南边排灌结合泵站设计综述

沈福云，沈葵花，沈国锋，沈嘉宝

(1.江西省赣西土木工程勘测设计院设计分院，江西 宜春 336000；2.江西省宜春市土木工程总承包有限公司，江西 宜春 336000)

1 工程现状

南边灌排站位于新建区五星圩堤桩号1+293处，涵闸基础为壤土层。排涝面积6.7km2，设计排涝流量4.84m3/s，设计灌溉流量3.45m3/s，现状装机容量465kW。

南边灌排站由于年久失修，涵闸等建筑物均有不同程度损坏，且随着五星圩堤堤身的加厚，堤顶的加高加宽，穿堤箱涵的强度、长度均不能满足要求，且进、出口为浆砌石或混凝土结构，老化破损严重，本次设计拟对其进行原址拆除重建[1]。

2 工程地质

南边排灌站位于圩堤桩号1+293处，现状为1.6m×1.6m的钢筋混凝土涵，现状钢筋混凝土老化，露筋严重。

根据地勘资料，排灌站基础土层分别为壤土层、中细砂层、砂砾石层。排灌站座落于壤土层上，地层岩性较单一，不易产生不均匀沉降，地质条件简单。土层的地质参数按表1选取。

表1 排灌站基础土体物理力学指标及渗透系数建议值表

3 排灌站总体布置

南边排灌站由进水渠、进水闸、前池、泵房、连接段、压力水箱、电排闸、穿堤箱涵、防洪闸、出水渠等组成。

3.1 进水渠

根据现状，加固后进水渠桩号范围南0+161.64-0+105.64，为梯形断面，底宽4.5m，坡比为1∶1.5，纵坡坡降i=0.0005，底高程为12.10m，底板采用0.1m厚C15混凝土衬砌，下设0.1m厚碎石垫层，边墙采用浆砌石仰斜式挡土墙结构，顶宽0.3m，顶高程为15.30m。进水渠渐变段接进水闸，长6m，采用C15混凝土仰斜式渐变结构，0.3m厚的C15混凝土护底。

3.2 进水闸

进水闸闸室为C25钢筋混凝土结构，桩号范围南0+105.64-0+099.64，总宽度7.1m，过流总净宽4.5m，泄水闸共2孔，单孔孔口净宽2.25m，闸边墩厚0.8m、中墩厚1.0m。闸底板高程为12.10m，工作闸门净宽2.25m，高3.0m，采用螺杆式启闭直升闸门型式，拦污栅采用葫芦启闭直升型式，闸门顶设检修平台和启闭平台，平台高程分别为15.30m和20.40m。

3.3 前池

前池桩号范围南0+099.64-0+065.13，为满足入泵水流顺畅、流速均匀，须在泵站前设置前池。前池采用正向进水形式，根据现场地形和地质条件，前池紧靠泵房布置[2]。

根据《泵站设计规范》(GB/T 50265-2010)，前池设计水位以下容积按设计流量的30-50倍确定。前池底坡取1∶4，进口底高程为12.10m，宽7.0m；出口底高程为9.97m，宽11.8m。池长31.51m，南边排灌站前池池底板采用0.3m厚的现浇C20钢筋混凝土护底，下设0.1m厚C15混凝土垫层。两侧边墙均采用重力式C20混凝土结构，顶宽0.30m，迎水面铅直，背水面1∶0.45，墙基下设0.10m厚C15混凝土垫层。挡墙顶高程为15.30m。

3.4 泵房

泵房桩号范围南0+065.13-0+058.17，泵房结构采用堤后湿室墩墙型。泵房分三层，从下至上依次为进水层、水泵层，电机层。

进水层按能够满足单机抽水时的过流要求，且高程满足水泵的安装高程布置。为9.97m，进水层之间采用0.5m厚C25钢筋混凝土隔墩分隔为3孔(6.96m×3.6m、长×宽)，底板采用采用0.8m厚C25钢筋混凝土结构，下设0.1m厚C15混凝土垫层。

水泵层布置ZLB型立式轴流泵，水泵的安装高程为11.97m，在螺栓孔预埋位置设置宽0.4m、高0.6m的受力梁，水泵层采用C25钢筋混凝土结构，两侧边墙间距3.6m，中墩厚0.5m，边墩厚0.6m。

电机层布置配套电机和控制屏等，机组两侧设进入孔(1.0×0.7m2)和吊物孔(1.5×1.5m2)。检修间布置在泵房左端。泵房采用0.3m×0.5m的立柱构成刚架式结构，构架顶高程设置吊车梁，配有5T电动葫芦。

3.5 连接段

为防止泵房与压力水箱的不均匀沉降，在桩号范围南0+056.17-0+058.17设置连接段，布置在泵房后，其后与压力水箱连接，连接段轴线与泵房中心线相同。

连接段采用C25钢筋混凝土结构，中墩厚0.4m，边墩厚0.6m。底板采用0.5m厚的C25钢筋混凝土板，下设0.1m厚C15混凝土垫层。

3.6 压力水箱

压力水箱桩号范围南0+056.17-0+045.17，布置在泵房后，正向出水，其后与电排闸连接，压力水箱轴线与泵房中心线相同。

压力水箱采用C25钢筋混凝土框架结构，中墩厚0.4m，边墩厚0.6m。底板采用0.5m厚的C25钢筋混凝土板，下设0.1m厚C15混凝土垫层。

3.7 电排闸

电排闸闸室为C25钢筋混凝土结构，桩号范围南0+045.17-0+040.17，总宽度3.6m，过流总净宽2.0m，闸边墩厚0.8m，闸底板0.8m厚，下设0.1m厚C15混凝土垫层。为防止水击，闸室上部为调压井，下部设自排闸门与电排门。调压井四壁为0.4m厚C25钢筋混凝土，顶高程为20.82m；自排闸门闸底板高程为9.97m，孔口尺寸(宽×高)为2.0m×1.96m；电排闸门闸底板高程为12.55m，孔口尺寸(宽×高)为2.0m×2.0m；两闸门均采用螺杆式启闭直升闸门型式。闸门顶设检修平台和启闭平台，平台高程分别为16.23m和20.82m。

3.8 穿堤箱涵

穿堤箱涵为C25钢筋混凝土结构，桩号范围南0+040.17-0+003.45，总长36.72m。为方形箱涵，断面尺寸(宽×高)由2.0m×5.86m渐变为2.0m×2.0m；箱涵其壁厚为0.4m，其底部设有0.1m厚的C15混凝土垫层。箱涵每10m设一横缝，并采用紫铜片止水，沥青杉板填缝。

3.9 防洪闸

防洪闸闸室为C25钢筋混凝土结构，桩号范围南0+003.45-0+000.00，总宽度3.6m，过流总净宽2.0m，防洪闸共1孔，孔口尺寸(宽×高)为2.0m×2.0m，工作闸门采用螺杆式启闭直升闸门型式。闸底板高程为11.65m，闸底板0.8m厚，下设0.1m厚C15混凝土垫层。闸墩长3.45m，边墩厚0.8m。闸墩顶设检修平台和启闭平台，平台高程分别为16.45m和20.52m。启闭平台通过工作桥与堤顶相接。

3.10 出水渠

出水渠与防洪闸出口相接，为八字形挡墙，桩号范围南0+000.00-0-025.00，底宽由2.0m渐变为7.0m，底高程由11.65m渐变为11.02m。边墙采用C20混凝土重力型式，墙顶宽0.3m，迎水面铅直，背水面1∶0.45。底板前5.0m采用0.3m厚C20混凝土，下设0.1m厚C15混凝土垫层，后20.0m采用0.1m厚C15混凝土，下设0.1m厚C15砂卵石垫层。

4 装机规模

水泵型式选择为立式轴流泵，根据水文计算成果及抽排流量、设计扬程等参数，确定装机规模并选择泵型[3]。同时为方便维修与管理，泵型选择优先考虑同种泵型，通过改变水泵叶片的安放角来适应扬程和流量要求。根据各排涝水泵的运行特点及扬程、流量要求，机组选择应在运行可靠的前提下，尽量降低土建和机电设备投资。南边排灌站装机及泵型选定表见表2；排灌站平面图、纵剖面图见图1。

表2 南边排灌站装机及泵型选定表

图1 排灌站平面图、纵剖面图

5 排灌站运行调度方案

泵房按进水层、水泵层及电机层三层布置。底层进水层按能满足单机抽水流量时的过流要求，水泵进水口高程满足水泵的安装高程布置；中间层为水泵层，主要安置水泵及出水钢管，钢管出口设一平转拍门，平时拍门关闭，当需要电排时，关闭自排闸门与灌溉涵管闸门，打开电排闸门与防洪闸门，利用抽排时的压力将拍门推开，使涝水通过压力水箱(上层)、电排闸、穿堤箱涵与防洪闸排至外河；当需要电灌时，关闭电排闸门，打开防洪闸门、自排闸门与灌溉涵管闸门，外河水由防洪闸、穿堤箱涵、电排闸与压力水箱(下层)进入前池，通过水泵抽上压力水箱(上层)，进入灌溉涵管。灌排站上层为电机层和副厂房，电机层根据排涝闸站雨水排放需要，副厂房位于主厂房左端，主要用于设备检修。

6 相关计算

6.1 水力计算

1)进水渠过流计算：

排涝流量Q设=4.84m3/s、设计内水位为14.80m，采用明渠均匀流计算公式，试算进水渠过流断面。

经计算：当进水渠底宽6.0m，水深2.7m时，Q=43.62 m3/s >Q设=4.84m3/s，加固后的进水渠过流断面满足过流要求。

2)进水闸过流计算：

进水闸为无坎宽顶堰型式， 经计算，Q=6.09 m3/s >Q设=4.84m3/s，加固后的进水闸过流断面满足过流要求。

3)穿堤箱涵过流计算：

箱涵断面尺寸应满足电排流量的要求，其过流能力复核，采用涵管淹没过流公式计算，经计算，Q=10.67 m3/s >Q设=4.84m3/s，加固后的穿堤箱涵过流断面满足过流要求。

6.2 建筑物稳定及基底应力计算

抗滑稳定计算与基底应力计算结果见表3。

表2 南边排灌站各部位稳定及基底应力计算成果表

6.3 边墙稳定计算

前池与出水渠边墙均采用C20混凝土重力式挡土墙形式。边墙稳定计算，考虑无水时的情况荷载组合为计算条件，抗滑稳定、抗倾稳定、墙底应力计算结果见表4。

表3 南边排灌站边墙稳定计算表

由表4可知，所有边墙均直接建在壤土上，抗滑稳定、抗倾稳定、墙底应力均满足要求。本次设计边墙尺寸合理。

7 结 语

根据南边排灌站的实际情况，泵站采用排灌结合型式，目前，南边排灌站已经建成并投入运行，经过近两年的运行观测，泵站布置合理，水泵选型准确，泵站达到了排涝与灌溉的双重目的，设计思路及方法得到了验证。