段雪瑩 阮建飛 于 野

關(guān)于中小型排灌站設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

段雪瑩 阮建飛 于 野

作為水利防護(hù)工程，大量的灌排兩用泵站更新改造，拆除重建，新規(guī)劃泵站的設(shè)計(jì)施工也在緊張進(jìn)行中。關(guān)于泵站的設(shè)計(jì)思路愈發(fā)的成熟。南北方排灌站設(shè)計(jì)思路雖基本相同，設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)慣例仍有很大差別。

排灌泵站 水頭 流量 總體布置 廠房

1 現(xiàn)狀分析

在工農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展的今天，對(duì)于資源的維護(hù)，自然災(zāi)害的防治變得更加重要。在雨澇災(zāi)害頻繁的防治中，排澇泵站作為最直接、有效的手段，已經(jīng)不可替代。同時(shí)外水內(nèi)引，完成灌溉功能也變得相當(dāng)重要。現(xiàn)今設(shè)計(jì)的泵站大部分都具備灌排的雙重功能，簡(jiǎn)稱(chēng)排灌泵站。

我國(guó)已建成大中小型固定泵站50多萬(wàn)座，總裝機(jī)容量7 000余萬(wàn)kW，星羅棋布在全國(guó)各地。大量的泵站更新改造，拆除重建，眾多新建泵站的設(shè)計(jì)、施工都正在進(jìn)行中。

灌溉泵站根據(jù)其運(yùn)行的重要性，包括轄區(qū)是農(nóng)田還是城區(qū)，轄區(qū)的范圍等多種因素來(lái)決定設(shè)計(jì)規(guī)模。其中以中小型排灌站居多。中小排灌站具有運(yùn)行靈活，可靠性高的特點(diǎn)。

本文主要通過(guò)2個(gè)南北方的排澇泵站體現(xiàn)具體的設(shè)計(jì)差別。鴨兒溝泵站位于安徽省安慶市郊區(qū)廣濟(jì)圩，寧河潮東揚(yáng)水站位于天津市寧河縣。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模的確定

因排灌站兼具排澇和灌溉的功能，故其設(shè)計(jì)參數(shù)有排澇和灌溉2套數(shù)據(jù)。灌排泵站的設(shè)計(jì)流量包括灌溉流量和排澇流量。灌溉設(shè)計(jì)流量應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)灌水率、灌溉面積、渠系水利用系數(shù)及灌區(qū)內(nèi)調(diào)蓄容積等綜合分析計(jì)算確定。排澇流量根據(jù)排澇標(biāo)準(zhǔn)、排澇方式、排澇面積及調(diào)蓄容積等綜合分析計(jì)算確定。

泵站的設(shè)計(jì)水位依據(jù)規(guī)范逐一確定，相對(duì)于排澇和灌溉2種運(yùn)行工況，進(jìn)、出水池的設(shè)計(jì)水位完全不同。對(duì)于特別重要的排水泵站，可適當(dāng)提高排澇標(biāo)準(zhǔn)。但是灌排泵站的設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿(mǎn)足2套設(shè)計(jì)參數(shù)的要求。

南方泵站主要以排澇功能為主，因外河水位常年較高，自流灌溉即可，故設(shè)計(jì)中主要考慮排澇參數(shù)，作為設(shè)計(jì)依據(jù)。鴨兒溝泵站設(shè)計(jì)流量17 m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程5.77 m，總?cè)萘? 960 kW。

北方泵站的灌排功能同等重要，故設(shè)計(jì)中需確定2套參數(shù)，考慮2種情況的運(yùn)行。天津?qū)幒映睎|揚(yáng)水泵站排澇設(shè)計(jì)流量20 m3/s，排澇設(shè)計(jì)揚(yáng)程為6.80 m；灌溉設(shè)計(jì)流量6 m3/s，灌溉設(shè)計(jì)揚(yáng)程為4.88 m。

3 站址選擇

泵站站址應(yīng)根據(jù)流域治理或城鎮(zhèn)建設(shè)的總體規(guī)劃、泵站規(guī)模、運(yùn)行特點(diǎn)和綜合利用要求，考慮地形、地質(zhì)、水源或承泄區(qū)等等綜合因素以及擴(kuò)建的可能性，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。

灌排泵站選址應(yīng)在承泄區(qū)的低洼處，以利于澇水的匯集，同時(shí)靠近河道大堤，方便澇水排出，引水灌溉也更為順暢。站址處地形需平坦開(kāi)闊，有足夠建筑物布設(shè)的場(chǎng)地，交通便利。

南北方的排澇泵站都基于此原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，大部分的站址均設(shè)在堤外，在不影響大堤安全的前提下，靠近堤防的低洼處，并且保證良好的地質(zhì)條件。

4 總體布置

泵站的總體布置應(yīng)根據(jù)站址的地形、地質(zhì)、水流、泥沙、供電和環(huán)境等條件，結(jié)合整個(gè)水利樞紐或供水系統(tǒng)布局，綜合利用要求，機(jī)組型式等，做到布局合理，有利施工，運(yùn)行安全，管理方便，少占耕地，美觀協(xié)調(diào)。泵站的總體布置應(yīng)包括泵房，進(jìn)、出水建筑物，專(zhuān)用變電站，工程管理用房及職工住房，內(nèi)外交通、通信等。

鴨兒溝站站址選擇了緊靠堤腳平臺(tái)建站，該站址兩側(cè)為填塘后所形成的平地，相對(duì)較為寬闊，具有正向進(jìn)、出水布置條件，根據(jù)總體布置原則，最終確定泵房采用一字形布置形式，擴(kuò)挖原鴨兒溝作為引渠正向進(jìn)水，采用穿堤涵閘正向出水的布置方案。

潮東揚(yáng)水站考慮浂灌、排澇渠系，主廠房垂直堤防方向布設(shè)，進(jìn)、出水方向平行潮白新河左堤。主要建筑物包括泵房，進(jìn)水池，出水池，排澇進(jìn)、出水閘，灌溉進(jìn)、出水閘，調(diào)水閘，出水防洪閘，穿堤埋涵，調(diào)水埋涵，調(diào)節(jié)池，安裝間以及管理用房等。

4.1 主、副廠房布置

主廠房通常采用框架式結(jié)構(gòu)，分濕室和干室2種。濕室型泵房設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低。為了運(yùn)行維護(hù)方便，采用干室較多，水泵層樓板采用封閉式。整個(gè)水泵層設(shè)置交通通道，通長(zhǎng)布置排水溝，匯集滲漏水到集水井，利用水泵排到尾水渠道中。

針對(duì)軟弱地基的泵站。為避免不均勻沉降，設(shè)計(jì)中盡量采用整體結(jié)構(gòu)，減少機(jī)組分縫。如有可能，主、副廠房集中布置，將副廠房布置在主廠房下游側(cè)的匯水箱上部，利用匯水箱做基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)安全。

鴨兒溝泵站泵室采用開(kāi)敞式濕室型結(jié)構(gòu)，廠房下部進(jìn)水池為單機(jī)單池形式，其間以隔墩相隔。其中，4#、5#機(jī)組進(jìn)水池后墻下部開(kāi)通，作為自排通道，與其后雙層壓力水箱下層相通。壓力水箱矩形段與廠房下部整體連接，兼做副廠房基礎(chǔ)。

潮東揚(yáng)水站泵房為干室型，分上、下2層，上層為電機(jī)層；下層與進(jìn)水池相通形成進(jìn)水室。

4.2 進(jìn)、出水池設(shè)計(jì)

進(jìn)、出水池的布置在泵站總體中起著舉足輕重的地位。分開(kāi)敞式和地下式2種，根據(jù)場(chǎng)地的局限性以及水位和地坪高程的關(guān)系，確定布置形式。為滿(mǎn)足交通要求，及減少擋墻高度，常采用地下式進(jìn)出水池。但地下式進(jìn)出水池又存在一定的缺陷，檢修維護(hù)及清污極為不便。故采用何種形式的進(jìn)、出水池需結(jié)合管理方便及投資經(jīng)濟(jì)確定。

進(jìn)、出水池的布置還涉及到泵站進(jìn)、出水方式的選擇，布置上盡量滿(mǎn)足正向進(jìn)水，正向出水的原則。但考慮泵站的灌排雙重功能，往往無(wú)法做到灌排均正向，此時(shí)，需滿(mǎn)足其主要功能正向要求。

鴨兒溝泵站前池與進(jìn)水池均采用正向進(jìn)水方式。前池在平面上為長(zhǎng)25.00 m的漸擴(kuò)段，擴(kuò)散角31.50°。前池首端為17 m平段，末端順?biāo)飨蛞?∶5底坡與進(jìn)水池相連。前池底板平段部分采用干砌石護(hù)砌，末端斜坡部分采用漿砌石護(hù)底，砌石底部均鋪設(shè)10 cm砂石墊層。前池兩側(cè)采用漿砌石擋土翼墻與上下游銜接，翼墻頂高程13.00 m，迎水面為豎直面。出水池為雙層水箱，完成灌排功能的結(jié)合。

寧河排灌站進(jìn)水池與蓄排進(jìn)水閘后箱涵段相接，采用開(kāi)敞式、正向進(jìn)水，方形水池。四周邊墻采用鋼筋混凝土半重力式擋墻，擋墻頂高度2.80 m。進(jìn)水池底板采用鋼筋混凝土，厚度0.40 m，下設(shè)0.1 m厚素混凝土墊層。進(jìn)水池末端設(shè)置排水孔。出水池采用開(kāi)敞式，矩形水池。四周邊墻采用鋼筋混凝土半重力式擋墻，擋墻頂高度5.94 m。出水池采用鋼筋混凝土底板，厚度0.40 m，下設(shè)0.1 m素混凝土墊層。

4.3 南北方灌排泵站典型設(shè)計(jì)比較

因?yàn)榈乩砦恢玫牟顒e，南北方灌排泵站在設(shè)計(jì)要求和方案布置上存在著典型性差別。如圖1、2分別是安徽鴨兒溝泵站和天津?qū)幒映睎|揚(yáng)水站的縱剖面示意圖。

4.3.1 建筑物設(shè)計(jì)

圖1 鴨兒溝泵站縱剖面圖

因南方汛期雨量較大，泵站設(shè)計(jì)兼顧防洪、排澇、引水等多種功能。排澇設(shè)計(jì)的最高和最低水位差別也較大，為滿(mǎn)足最低水位水泵吸出高度以及最高水位防洪安全的要求，建筑物較高，設(shè)計(jì)難度較大。南方泵站以排澇功能為主，灌溉功能的實(shí)現(xiàn)通過(guò)汛期自排。相比之下，北方泵站揚(yáng)程較低，建筑物高度也更趨安全，同時(shí)，在設(shè)計(jì)中要兼顧排澇和灌溉的雙重功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，相對(duì)設(shè)計(jì)難度較低。

圖2 寧河潮東揚(yáng)水站縱剖面圖

4.3.2 運(yùn)行管理

雖然所有灌排泵站都具有多種功能，但南方泵站灌排主要靠自流灌溉，所有運(yùn)行中不需要開(kāi)泵，所有機(jī)電設(shè)備均不需要考慮本工況。而北方泵站則在排澇和灌溉時(shí)都需開(kāi)泵，而且機(jī)電設(shè)備必須滿(mǎn)足2種工況，設(shè)備投資大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，管理費(fèi)用也相對(duì)較高。

4.3.3 基礎(chǔ)處理

地基處理形式也因慣例和土壤特性采用不同的形式。南方排灌站地基處理多采用粉噴樁工藝，北方排灌站基礎(chǔ)則常用混凝土灌注樁和水泥土攪拌樁。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著排灌站修建的逐年增加，設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)也越來(lái)越豐富。設(shè)計(jì)更加合理，結(jié)構(gòu)更加輕巧安全，利用保證率也越來(lái)越高。南北方排灌站的設(shè)計(jì)雖有明顯差別，但也在逐漸借鑒和互補(bǔ)，個(gè)人認(rèn)為，南方小水電發(fā)展更為迅速，其設(shè)計(jì)更為精巧，投資更為節(jié)省。

段雪瑩 女 高級(jí)工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

阮建飛 男 高級(jí)工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

于 野 男 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

表2 壓水試驗(yàn)成果

從壓水試驗(yàn)成果看，Ⅲ、Ⅳ序孔的透水率有明顯較大的降低，灌漿效果顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

（1） GIN法把灌漿強(qiáng)度值應(yīng)用到每一個(gè)孔段，且保持GIN值為常數(shù)，避免了P大—V大和P小—V小的不利組合，從而提高了灌漿的科學(xué)性和精確度。

（2）與傳統(tǒng)灌漿法進(jìn)行對(duì)比，節(jié)約了水泥20%，為相似地質(zhì)條件下GIN法灌漿的應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

（3） 本次灌漿選用的灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了國(guó)內(nèi)常規(guī)灌漿方法，但比常規(guī)灌漿方法的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)要容易達(dá)到，也是能夠保證質(zhì)量的。

（4）所采用的穩(wěn)定性漿液的材料及配合比，適用于GIN灌漿法，適合于試區(qū)地層，是能夠滿(mǎn)足質(zhì)量要求的，可以為其它地質(zhì)條件相似的工程提供參考。

作者簡(jiǎn)介

赫慶彬 男 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

黃建文 男 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

（收稿日期 2015-08-23）

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1007-6980（2015）04-0022-03

2015-08-10）