沿江圩區閘站結合排澇站設計與分析

蔡沖沖

摘 要 江蘇省淮河下游某圩區為糧食主產區域，耕地資源十分寶貴，可用于建設配套水利工程的土地資源有限，如果單獨建設水閘與排澇泵站，將與保護耕地的政策相悖。閘站結合具有占用土地面積少、投資相對較小、運行管理集中的優點，是解決圩區內防洪排澇問題的有效措施。基于此，對閘站設計參數計算、閘站總體布置、結構型式及穩定計算開展分析與探討，以供相關人員參考。

關鍵詞 沿江圩區;閘站結合;排澇站;地基

中圖分類號：S27 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.30.082

江蘇省淮河下游某圩區水利工程用地緊張，單獨建設水閘與排澇泵站會占用過多的土地資源，采取閘站結合的設計方式，可以同時發揮水閘、泵站的引水與排澇作用，且不需要占用過多的土地資源，能更好地節省投資，方便后期的集中管理，有著較大的優越性。

1 工程概況

某沿江圩區內河河網縱橫多道分布，存在局部河道斷面狹小、河道淤積嚴重的現象，降低了流域整體的防洪排澇能力;城鎮的發展對防洪排澇提出了更高要求，現有配套閘站設計標準偏低，無法滿足城鎮發展的需求[1]。圩區通向外江現有3座水閘、2座排澇泵站，現有排澇流量13 m3·s-1。為提高區域內防洪排澇能力，使圩區的排澇標準達到規劃要求，擬拆除上游河道較寬的最右側位置水閘，重建一座閘站結合排澇站，重建后水閘規模為2孔×2.0 m，泵站設計流量5 m3·s-1。閘站采用堤身式型式、一字型布置，排澇閘布置于左岸、泵站布置于右岸。本工程工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級。閘站所在區域為沖積平原地質，局部存在低矮丘陵，主要由素填土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土等構成，承載力在60～150 kPa。

2 閘站設計參數計算

2.1 排澇模數

沿江圩區排澇設計標準為10年一遇1日暴雨1日排至作物耐淹深度，應用平均排除法計算排澇模數，該方法是將相應設計標準的凈雨量在規定的排澇時間內平均排除[2]。

參考所在區域的水文手冊，先進行稻田產水量（R1）計算，公式如下：

R1=（P-S-E稻×T-F×T）F稻%（1）

式中P為設計暴雨量，取為200 mm;S為稻田滯蓄水深度，取為80 mm;E稻為稻田蒸發量，取為7.2 mm·d-1;F為稻田滲漏量，取為4 mm·d-1;T為排澇時間，取為2 d;F稻%為稻田率，取值為40%。經計算，R1=39.04 mm。

再進行旱地、非旱地產水量（R2）計算，公式如下：

R2=R旱×F旱%（2）

式中R旱是地徑流深度，查閱水文手冊，并對前期影響雨量、次降雨徑流關系進行分析，R旱取為130 mm;F旱%為旱地、非耕地率，取值為55%。經計算，R2=71.5mm。

最后計算河、溝水面產水量R3，公式如下：

R3=（P-E水×T）F水面%（3）

E水為水面每天的蒸發量，取為3.5 mm·d-1;F水面%為水面率，取值為5%。經計算，R3=9.65 mm。

計算排澇模數q澇，采用以下公式：

（4）

式中R為總產水量，R=R1+R2+R3=120.19 mm;T為排水天數，取為1 d;t為每天的排水時間，取為22 h。經計算，q澇=1.52 m3·s-1·km-2。

2.2 泵站設計流量、揚程、選型

根據計算出的排澇模數，結合沿江圩區面積11.5 km2，計算出排澇設計流量為17.48 m3·s-1。圩區現有排澇流量為13 m3·s-1，還需增設4.48 m3·s-1排澇流量，考慮部分余量，新建泵站設計流量為5 m3·s-1。根據內外河設計水位，計算出泵站設計凈揚程為2.5 m，考慮局部、沿程損失，泵站設計總揚程為3.24 m。根據水泵設計參數和廠家樣本，選用2臺900ZQ-125潛水泵，配套電機YQGN 740-12，

160 kW，單泵設計流量2.5 m3·s-1。水泵裝置安裝高程根據水泵不發生空蝕和振動的原則確定，軸流泵最低水位為-1.60 m，

出水管道中心高程2.50 m，廠房地面高程為3.05 m[3]。

3 閘站總體布置、結構型式及穩定計算

3.1 布置及結構型式

本工程閘站采用堤身式型式、一字型布置，排澇閘布置于左岸、泵站布置于右岸，主要由上游連接段、上游護坦、閘站廠房、發配電房、下游消力池、海漫等組成。

上游連接段長約8 m，與河道平順連接，底高程▽-1.50 m，護底采用40 cm厚干砌塊石，兩側翼墻采用C20砼灌砌石重力式結構，右側翼墻靠近山體，基礎開挖至巖基后采用C20砼換填，左側翼墻基底采用水泥攪拌樁處理[4]。

上游護坦位于閘站上游，長8 m，水閘段護坦底高程▽-1.50 m，泵站段護坦底高程▽-1.50～-2.60 m、坡度1∶5。護坦采用40 cm厚C30鋼筋砼;兩側翼墻采用C25砼灌砌石重力式結構，右側翼墻靠近山體，基礎開挖至巖基后采用C20砼換填，左側翼墻基底采用水泥攪拌樁處理。

閘站廠房底板順水流方向長20 m，垂直水流方向寬約21.26 m。排澇閘為2孔×2.0 m，凈寬4 m，底高程▽-1.50 m，

采用鋼筋砼平板閘門，排澇閘基底采用Φ80嵌巖樁處理。泵站安裝2臺900ZQ-125潛水泵，底高程▽-2.60 m，泵站部分座于基巖上，局部開挖至巖基后采用C20砼換填[5]。閘站上部設置廠房，3.05 m高程為閘門檢修層，5.0 m高程為水泵檢修層。閘站下游側設7.5 m寬交通橋，橋面高程5.0 m。發配電房布置在主廠房左側的空地上，與主廠房之間設置室外平臺，高程▽5.0 m。

排澇閘下游消力池采用C30鋼筋砼消力池，順水流方向長10 m，消力池頂面高程為▽-2.0 m，兩側擋墻采用C25砼灌砌石重力式結構，基底采用6 m長Φ13松木樁加固。泵站出水管道采用DN1000鋼管，出口設置DN1000拍門斷流，出水口外平臺頂部采用40 cm厚C20砼灌砌塊石護砌防沖，與排澇閘消力池左側翼墻相連接。

消力池下游設12 m長、50 cm厚C20砼灌砌塊石海漫，兩側擋墻為C25砼灌砌石重力式結構，基底采用6 m

長Φ13松木樁加固。

3.2 閘站穩定計算

閘站滲流穩定采用直線比例法進行計算，防滲長度由前護坦、底板、消力池等組成，根據允許滲徑系數、上下游水位差計算基底防滲長度為23.66 m，小于設計值25 m，滿足規范要求。

閘站主體結構穩定計算采用偏心受壓公式進行核對。計算荷載主要有自重、靜水壓力、揚壓力、土壓力地震作用及其他荷載等[6]。自重包括結構自重、填料重量及永久設備重量;靜水壓力為內河側水壓力;揚壓力主要包括浮托力;土壓力根據地基條件、回填土性質及泵房結構可能變形情況等因素，按主動土壓力計算;地震作用按規范計算。經計算，閘站抗滑和基底應力比在各工況下均能夠滿足規范要求，天然地基承載力不能滿足要求，須進行地基處理，具體計算結果見表1。

4 地基處理

閘站基礎部分位于巖基，部分位于淤泥質粉質黏土層。其中，泵站大部分座于巖基，局部位于淤泥質粉質黏土層;排澇閘全部位于淤泥質粉質黏土層。經比選，本閘站結合排澇站基礎采用嵌巖樁處理，另考慮水泥攪拌樁截滲，各閘站樁基布置如下。

1）排澇閘基礎采用鉆孔灌注樁處理，每個墩墻下布置1排樁，共4排，每排布置6根樁，共計24根樁，樁徑80 cm，樁底深入持力層中風化凝灰巖2.4 m;單根灌注樁豎向最大受力N=1144 kN，樁基豎向承載力特征值為2 013 kN;單根灌注樁水平向最大受力H=167 kN，計算嵌巖深度2.23 m，考慮樁底沉渣設計取為2.40 m;滿足要求。

2）上游左側翼墻基底采用Φ60水泥攪拌樁處理，間距1.2 m，梅花形布置，樁頂高程-1.90 m，樁底深入持力層強風化凝灰巖0.5 m;處理后地基承載力為117 kN，

滿足要求。

3）下游翼墻基底采用6 m長Φ13松木樁處理，間距0.6 m，梅花形布置，樁頂高程-1.80 m，處理后地基承載力為72 kN，滿足要求。

5 結語

綜上所述，將水閘與排澇泵站合并建設不需要單獨設置上下游連接建筑物，具有結構緊湊、便于集中管理等優點;也不需要占用過多的土地資源，能同時發揮水閘、泵站的引水與排澇作用，與政府的保護耕地政策相符合[7]。此外，閘站結合建設比分開建設節約近30%的投資，具有較高的經濟效益。

閘站結合布置需要將閘室加長，有利于提高閘室的防滲效果，也有利于提高閘室的豎向作用力，具有很好的抗滑、抗傾覆性能，但要求地基具備較高的承載力。閘站結合布置具有很多優點，同時也存在一定的缺點，如水泵吸水會對水閘過流形成不利影響，水泵下部結構長時間被水浸泡，易受腐蝕，給后續的維護管理帶來了難度。

參考文獻：

[1] 裴素祥，孫勇，吳明白.小石橋村排澇泵站工程方案論證[J].治淮，2020（6）：26-28.

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[3] 袁榆梁.桐河控制工程閘站結合及雙向泵站設計比選[J].人民黃河，2020，42（01）：113-116，120.

[4] 董永超.孔雀河防洪排澇泵站設計分析[J].水科學與工程技術，2019（6）：49-52.

[5] 劉昂.河道治理工程中防洪排澇站設計研究——以冷絳河為例[J].黑龍江水利科技，2019，47（7）：117-119.

[6] 姜瑋.大墩閘站水利工程建筑物設計及穩定性計算分析[J].內蒙古水利，2019（12）：43-45.

[7] 陳偉，孫瀚，王鐵力，等.穿堤涵洞設計對閘站結合式泵站進水流態的影響[J].中國農村水利水電，2018（3）：99-104.

（責任編輯：趙中正）