【摘 要】本文通過蟠咀電排站不同的方案比較，結(jié)合本地區(qū)的實(shí)際工程經(jīng)驗，從節(jié)約投資、滿足施工工期的等要求出發(fā)，不斷完善設(shè)計和計算，滿足各種條件下的市場需求，不斷提高設(shè)計和施工質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】電排站；設(shè)計方案；計算

蟠咀電排站位于云浮市云城區(qū)北部西江邊的都楊鎮(zhèn)蟠咀村上。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電排站設(shè)計規(guī)范》（BG/T－50265－97）和中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程等級劃分洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252－2000）規(guī)定，本工程電排站規(guī)模為小型，工程等別為Ⅳ等，永久性主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。蟠咀電排站初步設(shè)計概算為755.33萬元。

1 工程選址

本工程站址有兩個方案可供選擇比較。方案一，在原有站址附近進(jìn)行擴(kuò)容重建。方案二，在原站址下游、蟠咀河西邊、貓山下游處、蟠咀堤內(nèi)堤處進(jìn)行電排站改建。兩個方案的詳細(xì)比較如下：

1.1 從地形地勢上看，方案一位于原有站址處，偏于澇區(qū)一隅，地勢相對較高，洪水匯集會受到一定影響，但蟠咀河匯入西江的出口靠近方案一站址，電排站與蟠咀河原有自流閘門聯(lián)合運(yùn)行較為方便。方案二站址處地勢低洼，能匯集排水區(qū)內(nèi)澇水，且靠近承泄區(qū)，洪水匯集時間短，易于排水，但與自流閘門聯(lián)合運(yùn)行不方便。

1.2 征地。方案一站址在原有站址，可利用原有站址所屬土地修建，不存在征地問題。方案二電排站出水口處西江河灘已被深圳市某旅游開發(fā)公司規(guī)劃作為旅游開發(fā)區(qū)，重點(diǎn)開發(fā)金魚沙等景點(diǎn)，在引渠到廠房位置需征水田7.3畝，出水渠及消力池處需征旱地0.55畝，征地難度大。

1.3 投資。方案一站址距離蟠咀河很近，只需修建8m長引渠便可到電排站進(jìn)水前池，僅需投資1.36萬元。方案二距離蟠咀河較遠(yuǎn)，需修建較長的引渠，約500m，挖方量大，工程量大，需投資76.9萬元。從工程地質(zhì)條件上看，兩處站址的廠房部位都需要采用樁基礎(chǔ)，方案一廠房基礎(chǔ)巖土分界線高程在-19.4m以下，采用長25m的鋼筋混凝土鉆孔樁；方案二廠房基礎(chǔ)巖土分界線高程在-29m以下，需采用長為35m的鋼筋混凝土鉆孔樁。很明顯在基礎(chǔ)處理上，方案一投資要少于方案二。

綜合考慮兩處站址所處位置及征地、地質(zhì)剖面特征、工程投資等多種因素，推薦選擇方案一站址為電排站重建工程的站址。

2 工程總體布置及方案比較

2.1 工程等別、主要建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)及排澇標(biāo)準(zhǔn)

蟠咀電排站設(shè)計抽排流量為7.32m3/s，裝機(jī)容量3×315kw。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T50265－97），蟠咀電排站屬?。?）型電排站，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，主要建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計洪水二十年一遇，校核洪水五十年一遇。排澇標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)廣東省治澇標(biāo)準(zhǔn)按十年一遇24小時暴雨3天排干的農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

2.2 工程總體布置及方案比較

蟠咀電排站主要建筑物包括進(jìn)水前池、電排站廠房、出水壓力鋼管、出水池三個部分。

根據(jù)水泵選型，有2×500kw、3×315kw、4×250kw和5×200kw四個比較方案。四個方案的裝機(jī)容量大小一致。通過兩個不同的比較方案，經(jīng)過對各方案在工程總投資、總裝機(jī)容量及機(jī)組性能參數(shù)等各方面的比較，選用無錫水泵廠的900HD－9（-2°）導(dǎo)葉式混流泵，比其他方案裝機(jī)小，投資也稍少，運(yùn)行調(diào)度更為靈活。本次設(shè)計推薦3×315kw方案。

3 電排站樞紐建筑物

3.1 進(jìn)水水工建筑物

3.1.1 引渠

引水明渠斷面b×h＝3.5×1.8m2，渠道比降i＝0.001，取糙率n＝0.025，經(jīng)計算得引水流量Q＝7.36m3/s，大于設(shè)計排水流量7.32m3/s，符合設(shè)計要求。

3.1.2 前池

引水渠道與泵房的連接建筑物，為正面進(jìn)水前池，梯形斷面平面。長8m，前端與明渠同寬3.5m，根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T50265－97）“正向進(jìn)水的前池，擴(kuò)散角不應(yīng)大于40°”，連接引水明渠段擴(kuò)散角取為33°，后端與檢修閘邊墩相連，后端寬14m，池底比i＝0.1，池底高程4.6m，池頂高程11.01m。前池兩端用漿砌石擋土墻護(hù)砌；池底先用漿砌石砌筑500mm，面鋪100mm砼。

3.1.3 進(jìn)水閘前攔污柵

設(shè)于進(jìn)水工作閘墩前端，主要用以攔截第一道攔污柵過柵和泵房之間的漂浮物和雜草等。攔污柵每個進(jìn)水流道前設(shè)一道，共3道，每孔凈寬4.0m，頂高程10.41m，底高程4.60m。

3.1.4 進(jìn)水閘門

檢修閘門長8.05m，采用電動葫蘆提升設(shè)備。檢修閘門共3孔，單孔凈寬4.0m，中、邊墩厚均為1.0m，閘室總寬14.0m，閘頂高程9.2m，閘底高程4.60m。閘室基礎(chǔ)與廠房基礎(chǔ)連成一體。

3.2 泵房

泵房為樁基型，廠房底板與進(jìn)水流道澆成整體作為廠房基礎(chǔ)。主廠房布置3臺機(jī)組和一個檢修間，機(jī)組呈一列式布置，機(jī)組間距3.19m，安裝間長度4.84m。檢修間布置于進(jìn)廠端部，廠房設(shè)置1個交通梯通道至水泵層上。副廠房布置于主廠房內(nèi)，與機(jī)組布置在同一層，設(shè)置低壓開關(guān)柜室和、中控室、高壓開關(guān)柜室和變壓器室。

3.2.1 長度

進(jìn)水流道寬4.0m，隔墩和邊墩厚1.0m，安裝間長度4.84m，廠房磚墻厚0.18m，廠房總長21.02m。

3.2.2 廠房寬度

主廠房寬度主要由吊車梁跨度決定，由于吊車選用江西起重機(jī)械總廠雙梁橋式起重機(jī)LH－5t/7.5m，跨度為7.5m，吊車梁厚0.62m，兩端壁厚均為0.18mm，則主廠房寬度為8.92m。副廠房主要為中控室、開關(guān)柜室和變壓器室，寬5.5m。加上磚墻厚，廠房寬度為14.6m。

3.2.3 廠房高度

廠房高度由水泵、電機(jī)高度與吊車安裝高度決定，本工程中，考慮實(shí)際情況，電機(jī)安裝高程為11.5m，吊車梁高程為17.9m，廠房屋頂梁高0.5m，廠房屋頂琉璃瓦高1.0m，廠房頂高程為21.9m。

3.3 出水水工建筑物

3.3.1 壓力鋼管

電排站出水管路設(shè)計采用壓力鋼管加出水明渠，壓力鋼管長47m，壓力鋼管中心線高程11.15m。由地質(zhì)勘察可知“擬建場地堤內(nèi)淺部發(fā)育厚層軟弱的淤泥質(zhì)土層，堤外坡腳也由淤泥質(zhì)土發(fā)育，對堤身穩(wěn)定不利，堤坡存在滑動變形的可能性”，因此需對蟠咀堤進(jìn)行抗滑動處理。在堤踵處修一排水棱體，梯形斷面，尺寸為上底寬1.5m，下底寬5.55m，高2m。

壓力鋼管管徑的確定：根據(jù)成都科技大學(xué)《水力學(xué)》P213頁提供的經(jīng)驗——管道流速不應(yīng)大于2.5～3.0m/s，不應(yīng)小于0.25m/s，則壓力管管徑按下式計算為：

D＝ ＝ ≈1.115m，取1.2m。

鋼管壁厚：

δ＝ ＝ ≈9.23mm，取10mm。

3.3.2 防洪閘

防洪閘與出水池整體連接澆筑而成，其中：防洪閘長3.5m（不包括出水池后墻厚1m）。防洪閘裝設(shè)拍門和防洪門，采用電動葫蘆提升設(shè)備，在壓力管側(cè)設(shè)置人行橋。防洪閘共3孔，單孔凈寬1.9m，其中墩厚0.7m，邊墩厚0.85m，閘室總寬7.3m。閘頂高程12.9m，閘底高程10.45m（與出水池同）閘底板厚0.5m，為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)。

3.3.3 消力池

為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池長7m，池寬8.3m，池深1.2m，側(cè)墻高1.2m，底板厚0.35m。

4 設(shè)計計算

4.1 吊車梁計算

裝機(jī)3×315kw的泵房主廠房的吊車梁的截面形式為T型，吊車跨度Lk＝7.5m，吊車最大起重量為5t，選用電動葫蘆雙梁式起重機(jī)（LH－5t/7.5m），吊車最大輪距4m，吊車主鉤極限位置S1＝1.69m，吊車重9.9t，小車重2.9t，吊車每邊輪數(shù)m＝2個，吊車埋件重按60kg/m計算。經(jīng)計算吊車梁均布荷載q＝521kg/m，垂直輪壓P＝9.88t，橫向水平力T0＝0.41t，梁的最大撓度為Fc＝0.8525<[Fcmax]＝0.917cm，梁的裂縫寬度為FL＝0.025cm<[FLmax]＝0.03cm。

4.2 泵房穩(wěn)定分析

4.2.1 滲透穩(wěn)定分析

泵站為堤后式塊基型泵房，沒有直接抵御外江洪水，不起防洪作用。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置及地基處理，泵站地下水輪廓線長度大于滲透穩(wěn)定所需的地下水輪廓線長度，故不需做滲透穩(wěn)定計算

4.2.2 整體穩(wěn)定計算

地基應(yīng)力計算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7－89），其地基底面的壓力公式為：

式中 F——上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力設(shè)計值；

G——基礎(chǔ)自重設(shè)計值和基礎(chǔ)上的土重設(shè)計值；

A——基礎(chǔ)底面面積；

M——作用于基礎(chǔ)底面的力矩設(shè)計值（M＝M柱+VH考慮柱底剪力產(chǎn)生的力矩）；

W——基礎(chǔ)底面的抵抗矩（W＝ba2/6，a、b為基礎(chǔ)長寬）

經(jīng)計算，基礎(chǔ)底面壓力 =252.09kPa， =129.09kPa。

排澇泵站在內(nèi)江水位達(dá)到最高運(yùn)行水位10.71m高程時為最大地基應(yīng)力工況，此時地基底面的壓力為252.09kPa。根據(jù)肇慶設(shè)計院地質(zhì)勘測資料，泵站基礎(chǔ)接觸第四系人工堆積層(Qs)填筑土層，其地基承載力特征值的經(jīng)驗值為fak＝95kpa，遠(yuǎn)小于排澇泵站最大工況下的地基應(yīng)力，所以地基承載力不滿足設(shè)計要求。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，蟠咀電排站廠房基礎(chǔ)巖土分界線高程在-19.4m以下，基巖離基礎(chǔ)基面較深。本次設(shè)計采用鋼筋混凝土鉆孔樁，廠房底高程4.6m，樁入巖深度為1m，故取樁長為25m。

端承樁承載力驗算

本次設(shè)計鋼筋混凝土鉆孔樁打至基巖弱～微風(fēng)化花崗質(zhì)糜棱巖層，為端承樁。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7－89）的公式，單樁極限承載力為：

Rk＝qpAp

式中 Rk——單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值； qp ——樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值； Ap——樁身截面積。

由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7－89）附表十五查得qp 取4500KPa，則：

Rk＝qpAp＝4500×3.14×0.52＝3534.188 KN

R＝1.2Rk＝4217.026KN

端承樁中單樁所承受的外力，由下列公式計算而得：

單樁平均所承受的外力： = =3227.55KN

單樁所承受的外力設(shè)計值：

單樁所承受的最大外力： =4647.669KN＜ =5060.431KN

由上可見，本次設(shè)計采用的鋼筋混凝土樁滿足承載力設(shè)計要求。

4.3 進(jìn)水前池?fù)跬翂Ψ€(wěn)定計算

前池斷面從引水渠到進(jìn)水閘門前呈漸變形式，與引水渠銜接處斷面較小，其穩(wěn)定計算采用PC-1500軟件“G－6”程序計算，計算簡圖及計算過程如下：

計算方式選擇 I=0.000 擋土面鉛直角 R=27.000 墻頂土體坡角P= 0.000

基底坡角R0=0.000 土壤內(nèi)摩擦角F=35.000 土與墻背間摩擦角D=11.600

摩擦系數(shù)U=0.350 土體上均布荷載Q=0.000 墻體尺寸數(shù)據(jù)H1=2.400

墻體尺寸數(shù)據(jù)H2=0.000 墻體尺寸數(shù)據(jù)H3=0.000 墻體尺寸數(shù)據(jù)H4=1.800

墻體尺寸數(shù)據(jù)H5=0.600 墻體尺寸數(shù)據(jù) A=0.500 墻體尺寸數(shù)據(jù)C=0.000

墻體尺寸數(shù)據(jù)B=0.500 墻體尺寸數(shù)據(jù) B1=2.400 墻體尺寸數(shù)據(jù)B2=2.400

墻體尺寸數(shù)據(jù)B4=1.400 土壤容重 MS=1.800 土壤浮容重ML=0.800

墻體容重MK=2.100

計算成果：

墻體抗滑穩(wěn)定系數(shù) KC=1.417＞1.3

墻體抗傾穩(wěn)定系數(shù) K0= 6.268＞1.5

墻趾處基底應(yīng)力CX=4.747t/m2＜[σ]＝9.5 t/m2

墻踵處基底應(yīng)力CN=2.070 t/m2＞0

可見前池該斷面擋土墻安全。

4.4 出水壓力鋼管地基承載力設(shè)計計算

由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7－89）附錄五給出的各種土（巖）的承載力標(biāo)準(zhǔn)值，按下面公式計算地基承載力：

壓力鋼管直徑為1.2m，管徑較大，采用混凝土剛性座墊。查表有墊層承載力標(biāo)準(zhǔn)值 ＝200kPa，基礎(chǔ)埋深取最深處計算，為8.55m。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7－89），地基承載力修正系數(shù) 。則墊層承載力設(shè)計值為：

＝362.05（kPa）

基礎(chǔ)寬度為 ≥ ＝1.17（m）

取基礎(chǔ)寬度 ＝1.2m。

假定座墊厚度為 ＝0.3m。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7－89）有：

355.08（kPa）

式中 ——墊層底面處土層的地基承載力設(shè)計值； ——墊層厚度。

161.96（kPa）

式中 ——墊層底面處的自重應(yīng)力。

由 =0.25，則混凝土座墊壓力擴(kuò)散角 20°，故： 180.39（kPa）

式中 ——墊層底面處的附加應(yīng)力；

——基礎(chǔ)底面壓力；

——墊層的壓力擴(kuò)散角。

于是有

342.34（kPa）＜ ＝355.08（kPa）

可見出水壓力鋼管基礎(chǔ)采用厚度為0.3m的混凝土剛性座墊基本能滿足地基承載力要求。

4.5 出水池?fù)跬翂Ψ€(wěn)定計算

出水池?fù)跬翂Ψ€(wěn)定計算采用PC-1500軟件“G－6”程序計算，計算簡圖及計算過程如下：見圖1

圖1 重力式擋土墻計算書

計算方式選擇I=0.000 擋土面鉛直角R=22.000 墻頂土體坡角P=0.000

基底坡角R0=5.000 土壤內(nèi)摩擦角F= 35.000 土與墻背間摩擦角D=11.660

摩擦系數(shù)U=0.300 土體上均布荷載Q= 0.000 墻體尺寸數(shù)據(jù)H1=3.170

墻體尺寸數(shù)據(jù)H2=0.000 墻體尺寸數(shù)據(jù) H3=0.220 墻體尺寸數(shù)據(jù)H4=2.450

墻體尺寸數(shù)據(jù)H5=0.500 墻體尺寸數(shù)據(jù) A=0.500 墻體尺寸數(shù)據(jù)C=0.000

墻體尺寸數(shù)據(jù)B=0.500 墻體尺寸數(shù)據(jù) B1=2.510 墻體尺寸數(shù)據(jù)B2=2.500

墻體尺寸數(shù)據(jù)B4=2.000 土壤容重 MS=1.800 土壤浮容重ML=0.800

墻體容重MK=2.100

計算結(jié)果：

墻體抗滑穩(wěn)定系數(shù) KC=1.596＞1.3 墻體抗傾穩(wěn)定系數(shù) K0= 5.785＞1.5

墻趾處基底應(yīng)力CX=6.614t/m2＜[σ]＝8.5 t/m2 墻踵處基底應(yīng)力CN=3.017 t/m2＞0

可見出水池?fù)跬翂Π踩?/p>

5 結(jié)束語

綜上所述，蟠咀電排站建成，將使排澇提高到十年一遇24h 暴雨徑流量3 天排干的標(biāo)準(zhǔn)。有效的減少圍內(nèi)澇水災(zāi)害，其工程設(shè)計可為其他工程建設(shè)提供經(jīng)驗和設(shè)計參考。