廣州市南順泵站建設必要性及初步布置方案分析

陳昊毅

（廣州市南沙區水務工程質監站，廣東 廣州 511400）

沿海區泵站是增強城市防洪排澇能力、改善城市人居環境的一項重要民生工程[1]。經過多年運行，泵站多存在主要建筑物老化破損現象，排澇設施故障頻發，已無法滿足安全運行要求[2，3]。加快泵站排水基礎設施改建、新建，高標準完善城市防洪排澇體系，是保障人民群眾生命財產安全的重要途徑[4]。同時，建立健全防洪排澇災害應急管理體系，提高城市防洪排澇能力和工程調度管理能力，確保城市防洪排澇安全[5]。在現今極端不利氣候頻繁的背景下，更應關注泵站排水改造相關項目建設，圍繞城市功能完善和防汛需求，加強城市排水管網、泵站等基礎設施建設，有效解決片區防洪排澇的實際問題，全面提升城市品質和治理水平，不斷增強群眾幸福感、獲得感[6]。

1 項目區基本情況

1.1 地理位置

廣州市番禺區位于廣東省中南部、珠江三角洲中部河網地帶臨海地區，東及北面沿珠江干流、獅子洋、虎門水道與廣州市其他區、東莞市為界，西面以陳村水道、潭洲水道和洪奇瀝與南海、順德、中山市為界，南面瀕臨伶仃洋。南順泵站位于番順聯圍南順排澇片東端，大崗瀝和潭洲瀝河口。南順排澇區主要包括靈山鎮區以東飄風涌、大滘涌、中滘涌的控制區域以及現狀大崗所包括的全部區域，這也是潭洲瀝和大崗瀝的控制區域。該區域內除大崗鎮區所在地有部分臺地外，其他區域地面高程介于-0.7～0.7 m，以田、塘為主，番順聯圍內地勢最高和地勢最低的區域都位于該控制區。該排澇片水道環繞全圍，河網密集，河流水位受潮汐影響。區內一類河涌包括大崗瀝、潭洲瀝和中滘涌，二類河涌有江滘涌、潭洲滘涌、大隆涌、集滘涌等。由于地勢的多樣性和河涌匯流的特殊性，該區域成為番順聯圍排澇問題最復雜的區域。

1.2 洪潮災害

廣州市番禺區位于亞熱帶海洋性季風氣候區，同時位于珠江三角洲河網地區，既受風暴潮直接威脅，也受西、北兩江洪水和本地區暴雨洪水的威脅，災害嚴重且頻繁。1915年7月，西江、北江下游同時遭遇200 a 一遇歷史大洪水，當年番禺全縣5.42 萬hm2耕地、魚塘悉遭洪潮淹沒，受災人口33.39 萬人。1983年9月9日風暴潮，潰決漫頂的大小堤圍共20宗，受災農田（含魚塘）共2.16 萬hm2。1994 年6 月和1998年6月西、北江先后發生大洪水，對番禺區造成很大的威脅。其中，1998年6月的洪、潮、雨交侵，市橋河兩岸地域受淹浸面積達25.5 km2。造成洪（潮）澇災害的主要原因有：①番禺地處沿海地區，雨水充沛，氣候濕潤，臺風活動頻繁，暴雨多且強度大；②沿海區域潮水的頂托；③排澇設施不足。

2 新建泵站的必要性分析

2.1 泵站老化失修，排澇能力不足

南順排澇片經過多年水利建設，排澇工程體系已初具規模，區內現有南順北閘、南順南閘、大滘水閘、中滘水閘、潭洲水閘、云生水閘和十一頃水閘等13 座水閘；其中，南順南閘建于1968 年，閘門老化、破損嚴重，急需更新改造。區內現有大小泵站50余個，以二級泵站為主。大多泵站缺乏系統規劃，建設年代久遠，工程老化失修，排澇能力不足。目前，排澇區采用二級泵站分散排澇方式，分散各地，缺乏統一管理，導致泵站排澇方式對整個排澇系統統一調度不利，急需建設外排泵站。

2.2 建設生態城市，推動綠色發展

根據《廣州城市建設總體戰略概念規劃綱要》和《番禺片區發展規劃》，番順聯圍為番禺片區的“中部都市農業發展區”，同時也是廣州市總體戰略規劃“山、城、田、海”自然生態格局中“田”的核心部分，其發展目標為集生產、生活和生態于一體的多功能現代化農業。根據《廣州市番禺區水利現代化綜合發展規劃報告》，南順排澇片工程體系由水閘、泵站以及堤岸整治等工程項目組成，在南順排澇片工程體系的聯合調度下，工程區防洪標準將可達到100 a一遇。新建南順泵站工程作為排澇區工程體系的重要組成部分，可以滿足建設生態城市的要求，對于保護群眾生命財產與推動地區經濟的綠色健康發展是十分有必要的。

2.3 完善防洪體系，提高防災能力

區域現狀整體排澇能力偏低，僅達2～5 a一遇年最大24 h 暴雨1 d 排干不成災。根據番禺區城市發展功能定位，工程區的整體排澇標準為10 a 一遇年最大24 h暴雨1 d排干不成災，排澇調度控制目標是將排澇片河口最高水位控制在約1.2 m。該區域內除大崗鎮區所在地有部分臺地外，其他區域地面高程大都在-0.7～0.7 m。番順聯圍內地勢最高和地勢最低的區域都位于該控制區，暴雨期間，澇水容易向低處匯集，洪水受外江潮水頂托水閘無法完全自排，造成局部低地排澇壓力較大，加之地勢的多樣性和河涌匯流的特殊性，該區域的排澇問題更復雜。考慮到南順水閘排澇區主要以農業發展為主，區內主要以魚塘、水稻、甘蔗等農作物為主，現狀區域內的二級泵站已經有一定的基礎，多數二級泵站經過更新改造能夠正常運行，提高了河涌的允許水位，完善了澇水自排的功能。結合地勢、河涌實際情況，規劃采用“二級排水、分散自排、集中抽排”的方案，在南順水閘涌口設置泵站集中抽排。新建南順泵站，配合南順北閘等水閘群的聯合排澇調度，可使流域各排澇區達到規劃排澇標準。

3 南順泵站初步布置方案

3.1 工程任務

新建南順泵站主要任務為：①防洪（潮），南順南閘與北閘等作為番順聯圍的穿堤建筑物，抵御外江洪（潮）水位；②排澇，通過新建南順泵站，與南順排澇片的其他閘泵聯合作用解決南順排澇片的農田及居民的排澇問題。

3.2 布置方案

3.2.1 引水渠

為使泵站可以有效控制潭州瀝及大崗瀝的澇水，分別在潭州瀝和大崗瀝設置引水口。引水渠位于原北閘與重建南閘之間的洲頭，由人工開挖形成，由于潭州瀝和大崗瀝位于新建泵站兩側，引水渠采用“Y”形布置方案，分別將兩河來水引至泵站。其中，潭州瀝側引水渠軸線總長106 m，大崗瀝側引水渠軸線總長約108 m，渠道進口寬度均36 m，引水渠末端寬度26 m。設計渠底高程為-3.0 m，堤頂高程為泵站最高運行水位1.3 m加堤頂超高，取2.5 m。

為減少引水渠和進水前池中的泥沙淤積，并考慮到珠江水系泥沙含量相對偏低，因此，僅在渠首端設一攔砂坎，坎頂高程為-2.5 m。攔砂坎為梯形斷面，頂寬0.5 m，上游為直墻，下游為1∶2.0的斜坡，采用C20 素混凝土。為使水流平順和結構美觀，引水渠橫斷面采用矩形結構，擋水墻采用鋼筋混凝土扶臂式擋墻，不僅結構輕便、施工方便，而且施工質量容易保證。墻頂高程2.5 m，底板頂面高程-3.0 m。渠底采用格賓石籠砌護，厚度為0.5 m，護底下部自上而下設厚度為0.3 m 的碎石墊層、濾水網、厚度為0.5 m中粗砂墊層。

3.2 .2 進水前池

進水前池連接引水渠與進水流道，以改善水流流態和調蓄水體。進水前池順水流方向長14 m，首端寬度34 m，底板頂面高程-3.0 m；末端寬度26 m，底板頂面高程-4.4 m。進水前池底板為鋼筋混凝土結構，厚0.5 m，池底高程為-3.0～-4.4 m。底板下部自上而下依次鋪設0.1 m 厚C15 混凝土墊層、濾水網、厚0.5 m 中粗砂墊層。底板上設置Φ65PVC-U排水孔。進水前池兩側為鋼筋混凝土扶壁式擋墻，墻底板頂面高程-5.9 m，頂高程2.5 m；在進水池末端中部最低處設一個平面尺寸1.0 m×1.0m、深0.5 m的集水坑，以便泵站檢修時將滲水集中后排干。

3.2.3 主泵房及副廠房

南順泵站工程共布置5 臺機組，水泵選用1600ZLQ9-3.5型立式軸流泵，配套5臺630 kW 同步電動機。水泵進水流道型式為鐘形進水流道、肘形進水流道和簸箕形進水流道3種。鐘形進水流道的效率較高，所需開挖深度最小，可減小土建開挖工程量，進而避免泵站進水口因開挖太深而造成的淤積，同時因基坑開挖深度減小，更適合施工。副廠房布置在主泵房的左側，結構上與泵房分離，共分4 層，單層建筑平面尺寸為16.5 m×13.0 m。泵房結構主要由底板、進出流道、機墩、排架、吊車梁等組成，其上部荷載由機墩、排架傳至底板，由于底板采用塊基型，其結構整體性及對變形的適應性較好。機墩采用“井”字梁式結構，機組運行過程中在振動荷載作用下可能會有一定的變形及振動影響，鑒于機組揚程不大，設計中通過一定的構造措施，機墩機構可以滿足強度、剛度及變形要求。

3.2.4 出水渠

防洪閘通過出水渠與外河主河道連接，出水渠長120 m，前段15 m長采用混凝土護底，緊接長10 m厚50 cm 格賓石籠護底、長20 m 厚50 cm 拋石護底。左、右側護岸由一級扶臂式擋墻接斜坡組成，扶臂式擋墻頂高程0.5 m，其上以1∶2.5 的斜坡接至右岸中間堤頂，斜坡采用厚0.4 m混凝土面板護坡。

3.3 泵站設計方案

3.3.1 防滲排水布置

泵站基礎自上而下分布淤泥、粉細砂、下伏基巖等，底板以下換填2 m 厚中粗砂墊層。基礎為淤泥質軟土，滲透系數較小，滲流引起的水量損失不大，且土層具有一定的凝聚力，不易發生管涌，但下臥土層為可液化土層。為防止基土流失和可能發生“液化”破化，同時減少底板滲透壓力、降低基底平均滲流坡降，在防滲排水設施布置設計時，兼顧防滲及抗液化措施，布置如下：①在出水流道底部采用鋼筋混凝土底板，厚0.60 m，與防洪閘底板共同作用，以延長泵房基礎防滲長度。此外，出水流道底板低水位側（進水側）及防洪閘底板高水位側（出水側）設置深0.7 m 的齒墻，以增強防滲阻滑效果。②為保證泵站基礎抗滲及抗液化穩定性，在泵房及防洪閘底板下四周設置穿透粉砂層的封閉防滲墻。單樁樁徑0.5 m，相鄰樁間搭接100 mm。泵房底板四周樁深20.0 m，防洪閘底板四周樁深20.0 m。③清污檢修橋前后各設置長5 m 鋼筋混凝土護底，兼作防滲鋪蓋，以降低清污檢修橋段滲透壓力，提高其穩定性。防滲板厚0.5 m，上下游側設深0.7 m 齒墻。同時，在清污檢修橋上游側齒墻下設置雙排水泥攪拌樁防滲墻，樁徑0.5 m，相鄰樁間搭接100 mm，樁深15.00 m。④進水前池底板內增設排水孔，其下設反濾層，以穩定前池底板下砂層。⑤側向防滲排水設施布置結合兩岸建筑物的結構和穩定要求，同時考慮與正向防滲排水設施相適合。

3.3.2 抗滲穩定分析

本次對主泵房和清污檢修橋進行抗滲穩定性驗算。經分析，當泵站進水前池檢修時，主泵房和清污檢修橋內、外側水位差最大，為抗滲穩定計算的最不利工況。經計算，不設防滲墻時，抗滲穩定不能滿足規范要求，需進行防滲處理。結合抗液化進行防滲處理后，計算方法采用改進阻力系數法。計算結果顯示，進水前池檢修時，泵房水平段滲透坡降為0.06（小于允許水力比降0.10），出口段滲透坡降為0.22（小于允許水力比降0.30）；清污檢修橋段水平段滲透坡降為0.08（不大于0.10），出水段滲透坡降為0.21（不大于0.30）。由此可見，泵房及清污檢修橋段地基土滲透坡降均在規范允許值范圍內。

3.3.3 主泵房穩定分析

（1）基本要求。泵房穩定及地基計算包括泵房沿基礎底面的抗滑穩定計算、泵房基底應力計算及地基最終沉降量計算等。泵房為3 級建筑物，地基為淤泥。主泵房地基穩定應滿足《泵站設計規范》（GB/T 50265-2010）抗滑穩定安全系數允許值[Kc]的要求。泵站基礎基本為淤泥，地基承載力特征值為50 kPa，在地震情況下，泵房地基持力層允許承載力可適當提高。

（2）計算工況及荷載組合。將整個泵房作為計算單元進行穩定分析。作用于泵房的主要荷載有自重、靜水壓力、揚壓力（包括浮托力、滲透壓力）、土壓力、風荷載、地震荷載等。各工況及荷載組合，詳見表1。

表1 泵房穩定計算工況及荷載組合m

（3）計算結果。泵房在各運行工況下穩定及基底應力計算成果，詳見表2。

表2 泵房穩定及基底應力計算成果

計算結果表明，泵房各工況的抗滑穩定安全系數均不能滿足規范要求；基底不均勻分布系數均小于1.5，各工況下泵站基底平均應力均大于地基承載力。因此，需進行泵房基礎加固處理。

4 結語

（1）南順泵站主泵房和清污檢修橋抗滲穩定不能滿足規范要求，進行防滲處理后可滿足。泵房各工況的抗滑穩定安全系數均不滿足規范要求，且泵站基底平均應力均大于地基承載力，需進行泵房基礎加固處理。

（2）廣州市南順泵站的建設能提高區域排澇能力，推動城市綠色發展，并完善防洪排澇體系，提高流域防災減災能力。泵站的建成將為保護群眾生命財產安全與促進地區經濟發展提供堅實保障，滿足城市高質量發展和建設生態城市的高標準要求，同時也為區域防洪防潮和排澇減災積累了寶貴治理經驗。