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        象安電排站重建工程主要建筑物方案及機(jī)組選型分析

        2022-11-29 10:28:58羅志江
        地下水 2022年6期
        關(guān)鍵詞:外江攔污柵泵房

        羅志江

        (佛山市樵桑聯(lián)圍南海區(qū)水利所,廣東 佛山 528000)

        0 引言

        穩(wěn)步提升片區(qū)防洪排澇能力,有效保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全,是切實(shí)推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要抓手。里水鎮(zhèn)位于佛山市南海區(qū)東北部,隨著當(dāng)?shù)爻鞘谢M(jìn)程加快,導(dǎo)致原來為魚塘洼地的可調(diào)節(jié)暴雨蓄洪區(qū)不斷縮減,進(jìn)而引起暴雨徑流加大,匯流時(shí)間縮短,內(nèi)澇威脅日益嚴(yán)重。片區(qū)內(nèi)的象安電排站位于逢涌村委西部,其始建于1982年,設(shè)計(jì)流量為5.2 m3/s,實(shí)際裝機(jī)流量5.6 m3/s,總裝機(jī)容量310 kW。由于建設(shè)年代久遠(yuǎn),該工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低,且設(shè)施陳舊,已無法滿足片區(qū)排澇需求[1]。根據(jù)相關(guān)上位規(guī)劃,為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期排澇目標(biāo),必須對(duì)現(xiàn)有電排站實(shí)施擴(kuò)容重建。本研究結(jié)合象安電排站建設(shè)實(shí)際,對(duì)其主要建筑物設(shè)計(jì)方案及機(jī)組選型進(jìn)行闡述。項(xiàng)目的研究可為我國沿海城市的防洪排澇積累建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

        1 工程建設(shè)條件

        1.1 氣象水文條件

        工程所在地屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,氣候溫和、潮濕,雨量充沛,夏秋多受臺(tái)風(fēng)影響產(chǎn)生暴雨。南海區(qū)多年平均降雨量為1625.4mm,年降雨量分配不均,在汛期降雨量約占全年的八成。根據(jù)南海氣象站1964-2009年實(shí)測最大24 h降雨資料可知,該站10 a一遇最大24 h降雨量為193.76 mm。區(qū)域多年平均氣溫21.9℃,最高39.2℃,最低-1.9℃。南海區(qū)平均每年受2~3次臺(tái)風(fēng)侵襲,多集中于7-9月,風(fēng)力可達(dá)12級(jí)以上。

        1.2 地質(zhì)條件

        擬建場地地處珠江三角洲沖積平原北部邊緣地帶,原始地貌屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌向三角洲海陸交互相沉積階地過渡帶,地勢平坦開闊。經(jīng)鉆探資料揭示,擬建場地主要由人工填土層(QS)、第四系海陸交互相沉積層(Qmc)及石炭系石磴子組(C1s)風(fēng)化基巖組成,工程地質(zhì)綜合剖面共分主層11層,依次是:(1)筑填土層、(2)粉質(zhì)粘土、粉土層、(3)淤泥質(zhì)土層、(4)中砂層、(5)淤泥質(zhì)土層、(6)粉砂層、(7)中(粗)砂、礫砂層、(8)粉質(zhì)粘土層、(9)淤泥質(zhì)土層、(10)中(粗)砂層、(11)微風(fēng)化巖層;透鏡狀?yuàn)A層分3層,依次是:(4-1)粉砂夾層、(5-1)淤泥質(zhì)粉砂夾層、(7-1)粉質(zhì)粘土夾層及(9-1)粉砂夾層。主要巖土層相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)如表1。

        圖1 重建電排站地理位置圖

        2 重建電排站工程概況

        2.1 工程任務(wù)

        象安電排站重建工程的任務(wù)是按相關(guān)規(guī)劃對(duì)其進(jìn)行重建,以徹底消除原電排站存在的防洪安全隱患,并進(jìn)一步提高片區(qū)排澇能力,保障圍內(nèi)百姓生命財(cái)產(chǎn)安全。工程主要建設(shè)內(nèi)容為擴(kuò)容重建電排站一座,包括進(jìn)水渠、攔污柵閘、進(jìn)水前池、泵房、出水箱涵、外江出口閘室、消力池等,同時(shí)配套建設(shè)堤頂硬化道路、堤內(nèi)坡腳排水溝,并整治站區(qū)環(huán)境和提升景觀綠化等。

        2.2 工程規(guī)模

        根據(jù)綜合徑流系數(shù)法計(jì)算得到的洪水過程[2],得到象安電排站規(guī)劃排水流量為13.5 m3/s,設(shè)計(jì)工況下排澇流量為14.07 m3/s。

        2.3 工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

        (1)防洪標(biāo)準(zhǔn):擬重建電排站所處堤圍為南花郊圍逢涌村段,外江為西南涌,其防洪標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期20 a一遇頻率,故確定外江設(shè)計(jì)洪水位為3.96 m(P=5%),對(duì)應(yīng)內(nèi)河涌洪水位為0.60 m。(2)排澇標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)相關(guān)上位規(guī)劃,排澇標(biāo)準(zhǔn)確定為十年一遇24 h暴雨一天排干且內(nèi)河涌水位控制在2.0 m以下。(3)建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) :根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)[3],擬建場地按地震基本烈度7度設(shè)防。根據(jù)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定電排站特征水位如表2。

        表1 主要巖土層物理力學(xué)參數(shù)一覽表

        表2 象安電排站重建工程特征水位一覽表

        2.4 工程等別和建筑物級(jí)別

        根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-2014)[4]、《水利水電工程等級(jí)等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2017)[5]、《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50265-2010)[6]等規(guī)范關(guān)于工程標(biāo)準(zhǔn)劃分的規(guī)定,結(jié)合里水鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀及城市化建設(shè)要求,確定重建工程等別為Ⅲ等,主要建筑物級(jí)別為3級(jí),次要建筑物級(jí)別為4級(jí),臨時(shí)建筑物(如圍堰等)級(jí)別為5級(jí)。

        3 主要建筑物設(shè)計(jì)方案

        3.1 工程選址及總體布置

        根據(jù)現(xiàn)場情況,本著因地制宜、便于管理、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則確定重建電排站的站址。經(jīng)實(shí)地查勘,象安站原內(nèi)河涌排往外江的出水口有兩處,一個(gè)為現(xiàn)有站址位置,另一個(gè)為逢涌水閘,而逢涌水閘周邊場地均為當(dāng)?shù)卮迕竦霓r(nóng)業(yè)用地,且需要在內(nèi)外涌銜接段擴(kuò)涌,會(huì)導(dǎo)致場地占用較大,征地拆遷困難,故選擇拆除舊站并在原址重建。重建電排站的主要建筑物順?biāo)鞣较蛞来尾贾脼椋簲r污柵閘、內(nèi)涌進(jìn)水渠、進(jìn)水前池、泵房、出水涵、外江出口閘室、消能池等;配套建筑物有圍墻、站區(qū)混凝土地坪及景觀綠化等。

        3.2 主要建筑物方案

        3.2.1 攔污柵閘

        攔污柵閘位于內(nèi)涌進(jìn)水渠渠首,后接內(nèi)涌進(jìn)水渠,為三孔一聯(lián)整體結(jié)構(gòu),每孔凈寬4.10 m,垂直水流方向總寬14.10 m;其順?biāo)飨蜷L5.00 m,閘底板面高程-1.00 m,側(cè)墻頂高程2.50 m。考慮站前河涌的垃圾以水草、枝葉、菜皮等為主,結(jié)合當(dāng)?shù)仄渌こ坦莛B(yǎng)經(jīng)驗(yàn),擬采用人工清污。經(jīng)復(fù)核,在設(shè)計(jì)水位0.60 m時(shí),過柵流速約為0.7 m/s,滿足設(shè)計(jì)要求。攔污柵閘為鋼筋砼結(jié)構(gòu),邊墩及中墩厚0.45 m,底板厚0.50 m,并在閘頂下游側(cè)設(shè)寬4.00 m的交通橋,其橋面高程為2.50 m。

        3.2.2 內(nèi)涌進(jìn)水渠

        前接攔污柵閘,內(nèi)涌進(jìn)水渠順?biāo)飨蜷L70.66 m、凈寬13.20 m,為等寬矩形斷面;其底板面高程為-1.00 m,側(cè)墻頂高程為2.50 m,與站前道路地面平齊,并采用鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)形式。底板厚0.50 m;側(cè)墻底部厚0.50 m、上部厚0.30 m,并在墻頂設(shè)仿木欄桿。

        3.2.3 進(jìn)水前池

        3.2.4 泵室

        采用塊基型堤后式泵房,下部為整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),上部為框架結(jié)構(gòu),縱向總長20.80 m,橫向?qū)?8.30 m,其前部3.00 m用于布置檢修閘門及安全柵;中部7.00 m用于布置副廠房;后部8.30 m用于布置主廠房及水泵安裝。主要由進(jìn)水室、水泵層、電纜層、電機(jī)層及副廠房組成。

        泵室前部布置有檢修閘門及安全柵,安全柵及檢修閘門共3孔,每孔凈寬4.0 m,設(shè)3組安全柵,3孔共用1扇檢修閘門。閘底板面高程-2.60 m,底板厚0.80 m,中墩及邊墩厚0.60 m,頂高程為2.50 m。2.50 m高程處設(shè)檢修平臺(tái),檢修平臺(tái)上方設(shè)啟閉架,并安裝5 t電動(dòng)葫蘆1臺(tái),用于起吊檢修閘門和安全柵。另在左側(cè)邊墩外設(shè)有檢修閘門門庫,門庫尺寸長×寬=5.60×3.60 m。

        泵室前部布置有主廠房及水泵安裝,根據(jù)水泵進(jìn)水及機(jī)組安裝檢修要求綜合確定機(jī)組間距為4.60 m。泵室總長為14.40 m,底板厚0.80 m,中墩及邊墩厚0.60 m,其中中墩頂高程為2.50 m,邊墩頂高程為5.00 m。水泵安裝高程為止排水位0.00 m減去機(jī)組要求的淹沒深度(取1.00 m),由此計(jì)算得到葉輪中心線高程(安裝高程)為-1.00 m。

        電纜層位于水泵層上,主要是為了檢修聯(lián)軸器、電纜以及放置水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備及滿足檢修交通等。聯(lián)軸層寬7.60 m,底板面高程為2.50 m,距電機(jī)層面2.50 m,凈空高度基本滿足檢修人員通行要求。電纜層共設(shè)3處上下樓梯,下至-0.16 m高程的水泵安裝層,方便檢修。電機(jī)層高程根據(jù)水泵和電機(jī)軸長尺寸推算,結(jié)合站區(qū)高程安排,確定其高程為5.00 m,該高程遠(yuǎn)高于內(nèi)涌最高洪水位。

        泵房電機(jī)層布置呈一字排開,機(jī)組間距4.60m,檢修間設(shè)于泵房的左端,副廠房設(shè)在主廠房的內(nèi)涌側(cè),高低壓室、中控室設(shè)在副廠房一樓,值班室設(shè)于副廠房二樓,其中主廠房尺寸為長×寬=14.40 m×8.30 m;副廠房尺寸為長×寬=14.40 m×7.00 m;檢修間尺寸為長×寬=6.00 m×8.30 m。泵房設(shè)10 tLDA電動(dòng)單梁吊車1臺(tái)用于機(jī)組安裝、檢修時(shí)的起吊。在副廠房最右端間設(shè)1處通往電纜層、副廠房的上下樓梯。根據(jù)機(jī)組最大部件的高度、安裝高程及起吊高度要求綜合確定吊車軌頂高程為12.00 m,吊車梁跨度為7.00 m。

        3.2.5 出水涵

        出水涵緊接泵房,橫穿南花郊圍逢涌村段,為整體底板鋼筋砼結(jié)構(gòu),共3孔,單機(jī)單涵出水型式。出水涵分兩節(jié),單節(jié)長11.00 m,總長22.00 m,結(jié)構(gòu)為方形箱涵,涵凈高×寬=1.80 m×1.80 m。箱涵底板面高程由0.85 m逐漸降至出口高程0.65 m,比降約1%。箱涵采用整體底板結(jié)構(gòu),其底板、頂板、邊墻均厚0.40 m。出水涵與泵室后側(cè)、防洪閘接縫處設(shè)止水,出水涵分縫之間設(shè)砼止水環(huán),同時(shí)設(shè)橡膠止水。出水涵出口安裝單掩上翻式閘門,安裝角度為傾斜10°,拍門孔口凈寬×高為1.80 m×1.80 m,孔口底高程為0.65 m。拍門后胸墻內(nèi)埋設(shè)φ300 mm通氣管與出水涵相通。

        3.2.6 外江出口閘室

        為方便檢修水泵拍門和出水涵,提高電排站防洪的可靠性,在壓力涵出口設(shè)閘室。順?biāo)飨蜷l底板長5.00 m,縱向?qū)挾?4.40 m,為三孔一聯(lián)鋼筋砼整體式結(jié)構(gòu)。外江共布置3扇側(cè)翻式單掩鋼閘門作為防洪閘門,孔口凈寬×高=1.80 m×1.80 m。防洪閘墩墻頂高程為5.00 m,底板面高程為0.15 m,邊墩和底板厚0.50 m,中墩厚0.40 m。

        3.2.7 消力池段

        消力池段緊接外江出口閘室,為鋼筋砼U型槽結(jié)構(gòu),平面布置呈喇叭口型式。消力池順?biāo)飨蜷L11.50 m,共分2段,靠外江出口閘室側(cè)4.00 m長為陡坡擴(kuò)散段(寬度由13.40 m擴(kuò)大到16.00 m),閘底板高程由0.15 m放坡至-0.75 m,側(cè)墻頂高程為5.00~3.00 m;外江段設(shè)計(jì)7.50 m長水平連接段。消力池底板和側(cè)墻底部厚0.50 m,頂部厚0.30 m。

        3.3 基礎(chǔ)處理方案

        象安電排站重建工程建基面高程多樣(主要表現(xiàn)為進(jìn)水渠、清污閘的建基面高程為-1.60 m,進(jìn)水前池段為-1.60~-3.50 m;泵房段的建基面高程為-3.50 m,出水口段為-0.60 m),根據(jù)地質(zhì)勘察資料,建筑物基礎(chǔ)均位于淤泥質(zhì)土土層,分布層厚為1.6~4.9 m,承載力特征值為60 kPa。結(jié)合泵房的穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果可知,其地基應(yīng)力(92.88 kPa)大于淤泥質(zhì)土承載力特征值,故需進(jìn)行地基加固處理。雖然進(jìn)水渠、清污閘、壓力涵和出水口段的地基應(yīng)力要求較低,但考慮到它們緊鄰泵房,且采用止水連接,為防止與泵房之間產(chǎn)生過大的沉降差對(duì)止水產(chǎn)生不利影響,仍考慮對(duì)進(jìn)水渠、清污閘、壓力涵和出水口段基礎(chǔ)進(jìn)行處理。

        表3 基礎(chǔ)加固處理情況一覽表

        基礎(chǔ)處理如表3。經(jīng)計(jì)算,地基處理后其承載力提升至約101.78 kPa,大于上部結(jié)構(gòu)的最大地基應(yīng)力(92.77 KPa)要求。經(jīng)計(jì)算分析,泵房基礎(chǔ)處理后的沉降量為32.67 mm,小于150 mm,滿足規(guī)范要求。

        4 機(jī)組選型

        4.1 水泵

        根據(jù)象安電排站的排澇要求,對(duì)3臺(tái)1200ZLB-125型立式軸流泵及3臺(tái)1200ZDB-125型立式潛水泵進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方案比選。計(jì)算結(jié)果表明,3臺(tái)1200ZLB-125軸流泵方案具有裝置效率相對(duì)較高、管理維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),因此推薦選用3臺(tái)1200ZLB-125立式軸流泵,設(shè)計(jì)葉片角+4度。水泵設(shè)計(jì)工作參數(shù)為:單泵流量Q=4.69 m3/s,全站設(shè)計(jì)工況下排澇流量14.07 m3/s;總揚(yáng)程H=3.45 m,水泵效率η=82.3%,軸功率N=198 kW。

        4.2 配套電機(jī)

        根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50265-2010)[6]相關(guān)要求,以最高揚(yáng)程工況下對(duì)應(yīng)的參數(shù)確定電機(jī)配套功率。結(jié)合機(jī)組選型計(jì)算成果,最高揚(yáng)程工況時(shí)的軸功率為226 kW。由于電機(jī)應(yīng)有5%~10%的安全備用功率,選配280 kW、490 r/mim電動(dòng)機(jī),故總裝機(jī)容量為840 kW。備用安全系數(shù)取為K=1.25,有利于提高泵站運(yùn)行的可靠度,在滿足相關(guān)規(guī)范要求的同時(shí)且有一定余量。

        4.3 附屬機(jī)械設(shè)備選擇

        (1)供水:由于水泵推力軸承需要冷卻水,供水量為每臺(tái)5 L/s左右,故每臺(tái)機(jī)組采用Φ20冷卻水管供水。為了節(jié)約水資源和做好供水應(yīng)急預(yù)案,該工程不采取自來水直接供水,而是利用自建循環(huán)水池供水。(2)排水檢修泵:由于泵室內(nèi)總水量要求4~6 h排干,故選用1臺(tái)100QWB70-10-5型潛水泵用于泵站檢修排水。(3)主泵房檢修起重機(jī):因機(jī)組最大件整體式電機(jī)重約6.5 t,故選用LDA型10 t單梁橋式吊車用于機(jī)組安裝檢修起吊,其跨度為7.0 m,起升高度為12 m,起升速度為8/0.8m/min。(4)電動(dòng)葫蘆:電動(dòng)葫蘆共3臺(tái),其中選用1t的手動(dòng)葫蘆1臺(tái)用于攔污柵維護(hù)時(shí)起吊;選用5t的電動(dòng)葫蘆1臺(tái)用于進(jìn)水池處檢修閘門、安全柵安裝起吊;并選用1t的手動(dòng)葫蘆1臺(tái)用于拍門維護(hù)時(shí)起吊。

        5 結(jié)語

        (1)象安電排站建設(shè)年代久遠(yuǎn),無法滿足片區(qū)排澇需求。結(jié)合擬建場地建設(shè)條件,確定在原址進(jìn)行擴(kuò)容重建。

        (2)重建電排站排澇標(biāo)準(zhǔn)為十年一遇24 h暴雨一天排干且內(nèi)河涌水位控制在2.0 m以下,設(shè)計(jì)排澇流量為14.07 m3/s,主要建設(shè)內(nèi)容包括進(jìn)水渠、攔污柵閘、進(jìn)水前池、泵房、出水箱涵、外江出口閘室、消力池等。通過進(jìn)行基礎(chǔ)處理,可滿足各建(構(gòu))筑物的地基應(yīng)力及沉降要求。

        (3)根據(jù)機(jī)組選型方案,泵房內(nèi)推薦設(shè)置3臺(tái)1200ZLB-125立式軸流泵,單泵流量Q=4.69 mm3/s,總裝機(jī)容量840 kW。

        (4)工程實(shí)踐表明,象安電排站重建后可增強(qiáng)象安片區(qū)排澇能力,有效減少區(qū)域暴雨內(nèi)澇損失,保障了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展。工程的實(shí)施可為我國沿海城市防洪排澇積累建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

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