一體化預制泵站設計存在問題探析

張孔鋒

(福建省城鄉規劃設計研究院 福建福州 350008)

0 引言

一體化預制泵站采用全地下式，具有占地面積小、施工周期短、對周邊環境影響小等特點，在城鎮給排水系統中應用越來越多，在城鎮污水中應用尤為廣泛。近10 年來，隨著一體化預制泵站的推廣使用，目前國內外單筒最大規模已達到1 m3/s(雨水)、0.6 m3/s(污水)和0.2 m3/s(給水)。一體化預制泵站在國內亦有很多應用實例，如北京天安門污水泵站、廈門鼓浪嶼景區環島截污泵站、上海浦東新農村污水泵站等[1-2]。

1 工程概況

擬建污水提升泵站位于福建省晉江市安海鎮福建省裝備制造業(晉江)重點基地安海園內，近期設計規模為5 000 m3/d，站址地面黃海高程8.000 m，進水管內底標高3.500 m。遠期隨著下游規劃路網及污水主干管的實施，泵站予以取消。

2 污水提升泵站設計

2.1 泵站形式的選擇

污水提升泵站主要有傳統鋼筋混凝土泵站和一體化預制泵站。一體化預制泵站，是一種在工廠內將井筒、水泵、格柵、管道、閥門、控制系統和通風系統等主體部件集成為一體，并在出廠前進行預裝和測試后，運至現場安裝的泵站，分為干式和濕式兩種。其殼體一般采用玻璃鋼(GRP)或高密度聚乙烯(HDPE)等質量輕、強度高和耐腐蝕強的材料。兩種類型泵站比較如表1所示。

表1 污水提升泵站比較表

綜合以上分析比較，一體化預制泵站相比傳統鋼筋混凝土泵站優勢明顯?？紤]當地建設用地緊張及泵站遠期擬予以取消的實際情況，設計采用一體化預制泵站。

2.2 泵站設計

一體化預制泵站深度7.900 m，共設置3臺水泵，兩用一備，互為備用；水泵性能參數為Q=180 m3/h，H=30 m，N=30 kW。泵站停機水位2.100 m，一臺泵啟動水位3.400 m，兩臺泵啟動水位3.800 m，報警水位4.100 m，集水池有效容積9.18 m3，如圖1所示。泵殼采用玻璃鋼(GRP)連續機械纏繞，為了保證水泵的安全，設計采用管道式粉碎型格柵，安裝于一體化泵站內。本工程的配套系統還有水位控制系統、自動導軌裝置、計量及報警系統、離子除臭裝置等，對水泵的運行情況進行科學的控制，從而實現全自動運行。

圖1 一體化預制污水提升泵站剖面圖

3 一體化預制泵站存在的問題

(1)一體化預制泵站產品標準待完善。設計完成后，施工圖設計審查師及建設單位都有提出泵站強度問題，但一體化預制泵站最主要的標準《一體化預制泵站工程技術標準》(CJJ/T 285-2018)[1]第4.1.1條規定：“一體化預制泵站主體材質井筒宜采取玻璃鋼或高密度聚乙烯等質量輕、強度高和耐腐蝕的材料”。中國工程建設標準化協會標準《一體化預制泵站應用技術規程》(CECS 407：2015)[2]第3.2.1條:“采用玻璃鋼材質的一體化預制泵站，側壁玻璃鋼應以無堿玻璃纖維無捻粗紗及其制品為增強材料，熱固性樹脂為基體材料，宜采用纏繞工藝。泵站頂部、底蓋和連接部位等無法采用纏繞工藝的部分，可采用手糊成型工藝?！眱H對采用玻璃鋼材質的工藝進行規定，高密度聚乙烯(HDPE)作為井筒材料時未說明。兩本標準均未對不同深度應采用的不同強度要求作量化規定，導致設計時沒有參數可選用或作為結構計算的依據。

(2)一體化預制泵站有效容積的確定依據不足?！兑惑w化預制泵站工程技術標準》(CJJ/T 285-2018)第4.3.5條規定：“排水一體化預制泵站集水池的有效容積應根據水泵設計水量和每小時最大啟停次數確定”，沒有明確啟停次數，僅在條文說明中指出，目前國內外一體化預制泵站配備水泵的最大允許啟停次數一般為10 次～30 次，與現行《室外排水設計規范》(GB 50014-2006(2016年版))[4]第5.3.1條規定的“水泵機組為自動控制時，每小時開動水泵不得超過6次”相差很大。原設計一體化預制泵站有效容積計算時，啟停次數采用12 次，容積較小，依據不足。為了滿足室外排水設計規范要求，只能加大有效容積，同時加大泵站深度。但《一體化預制泵站工程技術標準》(CJJ/T 285-2018)第4.3.6條同時規定：“當一體化預制泵站主體集水池有效容積不能滿足計算集水池容積時，應另設分離式集水池”。分離式集水池為一體化預制泵站主體之外單獨設置井筒或構筑物，因埋深很大需深基坑支護開挖、占地較小、增加造價等因素，可實施性較小。

(3)一體化預制泵站有效容積的水位界定不明確?！妒彝馀潘O計規范》(GB 50014-2006(2016年版))第5.3.1條條文解釋中，關于集水池有效容積的規定為“集水池的設計最高水位和設計最低水位之間的容積為有效容積。集水池有效容積的計算范圍，除集水池本身外，可以向上游推算到格柵部位?！薄兑惑w化預制泵站工程技術標準》(CJJ/T 285-2018)僅在第4.3.5條條文說明，對集水池有效容積的規定為“排水一體化預制泵站集水池的最高液位和最低液位之間體積為集水池的有效容積?！眱烧卟顒e之處僅在于是否計算格柵部位的容積，對于一體化預制泵站，因為格柵是集成在泵筒內，也就不存在這部分容積。集水池的設計最高水位和設計最低水位用于一用一備的泵站，因為只有這兩個水位比較好界定。對于兩用一備或以上的泵站，則不能按設計最高水位和設計最低水位計算容積。一般情況下，設計是按第一臺泵啟泵水位和第二臺泵啟泵水位之間的容積計算。但泵的實際工作情況是這樣的：兩用一備的兩臺泵的工作組合，按1#2#、3#1#、2#3#如此順序循環互為備用，即每次第一臺啟動的水泵總是備用泵，實質上是減少了單臺泵的每小時啟停次數。以本工程為例，一臺泵開時水位3.400m，此時如進水量大于抽水量，水位將持續上升，但至第二臺泵開水位3.800m之前，如進水量小于抽水量，水位將下降，在此期間都只有一臺泵在工作，而下次啟動的泵不是本次工作的泵，因此這兩臺泵之間啟泵水位差的容積是可以作為有效容積的。當設計流量較大時，兩臺泵之間啟泵水位差較大，有效容積加大將較明顯，并能有效減小泵站深度、降低造價。

(4)一體化預制泵站深度較大時的深基坑支護問題。原設計一體化預制泵站深度7.900 m，因多種原因，工程一年多后施工放樣時，發現村民已把站址用地當做渣土場，地面標高提高到11.500 m，致使泵站埋深增加到10.700 m，考慮抗浮需1.300 m鋼筋混凝土基礎，實際開挖深度達到12.00 m。福建省規定超過4 m的建(構)筑物基坑屬于深基坑，需進行深基坑支護專項設計審查和施工方案論證，原設計7.900 m時還能采用分兩層放坡開挖方式，造價較低；但開挖深度達到12.000 m時，放坡開挖需要很大的場地，因受場地限制及施工安全考慮，設計采用深基坑支護方案，每延米造價約4 萬元，基坑尺寸為邊長為10 m的正方形，支護總長度為40 m，支護費用就約160 萬元，不能體現一體化預制泵站的造價優勢，同時施工周期也成倍增加。

(5)一體化預制泵站規模受限制。因運輸、工藝等原因，一體化預制泵站現有最大直徑為4 m，一般在3.8 m，致使單個泵筒規模受限制。泵站規模較大時，需同時建設多個井筒并聯才能解決[3]。當泵站近期規模較小，而遠期規模較大，需分期建設時，遠期開挖會影響近期已建泵站，不利于分期建設。

4 結論

(1)建議相關標準、規范修訂時，應明確不同材質不同深度要求產品強度標準、有效容積。計算時水泵允許啟停次數等參數。

(2)對于兩用一備或以上的一體化預制泵站，建議其有效容積界定，可按設計最低水位和設計第二臺泵啟泵水位之間的水位差進行計算，能有效減少泵站深度、降低造價。

(3)一體化預制泵站更適用于用地緊張、深度較小時采用。當泵站深度較大、用地緊張時，如要避免深基坑支護要求，建議可采用預制鋼筋混凝土管加一體化預制泵站方式。預制鋼筋混凝土管起到基坑支護的作用，功能類似于沉井，其上部約2.5 m可采用放坡開挖施工，封底底板結構計算時同時考慮可作為泵站的基礎，相比深基坑支護不但施工安全，還可以節約施工時間，節省造價。預制鋼筋混凝土管管徑一般最大在3.5 m，考慮兩側各約0.7 m安裝空間，以預制鋼筋混凝土管作為基坑支護的泵筒最大直徑為2.1 m，超過2.1 m的一體化預制泵站深基坑支護建議可采用沉井加一體化預制泵站方式。

(4)一體化預制泵站規模較大，需分期建設時，建議可將一體化預制泵站的井筒先行施工，類似于傳統泵站土建先施工，設備分期安裝。