廣州市天河區(qū)深涌水閘泵站方案研究

李焯然

（廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510635）

廣州市天河區(qū)現(xiàn)狀防洪（潮）體系主要由涌口水閘及珠江堤防組成，排澇體系以河涌、水閘為骨干，輔以涵閘、渠涌、水庫山塘和排澇泵站等建筑物。深涌位于天河區(qū)和黃埔區(qū)分界處，流經(jīng)兩區(qū)，出口流入珠江前航道，水系呈樹形網(wǎng)狀。流域內(nèi)下游兩岸區(qū)域內(nèi)澇情況較為嚴(yán)重，主要問題有：①局部地區(qū)（廣九鐵路以南黃村區(qū)域、珠村區(qū)域）地勢低洼，地形較為平坦，排水速度小，路徑長，易積水為澇；②受廣九鐵路建設(shè)影響，深涌下游存在多個橋涵卡口，造成上游洪水下泄受阻；③深涌上游大部分人工湖和山塘尚未建有連通及控泄設(shè)施，未充分發(fā)揮其調(diào)蓄功能；④深涌水閘建于1986 年，運(yùn)行時(shí)間久遠(yuǎn)，設(shè)備老舊且現(xiàn)狀閘頂高程3.10 m，不滿足潮位上升后的防洪潮標(biāo)準(zhǔn)要求。為保障深涌流域防洪安全，閉合防洪體系，提升流域排澇能力，解決下游河段兩岸地勢低洼水浸問題，本建設(shè)方案擬改建深涌水閘并新建排澇泵站。

1 工程等級和標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）[1]及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）[2]，水閘與排澇泵站的防洪標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇；水閘及泵站排澇標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇最大24 小時(shí)暴雨不成災(zāi)，水閘排澇流量Q=165.3 m3/s（P=2%），泵站排澇流量Q=70 m3/s。其永久性主要建筑物級別為1級，次要性永久建筑物級別為3 級，臨時(shí)工程建筑物級別為4 級。

2 工程規(guī)模

2.1 水閘規(guī)模

（1）設(shè)計(jì)流量及水位。根據(jù)設(shè)計(jì)洪水及設(shè)計(jì)潮位計(jì)算成果，結(jié)合擋潮、排澇、日常運(yùn)行工況及水閘消能防沖、穩(wěn)定復(fù)核、施工圍堰等需要，本方案提出重建深涌水閘，相關(guān)設(shè)計(jì)流量及水位參數(shù)參見表1。

表1 深涌水閘工程流量和水位參數(shù)

（2）閘寬和底板高程。綜合考慮防洪潮、排澇及通航要求，并參考工程區(qū)其他水閘的規(guī)模，確定各水閘的閘門凈寬，并結(jié)合實(shí)際地形及原水閘底板高程等，確定閘底板高程。根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）附錄A 堰流公式[3]計(jì)算本次建設(shè)方案可得：深涌水閘凈寬25 m，閘底板高程-2.8 m，閘上下水位差0.1 m，泄流能力177 m3/s。

2.2 排澇站規(guī)模

（1）設(shè)計(jì)流量。深涌排澇站設(shè)計(jì)流量為70 m3/s，裝機(jī)容量5 600 kW。

（2）特征水位。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010）[4]相關(guān)規(guī)定以及設(shè)計(jì)洪水和設(shè)計(jì)潮位計(jì)算成果，本方案提出新建深涌泵站，相關(guān)特征水位參數(shù)參見表2。

表2 深涌泵站流量及特征水位

3 工程地質(zhì)

擬建深涌閘站位于深涌與珠江交界附近，地貌上屬于珠江三角洲沖積平原，涌邊為城區(qū)民房和道路，地勢平坦，地面高程為2.60～3.25 m，涌底高程為-2.00～-2.72 m。根據(jù)勘探成果，閘站選址處地基主要分布淤泥層、粉砂層、粉土層及砂礫巖層，各土層物理指標(biāo)參數(shù)建議值參見表3。

表3 深涌閘站地基土層物理指標(biāo)參數(shù)

4 閘站選址

根據(jù)防洪排澇規(guī)劃，本階段規(guī)劃重建深涌水閘，排澇流量165.3 m3/s；新建深涌排澇站，排澇流量70 m3/s，工程建設(shè)占地較大。根據(jù)水閘以及排澇泵站的功能、特點(diǎn)、運(yùn)行要求，綜合考慮地形、地質(zhì)、水流、潮汐、泥沙、施工、管理、周邊環(huán)境等因素。本階段主要擬定兩個閘址方案及兩個站址方案進(jìn)行比選。方案選址參見圖1。

圖1 深涌水閘泵站選址方案示意

4.1 水閘選址

上閘址方案：即舊閘址重建，閘址位于距離外江交匯口上游約375 m 處，在臨江大道北側(cè)、黃埔大道南側(cè)。下閘址方案：位于距離外江交匯口上游約102 m 處，在臨江大道北側(cè)。

兩個方案均布置于河涌內(nèi)，閘室內(nèi)外側(cè)均有一段河涌，排澇時(shí)出閘水流不易受外江洪水干擾，水流均勻擴(kuò)散，流態(tài)較好。閘門和閘室結(jié)構(gòu)受引渠掩護(hù)，不易受外江急流和風(fēng)浪的正面襲擊。施工期間圍堰位于內(nèi)涌，基本不影響外江行洪安全。兩個方案優(yōu)缺點(diǎn)對比參見表4。

由表4 可知：從技術(shù)上看，兩個方案各有利弊，均可行。但從現(xiàn)場情況、規(guī)劃用地、內(nèi)涌排澇、工程管理及投資考慮，下閘址方案更貼合實(shí)際需求。因此，新建水閘閘址推薦下閘址方案。

表4 深涌水閘選址方案對比

4.2 排澇站選址

閘站分建方案：于深涌出口右岸綠地處新建排澇站，在水閘（距離外江交匯口上游約102 m處）上游右岸新建進(jìn)水箱涵下穿臨江大道連接排澇站。閘站合建方案：選址于外江交匯口約180 m處，采用上下層結(jié)構(gòu)，泵站與水閘合建于河道上。

兩個方案優(yōu)缺點(diǎn)對比見表5。從表中可看出：從后期管理運(yùn)行角度看，閘站分建方案為常規(guī)閘站布置形式，水機(jī)設(shè)備成熟可靠，運(yùn)行管理方便[7]，后期維護(hù)費(fèi)用小，但前期投資高；閘站合建方案工程占地較小，總體布置清晰簡潔，但閘站合建布置整體結(jié)構(gòu)較大，開挖基坑深，基礎(chǔ)處理措施費(fèi)用高，施工困難且后期運(yùn)行會對一河兩岸的環(huán)境造成隱患，管養(yǎng)難度大，運(yùn)營管養(yǎng)費(fèi)用高。綜上所述，新建水閘閘址推薦閘站分建方案。深涌閘站分建平面布置見圖2。

表5 深涌泵站選址方案對比

圖2 深涌水閘泵站平面布置

5 閘站建筑物型式比選

5.1 水閘型式比選

目前常用的水閘型式有直升閘、氣盾閘、液壓翻板閘等。這幾種水閘優(yōu)缺點(diǎn)對比見表6。

表6 水閘型式優(yōu)缺點(diǎn)對比

本工程水閘設(shè)計(jì)流量為165.3 m3/s，河道寬約30 m，根據(jù)水力計(jì)算，水閘閘孔尺寸擬定為4 孔6.25 m×7 m（寬×高），總凈寬25 m。閘孔凈高7 m，若采用直升閘，則需高度較高的啟閉機(jī)房，本工程位于城區(qū)，景觀要求較高，不宜采用直升閘；汛期水閘擋水高度會達(dá)6～7 m，一般氣盾閘擋水高度不大于5 m，故也不宜采用氣盾閘。

綜上所述，本項(xiàng)目的水閘擬采用液壓上翻式平面鋼閘門，平時(shí)上翻于橋底，擋潮時(shí)下立，不布置地面啟閉房。閘門結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 上翻式閘門結(jié)構(gòu)

5.2 排澇站型式比選

排澇站形式多樣，常見的有固定式、豎井式、纜車式、浮船式等。由于機(jī)組類型、水源與地下水的條件、地址條件、建筑材料及樞紐布置的不同，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和客觀條件選擇合適的形式。

由表2 可知本工程進(jìn)水池水位最大變幅為3.93 m。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50265-2010）“當(dāng)水源水位變化幅度在10 m 以上時(shí)，可采用豎井式泵站、纜車式泵站、浮船式泵站、潛沒式泵站等其他形式泵站”，并結(jié)合其條文說明中上述泵站的水位變幅、水位漲落速度、水流速度等應(yīng)用條件及國內(nèi)應(yīng)用情況，故本工程不宜采用以上型式泵站。因此，根據(jù)泵站選址并結(jié)合客觀條件選用固定式排澇站堤身式布置作為本工程的排澇站型式。排澇站進(jìn)水流道采用鋼筋砼棱臺型漸變流道；機(jī)組采用立式軸流泵組。

固定式泵房結(jié)構(gòu)型式主要有分基型、干室型、濕室型和塊基型四種[10]。其中，分基型、干室型及濕室型結(jié)構(gòu)較小，一般適用于小型泵站；而塊基型自重較大、抗滑和抗浮穩(wěn)定性較好[11]，常用于大中型泵站。本工程泵站設(shè)計(jì)流量70 m3/s，泵站規(guī)模為大（二）型[4]，故采用固定式塊基型泵房。泵房結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 堤身式塊基型泵房結(jié)構(gòu)

6 地基處理方案

水閘、泵站、進(jìn)水箱涵等建筑物結(jié)構(gòu)較大且上部均有車輛通行，豎向荷載較大，而建筑物基面所在位置有較厚的淤泥層以及粉土層，地層承載力較低，為滿足沉降控制要求，本工程對閘站建筑物基礎(chǔ)均設(shè)置地基處理措施。

本工程地基砂層下無軟弱夾層，預(yù)制管樁以及灌注樁均適用，故需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較后確定。經(jīng)計(jì)算，若采用φ1 000 mm 灌注樁，樁底進(jìn)入砂礫巖層不小于1 m，平均樁長25 m，樁間距4.0 m×4.0 m；若采用φ500 mm 預(yù)制管樁，樁底進(jìn)入砂礫巖層不小于1 m，平均樁長25 m，樁間距2.0 m×2.0 m。兩種基礎(chǔ)處理方案造價(jià)對比見表7。

表7 地基處理方式投資對比

根據(jù)比選可知，預(yù)制管樁方案較為經(jīng)濟(jì)，故本階段水閘、進(jìn)水箱涵及泵站地基處理方案采用該方案?？紤]到水閘泵站均采用了剛性樁的地基處理方案，樁體的壓縮特性與地基淤泥土的壓縮特性不同，存在樁基上部閘室及泵室沉降與地基淤泥土固結(jié)沉降不一致的可能，將會使閘室底板與地基土體出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，形成沿基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下輪廓的滲漏通道，因此本工程擬在閘室和泵室底板四周打密排水泥攪拌樁防滲墻，樁徑600 mm，樁間距400 mm，密扣200 mm，平均樁長15 m。

7 結(jié)論

本文對天河區(qū)深涌水閘以及排澇站設(shè)計(jì)方案展開討論，明確了深涌閘站的布置方式以及建筑物選型，并采用預(yù)制管樁對建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行地基處理，保障建筑物后期的安全穩(wěn)定運(yùn)行。工程竣工后將極大提升深涌流域防洪排澇能力，改善深涌兩岸人民生活。