陳昊毅

（廣州市南沙區(qū)水務(wù)工程質(zhì)監(jiān)站，廣東 廣州 511400）

沿海區(qū)泵站是增強(qiáng)城市防洪排澇能力、改善城市人居環(huán)境的一項(xiàng)重要民生工程[1]。經(jīng)過多年運(yùn)行，泵站多存在主要建筑物老化破損現(xiàn)象，排澇設(shè)施故障頻發(fā)，已無法滿足安全運(yùn)行要求[2，3]。加快泵站排水基礎(chǔ)設(shè)施改建、新建，高標(biāo)準(zhǔn)完善城市防洪排澇體系，是保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的重要途徑[4]。同時(shí)，建立健全防洪排澇災(zāi)害應(yīng)急管理體系，提高城市防洪排澇能力和工程調(diào)度管理能力，確保城市防洪排澇安全[5]。在現(xiàn)今極端不利氣候頻繁的背景下，更應(yīng)關(guān)注泵站排水改造相關(guān)項(xiàng)目建設(shè)，圍繞城市功能完善和防汛需求，加強(qiáng)城市排水管網(wǎng)、泵站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有效解決片區(qū)防洪排澇的實(shí)際問題，全面提升城市品質(zhì)和治理水平，不斷增強(qiáng)群眾幸福感、獲得感[6]。

1 項(xiàng)目區(qū)基本情況

1.1 地理位置

廣州市番禺區(qū)位于廣東省中南部、珠江三角洲中部河網(wǎng)地帶臨海地區(qū)，東及北面沿珠江干流、獅子洋、虎門水道與廣州市其他區(qū)、東莞市為界，西面以陳村水道、潭洲水道和洪奇瀝與南海、順德、中山市為界，南面瀕臨伶仃洋。南順泵站位于番順聯(lián)圍南順排澇片東端，大崗瀝和潭洲瀝河口。南順排澇區(qū)主要包括靈山鎮(zhèn)區(qū)以東飄風(fēng)涌、大滘涌、中滘涌的控制區(qū)域以及現(xiàn)狀大崗所包括的全部區(qū)域，這也是潭洲瀝和大崗瀝的控制區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)除大崗鎮(zhèn)區(qū)所在地有部分臺(tái)地外，其他區(qū)域地面高程介于-0.7～0.7 m，以田、塘為主，番順聯(lián)圍內(nèi)地勢(shì)最高和地勢(shì)最低的區(qū)域都位于該控制區(qū)。該排澇片水道環(huán)繞全圍，河網(wǎng)密集，河流水位受潮汐影響。區(qū)內(nèi)一類河涌包括大崗瀝、潭洲瀝和中滘涌，二類河涌有江滘涌、潭洲滘涌、大隆涌、集滘涌等。由于地勢(shì)的多樣性和河涌匯流的特殊性，該區(qū)域成為番順聯(lián)圍排澇問題最復(fù)雜的區(qū)域。

1.2 洪潮災(zāi)害

廣州市番禺區(qū)位于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，同時(shí)位于珠江三角洲河網(wǎng)地區(qū)，既受風(fēng)暴潮直接威脅，也受西、北兩江洪水和本地區(qū)暴雨洪水的威脅，災(zāi)害嚴(yán)重且頻繁。1915年7月，西江、北江下游同時(shí)遭遇200 a 一遇歷史大洪水，當(dāng)年番禺全縣5.42 萬hm2耕地、魚塘悉遭洪潮淹沒，受災(zāi)人口33.39 萬人。1983年9月9日風(fēng)暴潮，潰決漫頂?shù)拇笮〉虈?0宗，受災(zāi)農(nóng)田（含魚塘）共2.16 萬hm2。1994 年6 月和1998年6月西、北江先后發(fā)生大洪水，對(duì)番禺區(qū)造成很大的威脅。其中，1998年6月的洪、潮、雨交侵，市橋河兩岸地域受淹浸面積達(dá)25.5 km2。造成洪（潮）澇災(zāi)害的主要原因有：①番禺地處沿海地區(qū)，雨水充沛，氣候濕潤(rùn)，臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻繁，暴雨多且強(qiáng)度大；②沿海區(qū)域潮水的頂托；③排澇設(shè)施不足。

2 新建泵站的必要性分析

2.1 泵站老化失修，排澇能力不足

南順排澇片經(jīng)過多年水利建設(shè)，排澇工程體系已初具規(guī)模，區(qū)內(nèi)現(xiàn)有南順北閘、南順南閘、大滘水閘、中滘水閘、潭洲水閘、云生水閘和十一頃水閘等13 座水閘；其中，南順南閘建于1968 年，閘門老化、破損嚴(yán)重，急需更新改造。區(qū)內(nèi)現(xiàn)有大小泵站50余個(gè)，以二級(jí)泵站為主。大多泵站缺乏系統(tǒng)規(guī)劃，建設(shè)年代久遠(yuǎn)，工程老化失修，排澇能力不足。目前，排澇區(qū)采用二級(jí)泵站分散排澇方式，分散各地，缺乏統(tǒng)一管理，導(dǎo)致泵站排澇方式對(duì)整個(gè)排澇系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度不利，急需建設(shè)外排泵站。

2.2 建設(shè)生態(tài)城市，推動(dòng)綠色發(fā)展

根據(jù)《廣州城市建設(shè)總體戰(zhàn)略概念規(guī)劃綱要》和《番禺片區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，番順聯(lián)圍為番禺片區(qū)的“中部都市農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)”，同時(shí)也是廣州市總體戰(zhàn)略規(guī)劃“山、城、田、?！弊匀簧鷳B(tài)格局中“田”的核心部分，其發(fā)展目標(biāo)為集生產(chǎn)、生活和生態(tài)于一體的多功能現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。根據(jù)《廣州市番禺區(qū)水利現(xiàn)代化綜合發(fā)展規(guī)劃報(bào)告》，南順排澇片工程體系由水閘、泵站以及堤岸整治等工程項(xiàng)目組成，在南順排澇片工程體系的聯(lián)合調(diào)度下，工程區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)將可達(dá)到100 a一遇。新建南順泵站工程作為排澇區(qū)工程體系的重要組成部分，可以滿足建設(shè)生態(tài)城市的要求，對(duì)于保護(hù)群眾生命財(cái)產(chǎn)與推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的綠色健康發(fā)展是十分有必要的。

2.3 完善防洪體系，提高防災(zāi)能力

區(qū)域現(xiàn)狀整體排澇能力偏低，僅達(dá)2～5 a一遇年最大24 h 暴雨1 d 排干不成災(zāi)。根據(jù)番禺區(qū)城市發(fā)展功能定位，工程區(qū)的整體排澇標(biāo)準(zhǔn)為10 a 一遇年最大24 h暴雨1 d排干不成災(zāi)，排澇調(diào)度控制目標(biāo)是將排澇片河口最高水位控制在約1.2 m。該區(qū)域內(nèi)除大崗鎮(zhèn)區(qū)所在地有部分臺(tái)地外，其他區(qū)域地面高程大都在-0.7～0.7 m。番順聯(lián)圍內(nèi)地勢(shì)最高和地勢(shì)最低的區(qū)域都位于該控制區(qū)，暴雨期間，澇水容易向低處匯集，洪水受外江潮水頂托水閘無法完全自排，造成局部低地排澇壓力較大，加之地勢(shì)的多樣性和河涌匯流的特殊性，該區(qū)域的排澇問題更復(fù)雜。考慮到南順?biāo)l排澇區(qū)主要以農(nóng)業(yè)發(fā)展為主，區(qū)內(nèi)主要以魚塘、水稻、甘蔗等農(nóng)作物為主，現(xiàn)狀區(qū)域內(nèi)的二級(jí)泵站已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)，多數(shù)二級(jí)泵站經(jīng)過更新改造能夠正常運(yùn)行，提高了河涌的允許水位，完善了澇水自排的功能。結(jié)合地勢(shì)、河涌實(shí)際情況，規(guī)劃采用“二級(jí)排水、分散自排、集中抽排”的方案，在南順?biāo)l涌口設(shè)置泵站集中抽排。新建南順泵站，配合南順北閘等水閘群的聯(lián)合排澇調(diào)度，可使流域各排澇區(qū)達(dá)到規(guī)劃排澇標(biāo)準(zhǔn)。

3 南順泵站初步布置方案

3.1 工程任務(wù)

新建南順泵站主要任務(wù)為：①防洪（潮），南順南閘與北閘等作為番順聯(lián)圍的穿堤建筑物，抵御外江洪（潮）水位；②排澇，通過新建南順泵站，與南順排澇片的其他閘泵聯(lián)合作用解決南順排澇片的農(nóng)田及居民的排澇問題。

3.2 布置方案

3.2.1 引水渠

為使泵站可以有效控制潭州瀝及大崗瀝的澇水，分別在潭州瀝和大崗瀝設(shè)置引水口。引水渠位于原北閘與重建南閘之間的洲頭，由人工開挖形成，由于潭州瀝和大崗瀝位于新建泵站兩側(cè)，引水渠采用“Y”形布置方案，分別將兩河來水引至泵站。其中，潭州瀝側(cè)引水渠軸線總長(zhǎng)106 m，大崗瀝側(cè)引水渠軸線總長(zhǎng)約108 m，渠道進(jìn)口寬度均36 m，引水渠末端寬度26 m。設(shè)計(jì)渠底高程為-3.0 m，堤頂高程為泵站最高運(yùn)行水位1.3 m加堤頂超高，取2.5 m。

為減少引水渠和進(jìn)水前池中的泥沙淤積，并考慮到珠江水系泥沙含量相對(duì)偏低，因此，僅在渠首端設(shè)一攔砂坎，坎頂高程為-2.5 m。攔砂坎為梯形斷面，頂寬0.5 m，上游為直墻，下游為1∶2.0的斜坡，采用C20 素混凝土。為使水流平順和結(jié)構(gòu)美觀，引水渠橫斷面采用矩形結(jié)構(gòu)，擋水墻采用鋼筋混凝土扶臂式擋墻，不僅結(jié)構(gòu)輕便、施工方便，而且施工質(zhì)量容易保證。墻頂高程2.5 m，底板頂面高程-3.0 m。渠底采用格賓石籠砌護(hù)，厚度為0.5 m，護(hù)底下部自上而下設(shè)厚度為0.3 m 的碎石墊層、濾水網(wǎng)、厚度為0.5 m中粗砂墊層。

3.2 .2 進(jìn)水前池

進(jìn)水前池連接引水渠與進(jìn)水流道，以改善水流流態(tài)和調(diào)蓄水體。進(jìn)水前池順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)14 m，首端寬度34 m，底板頂面高程-3.0 m；末端寬度26 m，底板頂面高程-4.4 m。進(jìn)水前池底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.5 m，池底高程為-3.0～-4.4 m。底板下部自上而下依次鋪設(shè)0.1 m 厚C15 混凝土墊層、濾水網(wǎng)、厚0.5 m 中粗砂墊層。底板上設(shè)置Φ65PVC-U排水孔。進(jìn)水前池兩側(cè)為鋼筋混凝土扶壁式擋墻，墻底板頂面高程-5.9 m，頂高程2.5 m；在進(jìn)水池末端中部最低處設(shè)一個(gè)平面尺寸1.0 m×1.0m、深0.5 m的集水坑，以便泵站檢修時(shí)將滲水集中后排干。

3.2.3 主泵房及副廠房

南順泵站工程共布置5 臺(tái)機(jī)組，水泵選用1600ZLQ9-3.5型立式軸流泵，配套5臺(tái)630 kW 同步電動(dòng)機(jī)。水泵進(jìn)水流道型式為鐘形進(jìn)水流道、肘形進(jìn)水流道和簸箕形進(jìn)水流道3種。鐘形進(jìn)水流道的效率較高，所需開挖深度最小，可減小土建開挖工程量，進(jìn)而避免泵站進(jìn)水口因開挖太深而造成的淤積，同時(shí)因基坑開挖深度減小，更適合施工。副廠房布置在主泵房的左側(cè)，結(jié)構(gòu)上與泵房分離，共分4 層，單層建筑平面尺寸為16.5 m×13.0 m。泵房結(jié)構(gòu)主要由底板、進(jìn)出流道、機(jī)墩、排架、吊車梁等組成，其上部荷載由機(jī)墩、排架傳至底板，由于底板采用塊基型，其結(jié)構(gòu)整體性及對(duì)變形的適應(yīng)性較好。機(jī)墩采用“井”字梁式結(jié)構(gòu)，機(jī)組運(yùn)行過程中在振動(dòng)荷載作用下可能會(huì)有一定的變形及振動(dòng)影響，鑒于機(jī)組揚(yáng)程不大，設(shè)計(jì)中通過一定的構(gòu)造措施，機(jī)墩機(jī)構(gòu)可以滿足強(qiáng)度、剛度及變形要求。

3.2.4 出水渠

防洪閘通過出水渠與外河主河道連接，出水渠長(zhǎng)120 m，前段15 m長(zhǎng)采用混凝土護(hù)底，緊接長(zhǎng)10 m厚50 cm 格賓石籠護(hù)底、長(zhǎng)20 m 厚50 cm 拋石護(hù)底。左、右側(cè)護(hù)岸由一級(jí)扶臂式擋墻接斜坡組成，扶臂式擋墻頂高程0.5 m，其上以1∶2.5 的斜坡接至右岸中間堤頂，斜坡采用厚0.4 m混凝土面板護(hù)坡。

3.3 泵站設(shè)計(jì)方案

3.3.1 防滲排水布置

泵站基礎(chǔ)自上而下分布淤泥、粉細(xì)砂、下伏基巖等，底板以下?lián)Q填2 m 厚中粗砂墊層?；A(chǔ)為淤泥質(zhì)軟土，滲透系數(shù)較小，滲流引起的水量損失不大，且土層具有一定的凝聚力，不易發(fā)生管涌，但下臥土層為可液化土層。為防止基土流失和可能發(fā)生“液化”破化，同時(shí)減少底板滲透壓力、降低基底平均滲流坡降，在防滲排水設(shè)施布置設(shè)計(jì)時(shí)，兼顧防滲及抗液化措施，布置如下：①在出水流道底部采用鋼筋混凝土底板，厚0.60 m，與防洪閘底板共同作用，以延長(zhǎng)泵房基礎(chǔ)防滲長(zhǎng)度。此外，出水流道底板低水位側(cè)（進(jìn)水側(cè)）及防洪閘底板高水位側(cè)（出水側(cè)）設(shè)置深0.7 m 的齒墻，以增強(qiáng)防滲阻滑效果。②為保證泵站基礎(chǔ)抗?jié)B及抗液化穩(wěn)定性，在泵房及防洪閘底板下四周設(shè)置穿透粉砂層的封閉防滲墻。單樁樁徑0.5 m，相鄰樁間搭接100 mm。泵房底板四周樁深20.0 m，防洪閘底板四周樁深20.0 m。③清污檢修橋前后各設(shè)置長(zhǎng)5 m 鋼筋混凝土護(hù)底，兼作防滲鋪蓋，以降低清污檢修橋段滲透壓力，提高其穩(wěn)定性。防滲板厚0.5 m，上下游側(cè)設(shè)深0.7 m 齒墻。同時(shí)，在清污檢修橋上游側(cè)齒墻下設(shè)置雙排水泥攪拌樁防滲墻，樁徑0.5 m，相鄰樁間搭接100 mm，樁深15.00 m。④進(jìn)水前池底板內(nèi)增設(shè)排水孔，其下設(shè)反濾層，以穩(wěn)定前池底板下砂層。⑤側(cè)向防滲排水設(shè)施布置結(jié)合兩岸建筑物的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定要求，同時(shí)考慮與正向防滲排水設(shè)施相適合。

3.3.2 抗?jié)B穩(wěn)定分析

本次對(duì)主泵房和清污檢修橋進(jìn)行抗?jié)B穩(wěn)定性驗(yàn)算。經(jīng)分析，當(dāng)泵站進(jìn)水前池檢修時(shí)，主泵房和清污檢修橋內(nèi)、外側(cè)水位差最大，為抗?jié)B穩(wěn)定計(jì)算的最不利工況。經(jīng)計(jì)算，不設(shè)防滲墻時(shí)，抗?jié)B穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求，需進(jìn)行防滲處理。結(jié)合抗液化進(jìn)行防滲處理后，計(jì)算方法采用改進(jìn)阻力系數(shù)法。計(jì)算結(jié)果顯示，進(jìn)水前池檢修時(shí)，泵房水平段滲透坡降為0.06（小于允許水力比降0.10），出口段滲透坡降為0.22（小于允許水力比降0.30）；清污檢修橋段水平段滲透坡降為0.08（不大于0.10），出水段滲透坡降為0.21（不大于0.30）。由此可見，泵房及清污檢修橋段地基土滲透坡降均在規(guī)范允許值范圍內(nèi)。

3.3.3 主泵房穩(wěn)定分析

（1）基本要求。泵房穩(wěn)定及地基計(jì)算包括泵房沿基礎(chǔ)底面的抗滑穩(wěn)定計(jì)算、泵房基底應(yīng)力計(jì)算及地基最終沉降量計(jì)算等。泵房為3 級(jí)建筑物，地基為淤泥。主泵房地基穩(wěn)定應(yīng)滿足《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50265-2010）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值[Kc]的要求。泵站基礎(chǔ)基本為淤泥，地基承載力特征值為50 kPa，在地震情況下，泵房地基持力層允許承載力可適當(dāng)提高。

（2）計(jì)算工況及荷載組合。將整個(gè)泵房作為計(jì)算單元進(jìn)行穩(wěn)定分析。作用于泵房的主要荷載有自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力（包括浮托力、滲透壓力）、土壓力、風(fēng)荷載、地震荷載等。各工況及荷載組合，詳見表1。

表1 泵房穩(wěn)定計(jì)算工況及荷載組合m

（3）計(jì)算結(jié)果。泵房在各運(yùn)行工況下穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果，詳見表2。

表2 泵房穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果

計(jì)算結(jié)果表明，泵房各工況的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不能滿足規(guī)范要求；基底不均勻分布系數(shù)均小于1.5，各工況下泵站基底平均應(yīng)力均大于地基承載力。因此，需進(jìn)行泵房基礎(chǔ)加固處理。

4 結(jié)語

（1）南順泵站主泵房和清污檢修橋抗?jié)B穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求，進(jìn)行防滲處理后可滿足。泵房各工況的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，且泵站基底平均應(yīng)力均大于地基承載力，需進(jìn)行泵房基礎(chǔ)加固處理。

（2）廣州市南順泵站的建設(shè)能提高區(qū)域排澇能力，推動(dòng)城市綠色發(fā)展，并完善防洪排澇體系，提高流域防災(zāi)減災(zāi)能力。泵站的建成將為保護(hù)群眾生命財(cái)產(chǎn)安全與促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障，滿足城市高質(zhì)量發(fā)展和建設(shè)生態(tài)城市的高標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)也為區(qū)域防洪防潮和排澇減災(zāi)積累了寶貴治理經(jīng)驗(yàn)。