何家排澇閘站設計方案分析

付 鵬

(江西省宜春市水利水電工程監理有限公司，江西 宜春 336000)

1 工程概況

擬新建的何家排澇閘站位于袁河南聯圩(珠珊鵬湖段)，新建袁河南聯圩(珠珊鵬湖段)后，當外河水位高，自排涵閘關閘防洪時澇水無法自排，從而將導致嚴重的內澇損失。

根據實際情況，新建的何家排澇站布置在袁河南聯圩樁號15+475處，主要建筑物包括進水閘、泵房、壓力水箱、穿堤箱涵、防洪閘、泄槽段、消力池及出口海漫。采用閘站分開建設，自排閘位于泵站下游，枯水期通過自排閘自流排水，洪水期外河水位比內河水位高時，關閉自排防洪閘，啟動泵站抽排內河水至外河。

2 機電設備選型

2.1 泵站設計參數

何家排澇站主要設計參數見表1。

表1 何家排澇站主要設計參數

2.2 水泵機組選型

根據泵站的揚程、流量情況，適合采用的泵型有立式軸流泵、潛水軸流泵和潛水貫流泵。考慮本地區周邊泵站機型，同時為了方便管理和維護，泵站選定采用立式軸流泵方案。

2.3 方案比選

何家排澇站年利用小時數較低，故不設備用機組。根據泵站流量情況并結合軸流泵廠家樣本，排澇站分別對裝機2 臺機組、3 臺機組兩個方案進行比較[1]，各方案主要技術經濟指標詳見表2。

從表2中可看出：方案二機組臺數增加1 臺，機電設備投資增加10 萬元，且增加了運維工作量；方案二盡管機組尺寸較小，但受地形限制，泵房開挖高程與方案一一樣，僅回填略少，土建投資仍增加25 萬元；方案二總投資比方案一增加35 萬元。可見方案一的綜合技術經濟指標更為優越，因此，本階段何家排澇站推薦采用方案一。何家排澇站機組選型情況詳見表3。

表2 何家排澇站不同臺數機組技術經濟比較

表3 何家排澇站機組選型

3 排澇閘站布置

3.1 排澇站布置

何家排澇站包括進水閘、泵房、壓力水箱、穿堤箱涵、防洪閘、泄槽段、消力池及出口海漫等組成[2]。

進水閘共2孔，平面尺寸為7.20 m ×6.15 m(寬×長)，分別設置2套攔污柵和1套檢修閘門，攔污柵和檢修閘門之間設檢修平臺，檢修平臺高程43.40 m。攔污柵柵高設計為4.8 m，攔污柵的運行方式為靜水啟閉，啟閉設備為電動葫蘆，型號為MD-50-9D，容量50 kN，共1臺，2孔共用。為便于泵組檢修，攔污柵后設檢修閘門，檢修閘門高度為4.5 m，閘門共設1扇，閘門運行方式為靜水啟閉，啟門時采用節間充水，動水提起上節，待充水平壓后再整節啟門。檢修閘門上方設置一臺10 t移動式電動葫蘆作為檢修閘門起吊設備，型號為MD-2×50-9D，雙吊點，共1套，2孔共用。

泵房布置有2臺水泵，單機容量110 kW，為溫室型墩墻結構。主泵房平面尺寸為7.20 m×7.70 m(寬×長)，進水閘與泵房基礎合建。主泵房內一列式布置2臺700ZLB-125型軸流泵，配套電機型號為YX3-315L2-8型異步電動機，單機容量110 kW，機組中心距為3.0 m。水泵層高程為39.60 m，電機層高程為43.40 m，每臺水輪泵之間均采用鋼筋混凝土墻體隔開，相互獨立。泵站設有地面泵房，泵房排架柱內凈寬為6.5 m，2臺機并排布置，機組中心距上游側排架柱內側凈距為4.0 m，距下游排架柱凈距2.5 m，下游側為主通道。為了方便機組安裝、檢修，設一寬度為5.0 m的安裝場，與電機層同高、同寬。軸流泵采用喇叭口進水方式，拍門出口接壓力水箱經出水箱涵排至外河。泵房總寬度為12.2 m(含5 m的安裝場)，機組中心距3.0 m。1臺歐式箱變放置于泵房一側，5面低壓柜布置于主泵房內。

壓力水箱為梯形結構，順水方向長9.0 m，分為兩部分結構。其中，前段緊接泵房，平面尺寸為7.2 m×3.0 m(寬×長)，與泵房基礎合建，下部為空箱結構，下部底板高程37.37 m，上部為箱涵結構，上部底板高程39.60 m，2孔，內部尺寸為2.8 m×2.0 m(寬×高)，中墩厚度0.4 m；后段為壓力水箱漸變段，長6 m，凈寬由6 m漸變至2 m，底板高程39.60 m，位于中間頂部，設有進人孔，孔口凈尺寸為1.4 m×0.8 m(長×寬)，進人孔頂部設置密封的閥蓋。

壓力水箱后接穿堤箱涵，1孔，箱涵的孔口尺寸為2.0 m×2.0 m(寬×高)，壁厚0.4 m，箱涵底板高程39.60～39.30 m，箱涵縱向底坡i=1.25%，箱涵共3節，每節長8 m，共24 m。

穿堤箱涵后為防洪閘，長4.00 m，底板高程為39.30 m，閘墩頂高程42.60 m。防洪閘的外江側設1 扇2.0 m×2.0 m(寬×高)的平面滑動鋼閘門作為防洪兼事故檢修閘門。啟閉平臺高程為46.22 m，上設啟閉閘房。設有工作橋從啟閉平臺通向堤頂。

防洪閘出口設置泄槽段，水平長度7.6 m，采用“U”型鋼筋混凝土整體結構，底板高程39.30～36.00 m，凈寬由2.0 m漸變至3.0 m，泄槽段底坡為1∶2，兩邊翼墻凈高1 m，翼墻厚0.5 m。

泄槽段后接消力池，為“U”型鋼筋混凝土整體結構，底板高程36.00 m。消力池長5 m，凈寬3.0 m，池深0.5 m，兩邊翼墻凈高1 m，翼墻厚0.5 m。消力池外設出口海漫段，頂部平臺外延3 m，平臺高程36.00 m，水下采用拋石固腳結構，坡比1∶2。

3.2 自排涵閘布置

何家自排涵閘由進水口、穿堤箱涵、防洪閘、消力池及出口海漫等部分組成[3]。

進水口采用正向進水方式，底板高程36.30 m，長7.0 m，底板采用0.4 m厚C20混凝土襯護，下設0.10 m厚C20混凝土墊層。邊墻采用C20混凝土重力式擋墻結構，墻頂寬0.5 m，背水側坡比1∶0.5，迎水側豎直，墻凈高2.0 m。墻頂以上采用聯鎖式生態護坡，表面播撒草籽，坡比1∶1.75，下設5 cm厚的砂卵石墊層找平和一層土工布(300 g/m2)，岸頂與現狀地面線齊平。

進水口后接穿堤箱涵，1孔,箱涵孔口尺寸為2.5 m×2.5 m(寬×高)，壁厚0.55 m，箱涵底板高程36.30～36.00 m，箱涵縱向底坡i=0.5%，箱涵共6 節，1 節長7.1 m，5節長9.0 m，共計長52.1 m。

箱涵出口堤外坡設防洪閘，長4.00 m，底板高程為36.00 m，閘墩頂高程40.40 m。防洪閘的外江側設1 扇2.5 m×2.5 m(寬×高)的平面滑動鋼閘門作為防洪兼事故檢修閘門，閘門放在胸墻外江側，上設啟閉室，啟閉設備為25T手電兩用螺桿啟閉機，型號為QL-250SD。閘門啟閉平臺高程為46.22 m，上設啟閉閘房。設有工作橋從啟閉平臺通向堤頂。

防洪閘后接消力池，為“U”型鋼筋混凝土整體結構，底板高程35.50 m。消力池長6 m，凈寬由2.5 m 漸變至4.0 m，池深0.5 m，兩邊翼墻凈高由2.5 m漸變至1.0 m，翼墻厚0.5 m。消力池外設出口海漫段，頂部平臺外延3 m，平臺高程36.00 m，水下采用拋石固腳結構，坡比1∶2。

4 設計計算

4.1 水力計算

4.1.1 進水閘過流能力計算

何家排澇站進水閘底板采用抬高式設計，底板高程比上游河床高出1.1～2.0 m，進水閘堰型屬無底坎寬頂堰，按高淹沒深度計算，何家排澇站進水閘閘底板高程37.37 m。過流能力采用平底水閘堰流公式進行計算，計算結果見表4。

表4 進水閘過閘流量計算結果

經計算，進水閘過閘流量大于排澇站設計流量，在最低運行水位時水泵全開情況下，過閘流速0.21～0.22 m/s，進水閘設置滿足泵站運行要求。

4.1.2 壓力穿堤箱涵過流能力計算

何家排澇站泵房出口接壓力水箱，在設計排澇流量下，穿堤箱涵為明渠流，未形成有壓流。因此，本次穿堤箱涵的過流采用明渠恒定均勻流計算箱涵的過流能力。經計算，在各泵站設計排澇流量情況下，穿堤箱涵均為無壓明渠均勻流，何家排澇站對應的排澇流量為3.11 m3/s，此時，箱涵內水深為0.45 m。因此，本次設計的壓力穿堤箱涵過流能力滿足設計要求。

4.1.3 自排涵洞過流能力計算

何家自排涵洞采用明渠恒定均勻流計算過流能力。經計算，為使自排涵洞為無壓明渠均勻流，預留0.5 m的凈空高，計算水深為2.0 m時，何家自排涵洞最大過流流量為19.79 m3/s，大于設計排水流量(3.11 m3/s)。因此，本次設計的自排涵洞過流能力滿足設計要求。

4.1.4 防洪閘過流能力計算

何家自排涵閘的出口防洪閘底板與箱涵底齊平，防洪閘堰型屬無底坎寬頂堰，按高淹沒深度計算，防洪閘閘底板高程36.00 m。過流能力采用平底水閘堰流公式進行計算。經計算，防洪閘過流能力為8.45 m3/s，大于設計流量，防洪閘的設計滿足澇區內排水流量排水要求。

4.2 泵房抗滑穩定計算

何家排澇站采用進水閘及泵房基礎合建，基礎總長16.85 m，寬7.2 m，底板厚1.0 m，采用C25鋼筋混凝土整體澆筑，本次抗滑穩定采用基礎底板上部整體計算抗滑穩定。

(1)荷載組合。泵房穩定計算工況基本組合分別考慮完建期和設計水位2種工況；特殊組合分別考慮最高水位和檢修工況2種工況[4]，荷載組合詳見表5。

表5 荷載組合

根據本工程實際情況，泵房基底抗滑穩定應力計算工況如下：

基本組合：正常運行時，檢修閘門始終開啟，何家排澇站設計洪水位H設=41.50 m；

特殊組合：檢修工況(H上=41.50 m，H下=37.37 m)；最高水位工況(Hmax=43.10)；

(2)計算結果。根據地質資料，何家排澇站泵房(閘室)基礎主要坐落于圓礫層上，上部采用碎石基礎換填，地質條件較好，允許承載力240 kPa，澆筑混凝土之前需要進行清基處理。混凝土與圓礫層之間基底摩擦系數f為0.5。何家排澇站泵房(閘室)穩定計算成果見表6。

表6 泵房(閘室)基礎穩定應力計算成果表

計算結果表明，何家排澇站的泵房(閘室)抗滑、抗浮穩定和地基承載力均滿足規范要求。

5 結 語

本文結合何家排澇閘站工程，對其設計方案進行分析研究。從經濟、技術方面進行泵站機組選型，確定泵站選擇2臺700ZLB-125型立式軸流泵；并經過計算，確定排澇站采用濕室型墩墻結構，結合進水閘、壓力穿堤箱涵、防洪閘以及排澇站下游另建自排涵閘的工程總體布局滿足防洪、排澇安全要求。