陳 研 陳友國 黃德元

（1.南京振高建設有限公司，江蘇 南京 211300；2.浦口區(qū)水利局，江蘇 南京 211800；3.南京市水利規(guī)劃設計院有限責任公司，江蘇 南京 210022）

浦口區(qū)的沿江、沿滁圩區(qū)現有重點穿堤排澇泵站70 多座，總排澇能力近250 m3/s。圍繞水利現代化要求，浦口區(qū)近年來加大了農村重點排澇站改造力度，對原有的排澇格局進行規(guī)劃調整，將一些小站合并，減少并優(yōu)化站點布局，同時逐步淘汰落后泵型，減少設備臺套，提高單機排澇能力。在設計排澇泵站的出水形式時，多選用了虹吸式出水和壓力水箱出水兩種。筆者結合近年來的工程實踐，對這兩種出水形式設計、施工和運行方面的情況進行比較與分析。

1 概述

長江南京下關段的歷史最高水位為10.22 m，滁河曉橋段的最高水位12.63 m。按照長江委長江流域規(guī)劃和滁河近期治理規(guī)劃的標準，浦口區(qū)自2011年開始對境內的長江、滁河段堤防進行了工程綜合整治，經加固后的長江主堤及通江河堤頂高11.8～13.0 m，寬8 m，局部高程不足的增設了擋浪墻，堤內一級平臺高10.0～10.5 m，寬4 m；滁河主堤及通滁河堤頂高13.5～14.7 m，寬8 m。沿江、沿滁圩區(qū)的內圩農田地（田）面高程一般為6.5～7.2 m，主堤內的地（田）面高程相對較低。

浦口區(qū)近年更新改建的圩區(qū)重點排澇泵站大多選用潛水混（軸）流泵，采用軟啟動技術，墩墻式濕室型泵室（房），每座站都建有相對封閉的管理區(qū)。與傳統(tǒng)的臥式混流泵相比，潛水式泵站具有結構簡單且便于施工、單機排澇流量大、操作簡便、對堤防振動破壞小等優(yōu)點。泵站的設計水位5.70～6.20 m，配套功率90～110 kW，實際凈揚程5～8 m。泵站規(guī)模以?。?）型為主，每座站的排澇能力為3～10 m3/s，總裝機功率在1000 kW以下。每座站的裝機數為2～4 臺套，每臺套機泵的單機排澇能力為1～3 m3/s，單機投資規(guī)模控制在120萬元左右。

2 工程實例

2.1 壓力水箱出水

圖1 為浦口區(qū)沿江地區(qū)2013年原址拆建的一座排澇站縱剖面圖。該站排澇能力9.6 m3/s，選用3 臺2.7 m3/s和1 臺1.5 m3/s 的潛水混流泵，總功率910 kW，進水池設計水位5.7 m，開機、關機水位分別為6.5 m、5.2 m。其出水部分的壓力水箱采用了“出水前池+箱涵管道+閘門井”的形式，出水池與水泵的出水鋼管連接，閘門下為消力池。整個壓力水箱為鋼筋混凝土結構，穿堤部分基礎處理采用了Φ600 mm 灌注樁，樁長13.5 m，總數26 根。壓力水箱底板厚度0.6 m，側墻厚0.4 m，底板高程6.6 m，底板部分不設坡坎，為平順直流。前池順水流方向長13 m，凈寬10.2～2.5 m，水箱前池沿軸線設有導流墻，為便于檢修，前池頂部設有檢修孔。壓力箱涵凈斷面為2.5 m×2.5 m，長15 m，分2節(jié)，前池與箱涵之間以及箱涵與箱涵之間均設有紫銅片止水。閘門井為鋼筋混凝土結構，采用潛孔平面定輪直升鋼閘門控制，閘門尺寸與箱涵相同，配100 kN 單吊點手電兩用螺桿啟閉機1 臺，上設啟閉機房。

圖1 壓力水箱出水泵站縱剖面示意圖

出水前池與箱涵連接漸變段的平面收縮角為40°，在泵站滿負荷運行工況、箱涵淹沒過流狀態(tài)下的流速為1.47 m3/s，均滿足規(guī)范要求。

2.2 虹吸式出水

圖2 為2012年滁河主堤防上新建的泵站縱剖面圖。設計排澇流量3.9 m3/s，選用ZQ2850A-4 型潛水泵3 臺套，總功率480 kW，進水池設計水位6.8 m，開機、關機水位分別為7.3 m、6.3 m，設計揚程9.3 m。虹吸部分出水管道通過柔性接頭與水泵連接。穿堤部分在管道彎曲處設置鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩之間以支墩支撐管道，整個穿堤部分設3 處鎮(zhèn)墩、1 處支墩。鎮(zhèn)墩采用分立式，平面尺寸為2 m×2 m，高3 m，混凝土標號為C25。堤頂高14.7 m，虹吸頂部駝峰處管道軸線高14.25 m，管道頂部設真空破壞閥，管道出口消力池處設拍門。

圖2 虹吸式駝峰管道出水形式縱剖面示意圖

為與水泵管道出口相適應，出水鋼管的出水直徑為800 mm，壁厚按δ≥D/130（D 為管道內徑）的要求取8 mm，通過管道內的最大流速為2.58 m/s。出水管進入外河部分采用出水池消能形式，淹沒出流，出水池淹沒面高9 m。

3 兩種出水形式的比較分析

3.1 工程施工

壓力水箱出水形式施工較為復雜，屬穿堤建筑物，施工要求高。一般情況下，泵站工程施工都在冬季枯水期，堤防開挖深度與內、外河水位接近，有時甚至低于外河水面，開挖斷面大，施工作業(yè)面狹窄。樁基礎施工周期長，施工期間對整個堤防基礎的擾動破壞明顯。出水部分為長期隱蔽工程，出水前池、箱涵、閘門等部位混凝土用量大，包括連接段的止水防滲處理，施工要求都很高，是整個工程質量控制的關鍵部分，對施工立模、混凝土澆筑及振搗、養(yǎng)護等具體環(huán)節(jié)均必須從嚴控制?；靥钔练绞┕獓栏癜匆?guī)范要求采用一定比例的水泥土，分層碾實。

虹吸式出水施工中，一是虹吸管道多為沿坡面爬行或貼坡淺埋，布置時應盡量考慮減少出水管道的變向彎曲段，避免大角度轉彎，轉彎角宜小于45°，以保持出水流態(tài)的平順穩(wěn)定，減小水頭損失；二是管道焊接要嚴格按規(guī)范操作，控制質量，同時管道堤頂部分的土層埋深不得小于0.6 m，避免車輛碾壓破壞；三是大部分泵站為原址拆建，原先深埋的穿堤管道被拆除后，在新的回填土基礎上增設鎮(zhèn)墩支撐管道時，極易產生沉陷，嚴重的會將管道連接段法蘭撕裂。為控制鎮(zhèn)（支）墩的沉降，在保證回填土密實度的同時，可考慮在鎮(zhèn)墩底部用木樁基礎進行擠實加固處理，或者通過適當控制鎮(zhèn)（支）墩混凝土材料用量、提高混凝土標號的方式，減小鎮(zhèn)（支）墩自重。

3.2 運行管理

采用壓力水箱出水，出水流態(tài)平順穩(wěn)定，水泵揚程低，運行效率較高，排澇成本低。即使在滿負荷運行工況下，由于整個出水部分基礎穩(wěn)定，水流落差小，構建體自重大，堤防安全也不會受到影響。停泵水錘壓力小，對整個出水部分及泵體的破壞作用不明顯。外河水位較高時，應停止開機，并關閉閘門防止河水倒灌。閘門、壓力箱涵及出水前池等建筑物，在長期運行老化后易出現斷裂、沉降及人為損壞等。汛期外河長時間高水位時，可能會出現沿箱涵方向建筑物側壁滲水現象，甚至出現險情。運行維護方面，應定期對閘門井進行檢查，檢查內容包括：門槽軌道是否完好，門體有無破損，螺桿的潤滑保養(yǎng)情況。每年結合防汛檢查和汛后消險，對出水前池和箱涵內的完好情況應至少安排兩次以上專項檢查。

虹吸式出水采用管道爬坡的形式，一泵一管出水，結構簡單，管道糙率小，運行安全，對堤防的擾動和振動破壞小。運行維護方便，重點是管道表面可定期防銹，可定期檢查真空破壞閥門。盡管虹吸管的駝峰位置高，水泵的設計揚程較大，但實際運行中的有效揚程依然為外河出水口處淹沒水面與進水口處水位的高差。通常情況下，水泵總是在外河水位低于最高水位的狀態(tài)下運行，在滿足水泵的設備效率和最大流量時，水泵的實際運行功率低于額定值。外河水位較高但低于最高設計水位時，在駝峰作用下，水泵仍然可以在高效率區(qū)正常運行，這有利于主汛期時圩區(qū)的及時排澇。而當外河出現超歷史水位時，則可以通過關閉出水口的拍門和開啟駝峰頂處真空破壞閥的雙重保險方式，防止水流倒灌。停泵水錘的壓力破壞作用，可以通過軟啟動與軟停車過程化解。采用淹沒出流形式，既可以保證形成虹吸作用，降低正常情況下的水泵運行功率，也可獲得消能和防沖刷的效果。

3.3 工程投資

虹吸式出水的堤防開挖斷面少，耗用材料相對單一，施工靈活簡單，周期短，建成后運行維護簡單，工程隱患少。壓力水箱出水形式施工包括堤防深切面開挖、基礎處理、穿堤建筑物及防滲處理、閘門井及土方回填等部分，施工周期長，施工過程相對復雜，質量控制要求高。從近年投資建設泵站的造價分析來看，出水部分投資采用壓力水箱出水比采用虹吸式出水約高出30%～40%。

4 結語

壓力水箱出水和虹吸式出水是目前農村排澇泵站設計中較為常見的出水形式。壓力水箱屬穿堤建筑物，結構相對復雜，施工要求高，工程造價較高，但運行狀態(tài)平穩(wěn)，適合于排澇能力較強、任務重、經常處于滿負荷狀態(tài)運行的泵站。虹吸式出水的出水管道爬坡起伏大，管內水流流速變幅大，但結構形式簡單，對堤防振動破壞小，施工簡便，節(jié)省投資，便于運行管理和維護保養(yǎng)，對于在中等規(guī)模以下的排澇站中運用具有明顯的優(yōu)勢。