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        魯北地區(qū)下沉式通道一體化泵站排水設(shè)計(jì)

        2021-07-30 11:51:02李國旗孫海波胡明剛
        山東交通科技 2021年3期
        關(guān)鍵詞:匯水液位泵站

        李國旗,孫海波,孟 露,胡明剛

        (山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250031)

        引言

        近年來,一體化排水泵站的使用越來越廣泛,相較于傳統(tǒng)泵站占地面積小,施工速度快,操作維修簡便,對周邊環(huán)境影響小,無人值守等特點(diǎn),目前一體化預(yù)制泵站單個(gè)泵井直徑最大為4 m,由于交通等條件的限制,筒體內(nèi)空間有限,僅能安裝流量小于1.0 m3/s 的潛水泵,因此,基本應(yīng)用于流量較小的污水提升泵站,對于流量較大的污水和雨水泵站限制較大[1-3]。目前在國內(nèi)南方應(yīng)用較多,北方城市在逐漸推廣,市場前景廣闊[2-5]。

        1 工程概況

        下沉式通道位于聊城市中心片區(qū)蓮湖片區(qū),本項(xiàng)目為道路改造工程,規(guī)劃為城市次干路,紅線寬度40 m。改造范圍為興華路北側(cè)公交站臺至興華路與濱河?xùn)|路、光岳北路交叉口,新建興華路與濱河西路南北側(cè)連接道路,濱河西路下穿興華路,下穿段長度為530 m,寬度為22 m,徒駭河現(xiàn)水位絕對高程為30.7 m 左右,正常水位年變化幅度在2.0 m左右,徒駭河歷史最高水位絕對高程為32.7 m 左右,百年洪水位絕對高程為33.32 m,下穿段低點(diǎn)設(shè)計(jì)高程為29.635 m,本項(xiàng)目下穿通道排水設(shè)計(jì)方案為壓力排水。

        2 水文地質(zhì)

        勘區(qū)位于第四系水文地質(zhì)單元區(qū),含水層主要為粉土、粉砂土,雖有粉質(zhì)黏土地層,但未形成大區(qū)域的不透水層,勘區(qū)地下水為同一水文地質(zhì)單元區(qū)??眳^(qū)地下水屬第四系孔隙潛水,勘察期間興華路道路和箱涵工程區(qū)域?qū)崪y地下水靜止水位埋深在自然地坪下2.97~5.2 m 左右,絕對高程為29.6 m左右,地下水年均變化幅度在2.0 m 左右;徒駭河現(xiàn)水位絕對高程為30.7 m 左右,正常水位年變化幅度在2.0 m 左右,徒駭河歷史最高水位絕對高程為32.7 m 左右。場地含水層的主要補(bǔ)給方式為徒駭河地表水系的補(bǔ)給,主要排泄方式為大氣蒸發(fā)及城市用水。

        3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

        雨水設(shè)計(jì)流量:

        式中:Q—雨水設(shè)計(jì)流量,L/s;q—設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度,L/s·ha;ψ—徑流系數(shù);F—匯水面積,ha。

        暴雨強(qiáng)度公式采用聊城市暴雨強(qiáng)度:

        式中:q—暴雨強(qiáng)度,L/s·ha;P—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期,a;t—降雨歷時(shí),min。

        徑流系數(shù)的值因匯水面積的地面覆蓋情況、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面鋪砌等情況不同而異。根據(jù)匯水范圍內(nèi)的用地性質(zhì),經(jīng)加權(quán)平均確定徑流系數(shù)為0.25~0.9。

        下穿段雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用50 a,根據(jù)匯水范圍內(nèi)的用地性質(zhì)以收集道路路面雨水為主,路段區(qū)域內(nèi)經(jīng)加權(quán)平均確定徑流系數(shù)取為1.0,流量為772 L/s。

        4 工程設(shè)計(jì)

        設(shè)計(jì)秉持“安全、經(jīng)濟(jì)、綠色”的原則,下穿段排水只考慮排出匯水區(qū)域的地面徑流水,由于下穿段采用箱涵+U 型槽方案,排水不考慮地下水的影響;下穿段排水設(shè)立獨(dú)立的排水系統(tǒng),出水口可靠;設(shè)計(jì)中控制下穿段匯水面積,下穿段兩段及周圍設(shè)置多箅雨水口、雨水溝截水,且設(shè)置道路“額頭坡”,采用高水高排、低水低排且不連通的系統(tǒng);泵站頂及配電設(shè)備的基礎(chǔ)高程均大于34.7 m。

        4.1 工藝設(shè)計(jì)

        4.1.1 匯水區(qū)域的劃分及匯水范圍

        濱河西路下挖路段長度為530 m,最低點(diǎn)位于樁號K0+290 處,高程為29.635 m。匯水范圍考慮此下穿段的路面雨水及道路東側(cè)至河護(hù)坡處,共1.06 ha,無轉(zhuǎn)輸雨水。

        4.1.2 泵站水量

        表1 中,泵站匯水流量為772 L/s,擬選用三臺泵,每臺泵的流量Q ≥920 m3/h,取泵的額定流量960 m3/h。

        表1 雨水水力計(jì)算

        4.1.3 泵站揚(yáng)程

        百年一遇洪水位33.32 m,泵前平均水位27.975 m,設(shè)計(jì)揚(yáng)程H=6.545 m。根據(jù)水泵流量和揚(yáng)程,選擇潛水泵960 m3/h,H=10 m,N=45 kW,取一體化預(yù)制泵站筒體直徑3 800 mm。

        4.1.4 集水池容積

        根據(jù)《一體化預(yù)制泵站選用與安裝(一)》(20CS03-1)規(guī)定,當(dāng)泵站應(yīng)用于地下通道排水時(shí),集水池有效容積不應(yīng)小于最大一臺水泵60 s 的出水量。本項(xiàng)目有效容積V=16 m3。集水池有效水深為1.41 m,取h=1.45 m。

        4.1.5 泵站高度

        根據(jù)選型,水泵停泵水深為1.35 m;第一臺泵起泵水深為2.8 m;水深每上升0.5 m,多開啟一臺水泵;第三臺泵起泵水深為3.8 m,第三臺泵起泵液位以進(jìn)水管管內(nèi)頂平計(jì)為27.903 m;筒底標(biāo)高為24.103 m,取24 m;地面標(biāo)高為34.70 m;泵站筒體高度為10.7 m,取11 m;取出水管管底標(biāo)高為31.65 m;取出水管流速2.0 m/s;出水管截面積為0.4 m2;出水管徑為800 mm。

        4.2 抗浮設(shè)計(jì)

        一體化泵回填見圖1,底板設(shè)置1.5 m 襟邊,利用上部土壓力作用于底板,防止筒體上浮。地下水位以上重度標(biāo)準(zhǔn)值按18 kN/m3,地下水位以下重度標(biāo)準(zhǔn)值按10 kN/m3計(jì)算,水位按百年洪水位計(jì)算。泵站總浮力F=3 223.8 kN,泵站總重力W=4 225.68 kN>3 385 kN,滿足《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50265—2017)要求。

        圖1 一體化泵回填/m

        4.3 電氣智能設(shè)計(jì)

        泵站用電負(fù)荷等級為二級;供電電壓為380 V,泵站電源設(shè)置相序、電涌等保護(hù)措施,電力設(shè)計(jì)詳見照明工程。泵站設(shè)置自動(dòng)定期排空功能,自動(dòng)巡檢功能。

        水泵啟動(dòng)方式采用變頻啟動(dòng),水泵運(yùn)行采用液位自動(dòng)控制方式,液位信號采用靜壓式液位傳感器、浮球開關(guān)雙重采集方式,信號互為備用。水泵運(yùn)行具有自動(dòng)輪換、故障切換功能。

        控制柜采用人機(jī)交互界面操作,云平臺采用開放式接口,數(shù)據(jù)交換采用標(biāo)準(zhǔn)HTTP 或MQTT 協(xié)議,設(shè)置能耗監(jiān)測及防盜報(bào)警功能。設(shè)置自動(dòng)控制、現(xiàn)場手動(dòng)控制功能;具有手機(jī)APP、網(wǎng)頁、智慧云遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。泵站的日常運(yùn)行應(yīng)采用自動(dòng)控制方式,當(dāng)靜壓式液位傳器故障時(shí)應(yīng)能切換到浮球開關(guān)應(yīng)急使用。應(yīng)采用云平臺運(yùn)維系統(tǒng)對泵站進(jìn)行日常管理,并應(yīng)定期巡視。

        5 結(jié)語

        工程設(shè)計(jì)秉持“安全、經(jīng)濟(jì)、綠色”的原則,最大限度地減小對河道及周邊環(huán)境的影響,降低工程投資,縮短施工周期,實(shí)現(xiàn)下穿段排水安全,良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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