沈福云，沈葵花，沈國鋒，沈嘉寶

(1.江西省贛西土木工程勘測設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)分院，江西 宜春 336000；2.江西省宜春市土木工程總承包有限公司，江西 宜春 336000)

1 工程現(xiàn)狀

南邊灌排站位于新建區(qū)五星圩堤樁號1+293處，涵閘基礎(chǔ)為壤土層。排澇面積6.7km2，設(shè)計(jì)排澇流量4.84m3/s，設(shè)計(jì)灌溉流量3.45m3/s，現(xiàn)狀裝機(jī)容量465kW。

南邊灌排站由于年久失修，涵閘等建筑物均有不同程度損壞，且隨著五星圩堤堤身的加厚，堤頂?shù)募痈呒訉?，穿堤箱涵的?qiáng)度、長度均不能滿足要求，且進(jìn)、出口為漿砌石或混凝土結(jié)構(gòu)，老化破損嚴(yán)重，本次設(shè)計(jì)擬對其進(jìn)行原址拆除重建[1]。

2 工程地質(zhì)

南邊排灌站位于圩堤樁號1+293處，現(xiàn)狀為1.6m×1.6m的鋼筋混凝土涵，現(xiàn)狀鋼筋混凝土老化，露筋嚴(yán)重。

根據(jù)地勘資料，排灌站基礎(chǔ)土層分別為壤土層、中細(xì)砂層、砂礫石層。排灌站座落于壤土層上，地層巖性較單一，不易產(chǎn)生不均勻沉降，地質(zhì)條件簡單。土層的地質(zhì)參數(shù)按表1選取。

表1 排灌站基礎(chǔ)土體物理力學(xué)指標(biāo)及滲透系數(shù)建議值表

3 排灌站總體布置

南邊排灌站由進(jìn)水渠、進(jìn)水閘、前池、泵房、連接段、壓力水箱、電排閘、穿堤箱涵、防洪閘、出水渠等組成。

3.1 進(jìn)水渠

根據(jù)現(xiàn)狀，加固后進(jìn)水渠樁號范圍南0+161.64-0+105.64，為梯形斷面，底寬4.5m，坡比為1∶1.5，縱坡坡降i=0.0005，底高程為12.10m，底板采用0.1m厚C15混凝土襯砌，下設(shè)0.1m厚碎石墊層，邊墻采用漿砌石仰斜式擋土墻結(jié)構(gòu)，頂寬0.3m，頂高程為15.30m。進(jìn)水渠漸變段接進(jìn)水閘，長6m，采用C15混凝土仰斜式漸變結(jié)構(gòu)，0.3m厚的C15混凝土護(hù)底。

3.2 進(jìn)水閘

進(jìn)水閘閘室為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樁號范圍南0+105.64-0+099.64，總寬度7.1m，過流總凈寬4.5m，泄水閘共2孔，單孔孔口凈寬2.25m，閘邊墩厚0.8m、中墩厚1.0m。閘底板高程為12.10m，工作閘門凈寬2.25m，高3.0m，采用螺桿式啟閉直升閘門型式，攔污柵采用葫蘆啟閉直升型式，閘門頂設(shè)檢修平臺和啟閉平臺，平臺高程分別為15.30m和20.40m。

3.3 前池

前池樁號范圍南0+099.64-0+065.13，為滿足入泵水流順暢、流速均勻，須在泵站前設(shè)置前池。前池采用正向進(jìn)水形式，根據(jù)現(xiàn)場地形和地質(zhì)條件，前池緊靠泵房布置[2]。

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50265-2010)，前池設(shè)計(jì)水位以下容積按設(shè)計(jì)流量的30-50倍確定。前池底坡取1∶4，進(jìn)口底高程為12.10m，寬7.0m；出口底高程為9.97m，寬11.8m。池長31.51m，南邊排灌站前池池底板采用0.3m厚的現(xiàn)澆C20鋼筋混凝土護(hù)底，下設(shè)0.1m厚C15混凝土墊層。兩側(cè)邊墻均采用重力式C20混凝土結(jié)構(gòu)，頂寬0.30m，迎水面鉛直，背水面1∶0.45，墻基下設(shè)0.10m厚C15混凝土墊層。擋墻頂高程為15.30m。

3.4 泵房

泵房樁號范圍南0+065.13-0+058.17，泵房結(jié)構(gòu)采用堤后濕室墩墻型。泵房分三層，從下至上依次為進(jìn)水層、水泵層，電機(jī)層。

進(jìn)水層按能夠滿足單機(jī)抽水時的過流要求，且高程滿足水泵的安裝高程布置。為9.97m，進(jìn)水層之間采用0.5m厚C25鋼筋混凝土隔墩分隔為3孔(6.96m×3.6m、長×寬)，底板采用采用0.8m厚C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下設(shè)0.1m厚C15混凝土墊層。

水泵層布置ZLB型立式軸流泵，水泵的安裝高程為11.97m，在螺栓孔預(yù)埋位置設(shè)置寬0.4m、高0.6m的受力梁，水泵層采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)邊墻間距3.6m，中墩厚0.5m，邊墩厚0.6m。

電機(jī)層布置配套電機(jī)和控制屏等，機(jī)組兩側(cè)設(shè)進(jìn)入孔(1.0×0.7m2)和吊物孔(1.5×1.5m2)。檢修間布置在泵房左端。泵房采用0.3m×0.5m的立柱構(gòu)成剛架式結(jié)構(gòu)，構(gòu)架頂高程設(shè)置吊車梁，配有5T電動葫蘆。

3.5 連接段

為防止泵房與壓力水箱的不均勻沉降，在樁號范圍南0+056.17-0+058.17設(shè)置連接段，布置在泵房后，其后與壓力水箱連接，連接段軸線與泵房中心線相同。

連接段采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中墩厚0.4m，邊墩厚0.6m。底板采用0.5m厚的C25鋼筋混凝土板，下設(shè)0.1m厚C15混凝土墊層。

3.6 壓力水箱

壓力水箱樁號范圍南0+056.17-0+045.17，布置在泵房后，正向出水，其后與電排閘連接，壓力水箱軸線與泵房中心線相同。

壓力水箱采用C25鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，中墩厚0.4m，邊墩厚0.6m。底板采用0.5m厚的C25鋼筋混凝土板，下設(shè)0.1m厚C15混凝土墊層。

3.7 電排閘

電排閘閘室為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樁號范圍南0+045.17-0+040.17，總寬度3.6m，過流總凈寬2.0m，閘邊墩厚0.8m，閘底板0.8m厚，下設(shè)0.1m厚C15混凝土墊層。為防止水擊，閘室上部為調(diào)壓井，下部設(shè)自排閘門與電排門。調(diào)壓井四壁為0.4m厚C25鋼筋混凝土，頂高程為20.82m；自排閘門閘底板高程為9.97m，孔口尺寸(寬×高)為2.0m×1.96m；電排閘門閘底板高程為12.55m，孔口尺寸(寬×高)為2.0m×2.0m；兩閘門均采用螺桿式啟閉直升閘門型式。閘門頂設(shè)檢修平臺和啟閉平臺，平臺高程分別為16.23m和20.82m。

3.8 穿堤箱涵

穿堤箱涵為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樁號范圍南0+040.17-0+003.45，總長36.72m。為方形箱涵，斷面尺寸(寬×高)由2.0m×5.86m漸變?yōu)?.0m×2.0m；箱涵其壁厚為0.4m，其底部設(shè)有0.1m厚的C15混凝土墊層。箱涵每10m設(shè)一橫縫，并采用紫銅片止水，瀝青杉板填縫。

3.9 防洪閘

防洪閘閘室為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樁號范圍南0+003.45-0+000.00，總寬度3.6m，過流總凈寬2.0m，防洪閘共1孔，孔口尺寸(寬×高)為2.0m×2.0m，工作閘門采用螺桿式啟閉直升閘門型式。閘底板高程為11.65m，閘底板0.8m厚，下設(shè)0.1m厚C15混凝土墊層。閘墩長3.45m，邊墩厚0.8m。閘墩頂設(shè)檢修平臺和啟閉平臺，平臺高程分別為16.45m和20.52m。啟閉平臺通過工作橋與堤頂相接。

3.10 出水渠

出水渠與防洪閘出口相接，為八字形擋墻，樁號范圍南0+000.00-0-025.00，底寬由2.0m漸變?yōu)?.0m，底高程由11.65m漸變?yōu)?1.02m。邊墻采用C20混凝土重力型式，墻頂寬0.3m，迎水面鉛直，背水面1∶0.45。底板前5.0m采用0.3m厚C20混凝土，下設(shè)0.1m厚C15混凝土墊層，后20.0m采用0.1m厚C15混凝土，下設(shè)0.1m厚C15砂卵石墊層。

4 裝機(jī)規(guī)模

水泵型式選擇為立式軸流泵，根據(jù)水文計(jì)算成果及抽排流量、設(shè)計(jì)揚(yáng)程等參數(shù)，確定裝機(jī)規(guī)模并選擇泵型[3]。同時為方便維修與管理，泵型選擇優(yōu)先考慮同種泵型，通過改變水泵葉片的安放角來適應(yīng)揚(yáng)程和流量要求。根據(jù)各排澇水泵的運(yùn)行特點(diǎn)及揚(yáng)程、流量要求，機(jī)組選擇應(yīng)在運(yùn)行可靠的前提下，盡量降低土建和機(jī)電設(shè)備投資。南邊排灌站裝機(jī)及泵型選定表見表2；排灌站平面圖、縱剖面圖見圖1。

表2 南邊排灌站裝機(jī)及泵型選定表

圖1 排灌站平面圖、縱剖面圖

5 排灌站運(yùn)行調(diào)度方案

泵房按進(jìn)水層、水泵層及電機(jī)層三層布置。底層進(jìn)水層按能滿足單機(jī)抽水流量時的過流要求，水泵進(jìn)水口高程滿足水泵的安裝高程布置；中間層為水泵層，主要安置水泵及出水鋼管，鋼管出口設(shè)一平轉(zhuǎn)拍門，平時拍門關(guān)閉，當(dāng)需要電排時，關(guān)閉自排閘門與灌溉涵管閘門，打開電排閘門與防洪閘門，利用抽排時的壓力將拍門推開，使?jié)乘ㄟ^壓力水箱(上層)、電排閘、穿堤箱涵與防洪閘排至外河；當(dāng)需要電灌時，關(guān)閉電排閘門，打開防洪閘門、自排閘門與灌溉涵管閘門，外河水由防洪閘、穿堤箱涵、電排閘與壓力水箱(下層)進(jìn)入前池，通過水泵抽上壓力水箱(上層)，進(jìn)入灌溉涵管。灌排站上層為電機(jī)層和副廠房，電機(jī)層根據(jù)排澇閘站雨水排放需要，副廠房位于主廠房左端，主要用于設(shè)備檢修。

6 相關(guān)計(jì)算

6.1 水力計(jì)算

1)進(jìn)水渠過流計(jì)算：

排澇流量Q設(shè)=4.84m3/s、設(shè)計(jì)內(nèi)水位為14.80m，采用明渠均勻流計(jì)算公式，試算進(jìn)水渠過流斷面。

經(jīng)計(jì)算：當(dāng)進(jìn)水渠底寬6.0m，水深2.7m時，Q=43.62 m3/s >Q設(shè)=4.84m3/s，加固后的進(jìn)水渠過流斷面滿足過流要求。

2)進(jìn)水閘過流計(jì)算：

進(jìn)水閘為無坎寬頂堰型式， 經(jīng)計(jì)算，Q=6.09 m3/s >Q設(shè)=4.84m3/s，加固后的進(jìn)水閘過流斷面滿足過流要求。

3)穿堤箱涵過流計(jì)算：

箱涵斷面尺寸應(yīng)滿足電排流量的要求，其過流能力復(fù)核，采用涵管淹沒過流公式計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，Q=10.67 m3/s >Q設(shè)=4.84m3/s，加固后的穿堤箱涵過流斷面滿足過流要求。

6.2 建筑物穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算

抗滑穩(wěn)定計(jì)算與基底應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 南邊排灌站各部位穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果表

6.3 邊墻穩(wěn)定計(jì)算

前池與出水渠邊墻均采用C20混凝土重力式擋土墻形式。邊墻穩(wěn)定計(jì)算，考慮無水時的情況荷載組合為計(jì)算條件，抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定、墻底應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表4。

表3 南邊排灌站邊墻穩(wěn)定計(jì)算表

由表4可知，所有邊墻均直接建在壤土上，抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定、墻底應(yīng)力均滿足要求。本次設(shè)計(jì)邊墻尺寸合理。

7 結(jié) 語

根據(jù)南邊排灌站的實(shí)際情況，泵站采用排灌結(jié)合型式，目前，南邊排灌站已經(jīng)建成并投入運(yùn)行，經(jīng)過近兩年的運(yùn)行觀測，泵站布置合理，水泵選型準(zhǔn)確，泵站達(dá)到了排澇與灌溉的雙重目的，設(shè)計(jì)思路及方法得到了驗(yàn)證。