南邊排灌結合泵站設計綜述

沈福云，沈葵花，沈國鋒，沈嘉寶

(1.江西省贛西土木工程勘測設計院設計分院，江西 宜春 336000；2.江西省宜春市土木工程總承包有限公司，江西 宜春 336000)

1 工程現狀

南邊灌排站位于新建區五星圩堤樁號1+293處，涵閘基礎為壤土層。排澇面積6.7km2，設計排澇流量4.84m3/s，設計灌溉流量3.45m3/s，現狀裝機容量465kW。

南邊灌排站由于年久失修，涵閘等建筑物均有不同程度損壞，且隨著五星圩堤堤身的加厚，堤頂的加高加寬，穿堤箱涵的強度、長度均不能滿足要求，且進、出口為漿砌石或混凝土結構，老化破損嚴重，本次設計擬對其進行原址拆除重建[1]。

2 工程地質

南邊排灌站位于圩堤樁號1+293處，現狀為1.6m×1.6m的鋼筋混凝土涵，現狀鋼筋混凝土老化，露筋嚴重。

根據地勘資料，排灌站基礎土層分別為壤土層、中細砂層、砂礫石層。排灌站座落于壤土層上，地層巖性較單一，不易產生不均勻沉降，地質條件簡單。土層的地質參數按表1選取。

表1 排灌站基礎土體物理力學指標及滲透系數建議值表

3 排灌站總體布置

南邊排灌站由進水渠、進水閘、前池、泵房、連接段、壓力水箱、電排閘、穿堤箱涵、防洪閘、出水渠等組成。

3.1 進水渠

根據現狀，加固后進水渠樁號范圍南0+161.64-0+105.64，為梯形斷面，底寬4.5m，坡比為1∶1.5，縱坡坡降i=0.0005，底高程為12.10m，底板采用0.1m厚C15混凝土襯砌，下設0.1m厚碎石墊層，邊墻采用漿砌石仰斜式擋土墻結構，頂寬0.3m，頂高程為15.30m。進水渠漸變段接進水閘，長6m，采用C15混凝土仰斜式漸變結構，0.3m厚的C15混凝土護底。

3.2 進水閘

進水閘閘室為C25鋼筋混凝土結構，樁號范圍南0+105.64-0+099.64，總寬度7.1m，過流總凈寬4.5m，泄水閘共2孔，單孔孔口凈寬2.25m，閘邊墩厚0.8m、中墩厚1.0m。閘底板高程為12.10m，工作閘門凈寬2.25m，高3.0m，采用螺桿式啟閉直升閘門型式，攔污柵采用葫蘆啟閉直升型式，閘門頂設檢修平臺和啟閉平臺，平臺高程分別為15.30m和20.40m。

3.3 前池

前池樁號范圍南0+099.64-0+065.13，為滿足入泵水流順暢、流速均勻，須在泵站前設置前池。前池采用正向進水形式，根據現場地形和地質條件，前池緊靠泵房布置[2]。

根據《泵站設計規范》(GB/T 50265-2010)，前池設計水位以下容積按設計流量的30-50倍確定。前池底坡取1∶4，進口底高程為12.10m，寬7.0m；出口底高程為9.97m，寬11.8m。池長31.51m，南邊排灌站前池池底板采用0.3m厚的現澆C20鋼筋混凝土護底，下設0.1m厚C15混凝土墊層。兩側邊墻均采用重力式C20混凝土結構，頂寬0.30m，迎水面鉛直，背水面1∶0.45，墻基下設0.10m厚C15混凝土墊層。擋墻頂高程為15.30m。

3.4 泵房

泵房樁號范圍南0+065.13-0+058.17，泵房結構采用堤后濕室墩墻型。泵房分三層，從下至上依次為進水層、水泵層，電機層。

進水層按能夠滿足單機抽水時的過流要求，且高程滿足水泵的安裝高程布置。為9.97m，進水層之間采用0.5m厚C25鋼筋混凝土隔墩分隔為3孔(6.96m×3.6m、長×寬)，底板采用采用0.8m厚C25鋼筋混凝土結構，下設0.1m厚C15混凝土墊層。

水泵層布置ZLB型立式軸流泵，水泵的安裝高程為11.97m，在螺栓孔預埋位置設置寬0.4m、高0.6m的受力梁，水泵層采用C25鋼筋混凝土結構，兩側邊墻間距3.6m，中墩厚0.5m，邊墩厚0.6m。

電機層布置配套電機和控制屏等，機組兩側設進入孔(1.0×0.7m2)和吊物孔(1.5×1.5m2)。檢修間布置在泵房左端。泵房采用0.3m×0.5m的立柱構成剛架式結構，構架頂高程設置吊車梁，配有5T電動葫蘆。

3.5 連接段

為防止泵房與壓力水箱的不均勻沉降，在樁號范圍南0+056.17-0+058.17設置連接段，布置在泵房后，其后與壓力水箱連接，連接段軸線與泵房中心線相同。

連接段采用C25鋼筋混凝土結構，中墩厚0.4m，邊墩厚0.6m。底板采用0.5m厚的C25鋼筋混凝土板，下設0.1m厚C15混凝土墊層。

3.6 壓力水箱

壓力水箱樁號范圍南0+056.17-0+045.17，布置在泵房后，正向出水，其后與電排閘連接，壓力水箱軸線與泵房中心線相同。

壓力水箱采用C25鋼筋混凝土框架結構，中墩厚0.4m，邊墩厚0.6m。底板采用0.5m厚的C25鋼筋混凝土板，下設0.1m厚C15混凝土墊層。

3.7 電排閘

電排閘閘室為C25鋼筋混凝土結構，樁號范圍南0+045.17-0+040.17，總寬度3.6m，過流總凈寬2.0m，閘邊墩厚0.8m，閘底板0.8m厚，下設0.1m厚C15混凝土墊層。為防止水擊，閘室上部為調壓井，下部設自排閘門與電排門。調壓井四壁為0.4m厚C25鋼筋混凝土，頂高程為20.82m；自排閘門閘底板高程為9.97m，孔口尺寸(寬×高)為2.0m×1.96m；電排閘門閘底板高程為12.55m，孔口尺寸(寬×高)為2.0m×2.0m；兩閘門均采用螺桿式啟閉直升閘門型式。閘門頂設檢修平臺和啟閉平臺，平臺高程分別為16.23m和20.82m。

3.8 穿堤箱涵

穿堤箱涵為C25鋼筋混凝土結構，樁號范圍南0+040.17-0+003.45，總長36.72m。為方形箱涵，斷面尺寸(寬×高)由2.0m×5.86m漸變為2.0m×2.0m；箱涵其壁厚為0.4m，其底部設有0.1m厚的C15混凝土墊層。箱涵每10m設一橫縫，并采用紫銅片止水，瀝青杉板填縫。

3.9 防洪閘

防洪閘閘室為C25鋼筋混凝土結構，樁號范圍南0+003.45-0+000.00，總寬度3.6m，過流總凈寬2.0m，防洪閘共1孔，孔口尺寸(寬×高)為2.0m×2.0m，工作閘門采用螺桿式啟閉直升閘門型式。閘底板高程為11.65m，閘底板0.8m厚，下設0.1m厚C15混凝土墊層。閘墩長3.45m，邊墩厚0.8m。閘墩頂設檢修平臺和啟閉平臺，平臺高程分別為16.45m和20.52m。啟閉平臺通過工作橋與堤頂相接。

3.10 出水渠

出水渠與防洪閘出口相接，為八字形擋墻，樁號范圍南0+000.00-0-025.00，底寬由2.0m漸變為7.0m，底高程由11.65m漸變為11.02m。邊墻采用C20混凝土重力型式，墻頂寬0.3m，迎水面鉛直，背水面1∶0.45。底板前5.0m采用0.3m厚C20混凝土，下設0.1m厚C15混凝土墊層，后20.0m采用0.1m厚C15混凝土，下設0.1m厚C15砂卵石墊層。

4 裝機規模

水泵型式選擇為立式軸流泵，根據水文計算成果及抽排流量、設計揚程等參數，確定裝機規模并選擇泵型[3]。同時為方便維修與管理，泵型選擇優先考慮同種泵型，通過改變水泵葉片的安放角來適應揚程和流量要求。根據各排澇水泵的運行特點及揚程、流量要求，機組選擇應在運行可靠的前提下，盡量降低土建和機電設備投資。南邊排灌站裝機及泵型選定表見表2；排灌站平面圖、縱剖面圖見圖1。

表2 南邊排灌站裝機及泵型選定表

圖1 排灌站平面圖、縱剖面圖

5 排灌站運行調度方案

泵房按進水層、水泵層及電機層三層布置。底層進水層按能滿足單機抽水流量時的過流要求，水泵進水口高程滿足水泵的安裝高程布置；中間層為水泵層，主要安置水泵及出水鋼管，鋼管出口設一平轉拍門，平時拍門關閉，當需要電排時，關閉自排閘門與灌溉涵管閘門，打開電排閘門與防洪閘門，利用抽排時的壓力將拍門推開，使澇水通過壓力水箱(上層)、電排閘、穿堤箱涵與防洪閘排至外河；當需要電灌時，關閉電排閘門，打開防洪閘門、自排閘門與灌溉涵管閘門，外河水由防洪閘、穿堤箱涵、電排閘與壓力水箱(下層)進入前池，通過水泵抽上壓力水箱(上層)，進入灌溉涵管。灌排站上層為電機層和副廠房，電機層根據排澇閘站雨水排放需要，副廠房位于主廠房左端，主要用于設備檢修。

6 相關計算

6.1 水力計算

1)進水渠過流計算：

排澇流量Q設=4.84m3/s、設計內水位為14.80m，采用明渠均勻流計算公式，試算進水渠過流斷面。

經計算：當進水渠底寬6.0m，水深2.7m時，Q=43.62 m3/s >Q設=4.84m3/s，加固后的進水渠過流斷面滿足過流要求。

2)進水閘過流計算：

進水閘為無坎寬頂堰型式， 經計算，Q=6.09 m3/s >Q設=4.84m3/s，加固后的進水閘過流斷面滿足過流要求。

3)穿堤箱涵過流計算：

箱涵斷面尺寸應滿足電排流量的要求，其過流能力復核，采用涵管淹沒過流公式計算，經計算，Q=10.67 m3/s >Q設=4.84m3/s，加固后的穿堤箱涵過流斷面滿足過流要求。

6.2 建筑物穩定及基底應力計算

抗滑穩定計算與基底應力計算結果見表3。

表2 南邊排灌站各部位穩定及基底應力計算成果表

6.3 邊墻穩定計算

前池與出水渠邊墻均采用C20混凝土重力式擋土墻形式。邊墻穩定計算，考慮無水時的情況荷載組合為計算條件，抗滑穩定、抗傾穩定、墻底應力計算結果見表4。

表3 南邊排灌站邊墻穩定計算表

由表4可知，所有邊墻均直接建在壤土上，抗滑穩定、抗傾穩定、墻底應力均滿足要求。本次設計邊墻尺寸合理。

7 結 語

根據南邊排灌站的實際情況，泵站采用排灌結合型式，目前，南邊排灌站已經建成并投入運行，經過近兩年的運行觀測，泵站布置合理，水泵選型準確，泵站達到了排澇與灌溉的雙重目的，設計思路及方法得到了驗證。