渠分河道出水、箱涵出水、钢管出水。

出水池顺接河道，出水水流顺畅，为理想的出水方式。开敞式出水池接箱涵或钢管出水时，出水池池壁应有一定的安全超高，以防开机瞬间出水池内水位涌高外溢。采用封闭式出水池（无压型式）结构时，池内容积适量加大，顶上设通气孔或排气阀，以防泵站启停时，池内压力过大，顶起检修井盖板。采用压力水箱方案时，应考虑水锤等脉动压力，除混凝土结构需满足受力要求外，压力水箱顶部应设排气阀，以避免检修井盖板被顶起。

3 泵站基础处理

潜水轴流泵站多建于河道附近，地基多为软基，且水泵布置于流道之后，结构布置上泵站前轻后重，地基受力分布不均，一般难以满足地基承载能力、稳定和变形的要求，故需要根据具体地勘资料进行计算分析并对地基进行适当处理，目前常采用桩基处理方案，包括钻孔灌注桩、旋喷桩、水泥搅拌桩、钢管桩，混凝土管桩等型式，需要根据现场实际情况及业主要求、施工进度等比较选定。桩基的计算除验算竖向承载力和水平承载力以外，其不可恢复的水平位移还不应超过5mm。按照《泵站设计规范》中的相关规定，地基计算主要包括渗流稳定性验算、整体稳定计算、地基沉降计算。需要特别注意的是，对泵站地基中有可能发生液化的土层宜挖除。当该土层难以挖除时，宜采用振冲法或强力夯实法等处理措施，也可结合地基防渗要求，采用板桩或连续墙围闭等措施。渗流及地基液化处理可按《水闸设计规范》（SL265-2016）要求进行设计。以杭州四五闸闸站为例，水闸和泵站呈“一”字型布置，闸站渗透稳定计算满足规范要求，由于基础土层里含砂容易引起“液化”，故在闸站底板设置防渗墙。

杭州四五闸闸站基础处理断面图

4. 结束语

潜水轴流泵装置简单，泵房结构布置也相对简单；近十年内，华东院设计了鹿山泵站、新桥泵站、谢村泵站、浦口泵站等十几座潜水轴流泵站，在运行过程中也发现了一些小问题，主要体现在泵房结构偏心产生的不均匀沉降、出水池压力过高、压力水箱盖板顶起等，在以后的设计中，需要引起足够的重视，确保结构安全、运行安全。

参考文献：

[1] 《泵站》丘传忻：中国水利水电出版社，2007年

作者简介：

韩晓卉（1980-），女，高级工程师，研究方向为水利水电工程结构。

黄宇诺（1985-），女，中级工程师，研究方向国际水利水电项目开发。