6.2 泵站布置形式

6.2.1 灌溉、供水泵站的总体布置，一般可分为引水式和岸边式两种。引水式布置一般适用于水源岸边坡度较缓的情况。在满足灌溉引水要求的条件下，为了节省工程投资和运行费用，泵房位置应通过技术经济比较确定。当水源水位变化幅度不大时，可不设进水闸控制；当水源水位变化幅度较大时，则应在引渠渠首设进水闸。这种布置形式在我国平原和丘陵地区从河流、渠道或湖泊取水的灌溉、供水泵站中采用较多。而在多泥沙河流上，由于引渠易淤积，建议尽量不要采用引水式布置。根据某地区泵站引渠淤积状况调查，进口设闸控制的引渠，一般每年需清淤1次～2次；而进口未设闸控制的引渠，每当灌溉时段结束，引渠即被淤满，下次引水时，必须首先清淤，汛期每次洪水过后，再次引水时，同样也必须清淤，每年清淤工作量相当大，大大增加了运行管理费用。岸边式布置一般适用于水源岸边坡度较陡的情况。采用岸边式布置，由于站前无引渠，可大大减少管理维护工作量；但因泵房直接挡水，加之泵房结构又比较复杂，因此，泵房的工程投资要大一些。至于泵房与岸边的相对位置，根据调查资料，其进水建筑物的前缘，有与岸边齐平的，有稍向水源凸出的，运用效果均较好。
    从水库取水的灌溉、供水泵站，当水库岸边坡度较缓、水位变化幅度不大时，可建引水式固定泵房；当水库岸边坡度较陡、水位变化幅度较大时，可建岸边式固定泵房或竖井式（干室型）泵房；当水位变化幅度很大时，可采用移动式泵房（缆车式、浮船式泵房）或潜没式固定泵房。这几种泵房在布置上的最大困难是出水管道接头问题。
6.2.2 由于自排比抽排可节省大量电能，因此在具有部分自排条件的地点建排水泵站时，如果自排闸尚未修建，应优先考虑排水泵站与自排闸合建，以简化工程布置，降低工程造价，方便工程管理。例如某泵站将自排闸布置在河床中央，泵房分别布置在自排闸的两侧。泵房底板紧靠自排闸底板，用永久变形缝隔开。当内河水位高于外河水位时，打开自排闸自排；当内河水位低于外河水位又需排涝时，则关闭自排闸，由排水泵站抽排。又如，某泵站将水泵装在自排闸闸墩内，布置更为紧凑，大大降低了工程造价，水流条件也比较好。但对于大中型泵站，采用这种布置往往比较困难。如果建站地点已建有自排闸，可考虑将排水泵站与自排闸分建，以方便施工，但需另开排水渠道与自排渠道相连接，其交角不宜大于30°，排水渠道转弯段的曲率半径不宜小于5倍渠道水面宽度，且站前引渠宜有长度为5倍渠道水面宽度以上的平直段，以保证泵站进口水流平顺通畅。因此，在具有部分自排条件的地点建排水泵站，泵站可与排水闸合建或分建。由于排水闸排水流量一般大于泵站抽排流量，合建方案排水闸宜布置在河道主流区，且泵站和水闸之间应布置隔流墙，以改善泵站和水闸出流时的流态；当建站地点已建有排水闸时，排水泵站宜与排水闸分建。
6.2.3 根据调查资料，已建成的灌排结合泵站多数采用单向流道的泵房布置，另建配套涵闸。这种布置方式，适用于水位变化幅度较大或扬程较高的情况，只要布置得当，即可达到灵活运用的要求，但缺点是建筑物多而分散，占用土地较多，特别是在土地资源紧缺的地区，采用这种分建方式，困难较多。一般要求泵房与配套涵闸之间有适当的距离，目的是为了保证泵房进水侧有较好的进水条件；同时也为了保证泵房出水侧有一个容积较大的出水池，以利池内水流稳定，并可在出水池两侧布置灌溉渠首建筑物。例如，某泵站枢纽以4个泵房为主体，共安装33台大型水泵，总装机功率49800kW，并有13座配套建筑物配合，通过灵活的调度运用，做到了抽排、抽灌与自排、自灌相结合。4个泵房排成一字形，泵房之间距离250m，共用一个容积足够大的出水池。又如，某泵站枢纽由两座泵房、一座水电站和几座配套建筑物组成，抽水机组总装机功率16400kW，发电机组总装机容量2000kW，泵房与水电站呈一字形排列，泵房进水两侧的引水河和排涝河上，分别建有引水灌溉闸和排涝闸，泵房出水侧至外河之间由围堤围成一个容积较大的出水池。围堤上建有挡洪控制闸。抽引时，打开引水闸和挡洪控制闸，关闭排涝闸；抽排时，打开排涝闸和挡洪控制闸，关闭引水闸；防洪时，关闭挡洪控制闸；发电时，打开挡洪控制闸，关闭引水闸。再如，某泵站装机功率9×1600kW，通过6座配套涵闸的控制调度，做到了自排、自灌与抽排、抽灌相结合，既可使高低水分排，又可使上下游分灌，运用灵活，效益显著。也有个别泵站由于出水池容积不足，影响泵站的正常运行。例如，某泵站装机功率6×800kW，单机流量8.7m³/s，由于出水池容积小于设计总容积，当6台机组全部投入运行时，出水池内水位壅高达0.6m，致使池内水流紊乱，增大了扬程，增加了电能损失。对于配套涵闸的过流能力，则要求与泵房机组的抽水能力相适应，否则，亦将抬高出水池水位，增加电能损失。例如，某泵站装机功率4×1600kW，抽水流量84m³/s，建站时，为了节省工程投资，利用原有3孔排涝闸排涝，但其排涝能力只有60m³/s，当泵站满负荷运行时，池内水位壅高，过闸水头损失达0.85m～1.10m，运行情况恶劣，后将3孔排涝闸扩建为4孔，运行条件才大为改善，过闸水头损失不超过0.15m，满足了排涝要求。
    当水位变化幅度不大或扬程较低时，可优先考虑采用双向流道的泵房布置。这种布置方式，其突出优点是不需另建配套涵闸。例如某泵站装机功率6×1600kW，采用双向流道的泵房布置，快速闸门断流，通过闸门、流道的调度转换，达到能灌、能排的目的。采用这种布置方式，省掉了进水闸、节制闸、排涝闸等配套建筑物，布置十分紧凑，占用土地少，工程投资省，而且管理运行方便；缺点是泵站装置效率较低，当扬程在3m左右时，实测装置效率仅有54%～58%，使耗电量增多，年运行费用增加很多。目前这种布置方式在我国为数甚少，主要是由于扬程受到限制和装置效率较低的缘故。另外，还有一种灌排结合泵站的布置形式，即在出水流道上设置压力水箱或直接开岔。例如，某泵站装机功率2×2800kW，采用并联箱涵及拱涵形式的直管出流，单机双管，拍门断流，在出水管道中部设压力水箱（闸门室）。压力水箱两端设灌溉管，分别与灌溉渠首相接，并设闸门控制流量。这种布置形式，可少建配套建筑物，少占用土地，节省工程投资，是一种较好的灌排结合泵站布置形式。又如，某两座泵站，装机功率均为8×800kW，均采用在出水流道上直接开岔的布置形式，其中一座泵站是在左侧三根出水流道上分岔，另一座泵站是在左右两侧边的出水流道上开岔，岔口均设阀门控制流量，通过与灌溉渠首相接的岔管，将水引入灌溉渠道。这两座泵站的布置形式，均可少建灌溉节制闸及有关附属建筑物，少占用土地，节省工程投资，也是一种较好的灌排结合泵站布置形式；但因在出水流道上开岔，流道内水力条件不如设压力水箱好，当泵站开机运行时，可能对机组效率有影响。
6.2.4 大中型泵站因机组功率较大，对基础的整体性和稳定性要求较高，通常是将机组的基础和泵房的基础结合起来，组合成为块基型泵房。块基型泵房按其是否直接挡水及与堤防的连接方式，可分为堤身式和堤后式两种布置形式。堤身式泵房因破堤建站，其两翼与堤防相连接，泵房直接挡水，对地基条件要求较高，其抗滑稳定安全主要由泵房本身重量来维持，同时还应满足抗渗稳定安全的要求，因此适用的扬程不宜高，否则不经济。堤后式泵房因堤后建站，泵房不直接挡水，对地基条件要求稍低，同时因泵房只承受一部分水头，容易满足抗滑、抗渗稳定安全的要求，因此适用的扬程可稍高些。例如，某泵站工程包括一、二两站，一站装机功率8×800kW，设计净扬程7.5m，采用虹吸式出水流道，建在轻亚黏土地基上；二站装机功率2×1600kW，设计净扬程7.0m，采用直管式出水流道，建在黏土地基上。在设计中曾分别按堤身式和堤后式布置进行比较，一站采用堤身式布置，其工程量与堤后式布置相比，混凝土多3500m³，浆砌石少200m³，钢材多30t；二站采用堤身式布置，其工程量与堤后式布置相比，混凝土多3100m³，浆砌石少2100m³，钢材多160t。由上述比较可见，当泵房承受较大水头时，采用堤身式布置是不经济的。因为泵房自身重量不够，地基土的抗剪强度又较低，为维持抗滑、抗渗稳定安全，需增设阻滑板和防渗刺墙等结构，再加上堤身式布置的进、出口翼墙又比较高，这样便增加了工程量。因此，本标准规定，建于堤防处且地基条件较好的低扬程、大流量泵站，宜采用堤身式布置；而扬程较高、地基条件稍差或建于重要堤防处的泵站，宜采用堤后式布置。
6.2.5 从多泥沙河流上取水的泵站，通常是先在引水口处进行泥沙处理，如布置沉沙池、冲沙闸等，为泵房抽引清水创造条件。例如，某引水工程，引水口处具备自流引水沉沙、冲沙条件，在一级站未建之前，先开挖若干条条形沉沙池，保证了距离引水口80多公里的二级站抽引清水。但有些地方并不具备自流引水沉沙、冲沙条件，就需要在多泥沙河流的岸边设低扬程泵站，布置沉沙、冲沙及其他除沙设施。根据工程实践结果，这种处理方式的效果比较好。例如某泵站建在多泥沙的黄河岸边，站址处水位变化幅度7m～13m，岸边坡度陡峻，故先在岸边设一座缆车式泵站，设有7台泵车，配7条出水管道和7套牵引设备。沉沙池位于低扬程缆车式泵站的东北侧，其进口与低扬程泵站的出水池相接，出口则与高扬程泵站的引渠相连。沉沙池分为两厢，每厢长220m，宽4.5m～6.0m，深4.2m～8.4m，纵向底坡1∶50，顶部为溢流堰，泥沙在池内沉淀后，清水由溢流堰顶经集水渠进入高扬程泵站引渠。该沉沙池运行10余年来，累计沉沙量达300余万m³，所沉泥沙由设在沉沙池尾端下部的排沙廊道用水力排走。又如，某泵站是建在多泥沙的黄河岸边，先在岸边设一座低扬程泵站，浑水经较长的输水渠道沉沙后，进入高扬程泵站引渠。以上两泵站的实际运行效果都比较好。因此，本标准规定，从多泥沙河流上取水的泵站，当具备自流引水沉沙、冲沙条件时，应在引渠上布置沉沙、冲沙或清淤设施，当不具备自流引水沉沙、冲沙条件时，可在岸边设低扬程泵站，布置沉沙、冲沙及其他排沙设施。
6.2.7 泵闸合建时，如果泵站、水闸之间底板的高差过大，若采用放坡开挖方案，开挖低侧底板基础时会把高侧底板基础下的原状岩土挖除，增加了高侧底板下基础处理的费用；若采用垂直开挖，则需在底板高的一侧进行基坑围护，增加了围护费用。如某泵闸枢纽，泵站选用立式轴流泵，安装高程较低，泵站和水闸底板之间高差达到4.9m，采用了直径D800的密排桩孔灌注桩进行纵向围护，增加了161万元投资。
6.2.8 在深挖方地带修建泵站，应合理确定泵房的开挖深度。如开挖深度不足，满足不了水泵安装高程的要求，还可能因不好的土层未挖除而增加地基处理工程量；开挖深度过深，显然大大增加了开挖工程量，而且可能遇到地下水，对泵房施工、运行管理（如泵房内排水、防潮等）带来不利的影响，同时，因通风、采暖和采光条件不好，还会恶化泵站的运行条件。因此，本标准规定，深挖方修建泵站，应合理确定泵房的开挖深度，减少地下水对泵站运行的不利影响，并应采取必要的站区排水、泵房通风、采暖和采光等措施。
6.2.9 紧靠山坡、溪沟修建泵站，应设置排泄山洪的工程措施，以确保泵房的安全。站区附近如有局部山体滑坡或滚石等灾害发生的可能时，必须在泵房建成前进行妥善处理，以免危及工程的安全。