關(guān)于排水泵站的設(shè)計(jì)

郭承乾

(佳木斯市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江佳木斯 154002)

1 排水工程

1.1 排水規(guī)劃原則

本著“因地制宜，綜合治理，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，高水高排，分割水勢(shì)”的基本原則，確定既有排水分區(qū)清楚，所以不改變?cè)信潘到y(tǒng)，設(shè)計(jì)1座排水泵站。

1.2 排水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288—99)，結(jié)合本地區(qū)實(shí)際情況，平原采用5 a一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)，坡水采用10 a一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 排水分區(qū)、流量及水位

1)排水分區(qū):烏龍河下游右堤連同東鮮堤防和鐵路所夾區(qū)域自流排水困難，需在東鮮堤防1+300處新建東鮮排水泵站。通過排水口位置、匯流面積等綜合因素考慮，按5 a排水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，水位配合差－1.69，不能自流排水，確定選用強(qiáng)排模式，具體參數(shù)見表1。

表1 東鮮排水泵站參數(shù)表

2)流量:工程涉及的排水溝道所在地域?yàn)槠皆貐^(qū)，平原區(qū)排水設(shè)計(jì)流量按照排水模數(shù)法進(jìn)行計(jì)算公式為:

式中:Qmp為排水流量，m3/s;F平原區(qū)排水面積，km2;qp為排水模數(shù)，m3/s－1·km2。

經(jīng)計(jì)算，排水泵站流量見表2。

3)水位:東鮮排水泵站的內(nèi)水位推求，由控制面積內(nèi)的田間最低點(diǎn)考慮沿程與局部水頭損失推求，所求成果見表3。

表2 排水區(qū)設(shè)計(jì)流量計(jì)算成果表

表3 東鮮排水泵站水位成果表

2 泵站土建工程設(shè)計(jì)

2.1 工程等別、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及特征水位

排水泵站設(shè)計(jì)流量為1.57 m3/s，總裝機(jī)功率為110 kW。依據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50265—2010，泵站規(guī)模為小(1)型，工程等別為Ⅳ等。建筑物級(jí)別為主要建筑物4級(jí)，次要建筑物5級(jí)，臨時(shí)性建筑物5級(jí)。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

排水泵站主要由引渠、前池、進(jìn)水池、壓力箱、壓力涵、閘室段及出水口段組成[1]。

1)引渠及前池:引渠渠底寬度為2 m，根據(jù)泵站引水需要，引渠末端設(shè)長(zhǎng)6.0 m干砌石漸變護(hù)砌段，底寬由2 m漸變至5.9 m，邊坡1∶2，使其與前池良好銜接;前池凈寬5.9 m，長(zhǎng)6 m，底板厚為0.70 m，整體為鋼筋混凝土U形槽結(jié)構(gòu)，邊墻頂高程由77.95 m升至79.32 m。

2)泵房布置:根據(jù)排水泵站設(shè)計(jì)特征參數(shù)，泵站裝機(jī)為2臺(tái)潛水軸流泵，排水泵站采用濕室型泵房，為鋼筋混凝土整體式結(jié)構(gòu)。由下而上分別為濕室(進(jìn)水池)、水泵層、配電間。各層高程均按照廠家提供安裝尺寸圖、最低運(yùn)行水位并結(jié)合實(shí)際情況確定。泵房底板順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)度10.5 m，總寬度7.3 m，兩臺(tái)水泵之間用隔墩分開，形成單獨(dú)進(jìn)水流道。

泵房濕室即為進(jìn)水池，共分3孔，中間1孔為自流孔;兩側(cè)及后端墩墻厚0.50 m;中間隔墩厚0.50 m;底板厚0.80 m。水泵層每孔設(shè)一水泵安裝平臺(tái)，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，固結(jié)在墩墻上。安裝平臺(tái)寬1.9 m，預(yù)留水泵安裝孔。該層共安裝有2臺(tái)潛水泵。配電間平面尺寸為5.0 m×7.3 m，建筑面積36.50 m2，配電間上空設(shè)有1臺(tái)電動(dòng)單梁起重機(jī)用于安裝和檢修。為便于檢修，在電機(jī)層樓板上設(shè)有2個(gè)D=1.0 m的進(jìn)人孔，爬梯連接至水泵層。

3)壓力箱:壓力箱與泵房濕室一體，連接壓力箱涵，與壓箱涵間設(shè)置沉降縫并設(shè)置止水。

4)壓力箱涵:排水泵站出水壓力箱涵與壓力箱連接，共1孔。第一節(jié)長(zhǎng)9.0 m，第二節(jié)與防洪閘一體，長(zhǎng)8.0 m。

5)出口防洪閘:防洪閘段末端設(shè)有防洪閘門，采用鑄鐵閘門，采用螺桿啟閉機(jī)啟閉，螺桿啟閉機(jī)布置于防洪閘頂剛架上的啟閉臺(tái)中，由交通橋與堤頂連接。交通橋?yàn)殇摻罨炷翆?shí)心板結(jié)構(gòu)。厚0.20 m?？拷夂觽?cè)設(shè)一道疊梁門檢修門槽，供檢修時(shí)使用。

6)出口消能段:出口消能工采用下挖式消力池矩形槽結(jié)構(gòu)，消力池段長(zhǎng)6 m，池深0.5 m，寬1.5 m。后接8 m干砌石海漫與河底平順連接。

2.3 泵房防滲計(jì)算

水閘閘基的抗?jié)B穩(wěn)定計(jì)算采用規(guī)范推薦的改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算，計(jì)算公式采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C。

計(jì)算工況選取最不利工況即上下游水位差最大的工況，即水頭差為1.69 m。計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖1，采用改進(jìn)阻力系數(shù)法計(jì)算。

水平段滲透坡降:

出口段滲透坡降:

圖1 上下游水位差最大工況計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算結(jié)果可知，水平滲流及出口段的滲透坡降均小于允許滲透坡降值，說明滲透穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

2.4 泵房穩(wěn)定計(jì)算

泵房穩(wěn)定計(jì)算工況如下:

1)施工完建期:泵房前、后均無水。

2)正常運(yùn)用情況:泵房前后均為設(shè)計(jì)水位。

3)非常運(yùn)用情況:泵房前加大水位，出口關(guān)閘。

穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算包括泵房沿基礎(chǔ)底面的抗滑穩(wěn)定計(jì)算、泵房基底應(yīng)力、基底應(yīng)力不均勻系數(shù)的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 泵房穩(wěn)定計(jì)算成果表

泵房底板在各種荷載組合工況下，基底應(yīng)力及基底應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

2.5 泵站工程量

泵站總工程量為土方2 746 m3;石方270.63 m3;混凝土方401.81 m3。

3 泵站水機(jī)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 水力機(jī)械

東鮮排水泵站安裝2臺(tái)500QZB—100型潛水泵，采用井筒式安裝，500 mm出水管穿墻進(jìn)壓力水箱，末端安裝拍門。水泵電機(jī)功率為55 kW/臺(tái)，轉(zhuǎn)速980 r/min，葉輪直徑450 mm。配電間上方安裝電動(dòng)單梁起重機(jī)，以方便水泵檢修。

3.2 金屬結(jié)構(gòu)

東鮮排水泵站進(jìn)水口設(shè)攔污柵，設(shè)檢修閘門2扇。壓力箱設(shè)閘門1扇，防洪站1扇，尺寸均為1.5 m×1.5 m，各配5t手電兩用螺桿啟閉機(jī)一臺(tái)。

4 泵站配電設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

設(shè)計(jì)依據(jù)有3項(xiàng):①水工提供的排水泵站的規(guī)模及有關(guān)設(shè)計(jì)圖和對(duì)配電設(shè)計(jì)的要求;②10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范;③其它有關(guān)規(guī)范。

4.2 配電設(shè)計(jì)

排水泵站電源自永發(fā)變電所引進(jìn)，需架設(shè)一條線路，電壓10 kV，長(zhǎng)2 km。本站用電設(shè)備安裝總?cè)萘?10 kW。主要用電負(fù)荷有2臺(tái)潛水泵泵機(jī)組，單機(jī)容量55 kW，電氣照明、廠內(nèi)吊車、檢修用電設(shè)備及閘門起閉機(jī)等，電壓為380/220 kV。電源由安裝在室外的一臺(tái)160 kW安電力變壓器供給，供電電壓10/0.4 kV。經(jīng)過電纜引到室內(nèi)進(jìn)線柜、電容柜和配電柜。電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)。無功補(bǔ)償電容器，安裝在電容柜內(nèi)。泵站廠房防雷采用在廠房屋頂設(shè)避雷網(wǎng)，用兩根引下線與泵站接地網(wǎng)聯(lián)接。泵站采用共同接地網(wǎng)，即廠房?jī)?nèi)防雷接地網(wǎng)聯(lián)為一體。接地裝置利用廠房基礎(chǔ)鋼筋，并在泵站四周設(shè)接地網(wǎng)，與廠房基礎(chǔ)鋼筋作兩點(diǎn)以上的聯(lián)接。廠房?jī)?nèi)非帶電導(dǎo)體作等電位聯(lián)接。接地網(wǎng)接地電阻≤4 Ω。

5 泵站消防設(shè)計(jì)

5.1 工程概況和消防總體設(shè)計(jì)方案

泵站工程火災(zāi)易發(fā)部位為廠房?jī)?nèi)電器設(shè)備及場(chǎng)外變電所。依據(jù)為消防設(shè)計(jì)規(guī)范。原則為泵站電氣設(shè)備的防火，應(yīng)貫徹“預(yù)防為主，消防結(jié)合”的消防工作方針。應(yīng)積極采用先進(jìn)的防火技術(shù)，做到保障安全，使用方便，經(jīng)濟(jì)合理。

5.2 泵站消防設(shè)計(jì)

1)主要場(chǎng)所火災(zāi)危險(xiǎn)性分類及耐火等級(jí):根據(jù)“泵站設(shè)計(jì)規(guī)范”，泵房、安裝間、火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丁類，耐火等級(jí)為二，室外變壓器場(chǎng)火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丙類，耐火等級(jí)為二。

2)主要場(chǎng)所和主要機(jī)電設(shè)備的消防設(shè)計(jì):配電間室內(nèi)配電為無油設(shè)備和耐燃材料。采用手提式代烷滅火器消防型式。

[1]毛威敏，胡凌.現(xiàn)代城市中排水泵站設(shè)計(jì)的探討[J].中國市政工程，2002(04):44－46.