張揚(yáng)國(guó)

（永修縣水利局，江西 九江 330300）

排澇泵站作為水利工程的重要組成部分，可以保障人民生產(chǎn)生活，改善社會(huì)環(huán)境，對(duì)社會(huì)的穩(wěn)定和區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康發(fā)展都將起到重要作用［1］。為了解決長(zhǎng)溪排澇泵站保護(hù)面積內(nèi)長(zhǎng)溪等行政村0.5 萬(wàn)余人、3500 hm2耕地的排澇問題，保證當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)、生活條件不受內(nèi)澇影響，提高保護(hù)區(qū)內(nèi)治澇標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)揮泵站排澇效益，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展［2］，對(duì)長(zhǎng)溪排澇泵站進(jìn)行改擴(kuò)建是非常必要的。

1 概況

永修縣馬口鎮(zhèn)是永修縣和九江市的南大門，長(zhǎng)溪排澇泵站屬馬口聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)范圍，位于馬口鎮(zhèn)甲赫村，排澇保護(hù)總面積2.53 km2，保護(hù)人口0.5萬(wàn)人，保護(hù)農(nóng)田耕地3500 hm2，規(guī)劃長(zhǎng)溪排澇區(qū)與內(nèi)河排澇區(qū)進(jìn)行水系連通，使長(zhǎng)溪排澇泵站承擔(dān)部分內(nèi)河排澇任務(wù)。

長(zhǎng)溪排澇泵站現(xiàn)狀排澇總裝機(jī)110 kW，設(shè)計(jì)排澇流量1.2 m3/s。由于該座排澇泵站興建年代較早，加上建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，其排澇標(biāo)準(zhǔn)、排澇流量及裝機(jī)規(guī)模不滿足澇區(qū)排澇要求。經(jīng)過近30多年的運(yùn)行，主泵房框架結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件碳化嚴(yán)重，強(qiáng)度較低，部分地面下沉；水泵過流部件磨損銹蝕嚴(yán)重，泵軸間隙大，工作效率低；電機(jī)電纜老化，絕緣低，開關(guān)設(shè)備陳舊，不符合安全運(yùn)行要求；攔污柵、出水鋼管及拍門嚴(yán)重銹蝕、部分變形，不能正常和安全運(yùn)行。經(jīng)安全鑒定為Ⅲ類泵站，需要拆除重建。

2 泵址選擇

現(xiàn)狀長(zhǎng)溪排澇泵站地處馬口聯(lián)圩內(nèi)河片圩堤與長(zhǎng)溪片外河圩堤相交處，歷史運(yùn)行中有排澇方便、可以一步排出的優(yōu)勢(shì)。該泵站若在原址重建，則無(wú)需重新開挖導(dǎo)流河道，工程量小，投資低。通過充分的對(duì)比分析，認(rèn)為在原泵址改擴(kuò)建泵站合適。

3 泵站設(shè)計(jì)流量、特征水位及特征揚(yáng)程的確定

3.1 設(shè)計(jì)流量

長(zhǎng)溪排澇泵站設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為5 a一遇3 d暴雨3 d 排至作物耐淹深度，按電機(jī)每天工作22 h 計(jì)，其電排歷時(shí)為237600 s。該站設(shè)計(jì)流量采用《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-1999）中平均排除法和保護(hù)區(qū)內(nèi)無(wú)較大湖泊、洼地作調(diào)蓄區(qū)時(shí)的設(shè)計(jì)排澇模數(shù)計(jì)算，經(jīng)計(jì)算得泵站排澇流量為1.29 m3/s。根據(jù)規(guī)劃長(zhǎng)溪排澇區(qū)與內(nèi)河排澇區(qū)進(jìn)行水系連通的情況，該站只承擔(dān)部分內(nèi)河排澇任務(wù)，因此確定泵站排澇流量為3.06 m3/s。

3.2 特征水位及特征揚(yáng)程

3.2.1 設(shè)計(jì)外水位

根據(jù)《江西省五河治理防洪工程永修縣馬口聯(lián)圩除險(xiǎn)加固工程可行性研究報(bào)告》（深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2017年）成果，長(zhǎng)溪排澇泵站設(shè)計(jì)洪水位根據(jù)所在圩堤相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位確定為24.60 m（黃海高程，下同），設(shè)計(jì)外水位取5 a 一遇外河4—7 月3 d平均水位22.38 m。

3.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)水位

根據(jù)泵站歷年運(yùn)行內(nèi)水位及確保保護(hù)區(qū)內(nèi)重要的設(shè)施或建筑物（學(xué)校、工廠及居民區(qū)等）不被淹，確定保護(hù)區(qū)最高限制水位為19.70 m，經(jīng)推算至長(zhǎng)溪排澇泵站進(jìn)水池水位為19.50 m。為了保護(hù)區(qū)內(nèi)耕地（棉地）和附近菜地95%在限制水位不淹，保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)內(nèi)水位為18.00 m，經(jīng)推算至進(jìn)水池水位為17.80 m。

3.2.3 特征揚(yáng)程

根據(jù)長(zhǎng)溪排澇泵站內(nèi)外水位，計(jì)算出本泵站設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程和最高凈揚(yáng)程。其中，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程為4.58 m，最高凈揚(yáng)程為6.50 m。

4 泵型選擇

4.1 設(shè)計(jì)揚(yáng)程計(jì)算

水泵類型通常根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)和泵站性質(zhì)來(lái)選擇。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)揚(yáng)程較高的泵站，宜選用離心泵和混流泵；揚(yáng)程較低的泵站，常選用混流泵和軸流泵。一般情況下，揚(yáng)程小于10 m時(shí)宜選用軸流泵。

長(zhǎng)溪排澇泵站設(shè)計(jì)流量為3.06 m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程為4.58 m，最高凈揚(yáng)程為6.5 m。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，當(dāng)出水池最大運(yùn)行水位與進(jìn)水池最小運(yùn)行水位遭遇概率較小時(shí)，可適當(dāng)降低最高揚(yáng)程。

長(zhǎng)溪排澇泵站出流方式為一機(jī)一管出流，通過壓力鋼管直接排往外河。其揚(yáng)程損失主要考慮管道沿程水頭損失和局部水頭損失。

（1）管道局部水頭損失計(jì)算公式為：

式中：S局為管道局部阻力系數(shù)（s2/m5）；Q為管道流量（m3/s）。

經(jīng)計(jì)算，得管道局部水頭損失為0.705 m。

（2）管道沿程水頭損失計(jì)算公式為：

式中：S沿為管道局部阻力系數(shù)（s2/m5）；Q為管道流量（m3/s）。

經(jīng)計(jì)算，得管道沿程水頭損失為0.204 m。

（3）揚(yáng)程損失計(jì)算公式為：

經(jīng)計(jì)算，得泵站揚(yáng)程損失為0.91 m。

根據(jù)以上計(jì)算成果，經(jīng)計(jì)算，泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程為5.49 m，最大揚(yáng)程為7.41 m?；谝话闱闆r下?lián)P程小于10 m 時(shí)宜選用軸流泵，所以長(zhǎng)溪排澇泵站適合安裝軸流式水泵。

4.2 軸流泵類型比選

立式泵是目前國(guó)內(nèi)泵站工程中常用的一種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行可靠，制造技術(shù)成熟，電機(jī)布置在廠房運(yùn)行層，運(yùn)行條件好。同時(shí)，立式泵徑向力小，導(dǎo)水軸承受力狀況好，水泵使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠性高。

臥式泵主要用于低揚(yáng)程泵站。通常，可以選擇潛水貫流泵，進(jìn)出水路順直、變化平緩、水力損失小，裝置效率較高。其中，潛水貫流泵電機(jī)與水泵集成，安裝維護(hù)方便，不需要上廠房。然而，水泵結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)水泵的密封要求較高，相應(yīng)的輔助系統(tǒng)也比較復(fù)雜，需要增加一個(gè)高位油箱等，由此增加了輔助設(shè)備方面的投資，同時(shí)不方便操作與管理。

斜軸泵泵軸傾斜放置后受力復(fù)雜，對(duì)導(dǎo)軸承要求高，故障發(fā)生較為頻繁，安裝、運(yùn)行、維護(hù)皆不方便。同時(shí)，斜軸泵的整體尺寸也較大，廠房規(guī)模也相應(yīng)增大，增加了廠房的占地面積和土建投資[3]。

通過對(duì)以上幾種軸流泵類型的分析可知，立式軸流泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造技術(shù)成熟，維護(hù)方便，該地區(qū)在施工、安裝、運(yùn)行和管理方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。因此，該站擬選用立式軸流泵機(jī)組。

綜上，無(wú)論從泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程還是從泵站類型比選考慮，選用立式軸流泵機(jī)組最為合適。

5 工程總體布置

本工程采用堤后式泵站，從南向北依次設(shè)置進(jìn)水渠、前池、進(jìn)口閘室、泵房、排水管道等構(gòu)筑物。

5.1 進(jìn)水渠

根據(jù)泵站改擴(kuò)建現(xiàn)場(chǎng)地形及進(jìn)、出水布置方式，為保證水流順暢，需修建長(zhǎng)10.0 m 進(jìn)水渠。進(jìn)水渠根據(jù)現(xiàn)狀排澇溝寬度定為26.45 m，底坡0.05，進(jìn)口底板頂高程15.68 m，末端底板高程15.20 m，底板采用500 mm厚的C20混凝土，下設(shè)10 cm厚碎石墊層，兩側(cè)設(shè)C25混凝土懸臂式擋墻。

5.2 前池

前池布置于進(jìn)水渠與進(jìn)口閘室之間，長(zhǎng)6.0 m，寬由26.45 m 漸變?yōu)?0.20 m，池底采用30 cm 厚C25鋼筋混凝土，邊墻采用C25 混凝土懸臂式擋墻。根據(jù)水泵安裝要求，結(jié)合泥沙淤積情況，前池底高程定為15.20 m。

前池邊墻采用C25 混凝土懸臂式擋墻，墻后回填砂卵石，填土高度為20.00～20.60 m，擋墻基礎(chǔ)寬2.7 m，墻體上部寬0.3 m、下部寬0.4 m，墻體與下部底板均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。擋墻底板下設(shè)齒槽，以增大擋墻整體的抗滑穩(wěn)定性，擋墻底板寬2.7 m，墻后填土長(zhǎng)度2.1 m，回填土方增大墻體自重，提升擋墻抗傾覆穩(wěn)定性。邊墻懸臂段墻體高4.8～5.4 m 不等，墻頂迎水面設(shè)高1.2 m 欄桿。具體布置，如圖1所示。

圖1 前池結(jié)構(gòu)

5.3 進(jìn)口閘室

進(jìn)口閘室布置于前池與泵房之間，長(zhǎng)8.0 m，底板高程15.20 m，寬度10.20 m。進(jìn)口閘室采用40 cm厚C25鋼筋混凝土底板，下設(shè)10 cm厚C10混凝土墊層，C25鋼筋混凝土邊墩中間按水泵分流要求設(shè)2個(gè)60 cm厚分流墩，分流墩頂高程20.6 m，并設(shè)置寬1.5 m檢修便橋。進(jìn)口閘室前段設(shè)3.0 m×3.0 m 檢修閘，啟閉平臺(tái)高程24.10 m，后段設(shè)攔污柵。檢修閘采用1扇平板鑄鐵閘門，閘門尺寸300 cm×300 cm，選用4臺(tái)QL-15-SD手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。

5.4 泵房

長(zhǎng)溪排澇泵站改擴(kuò)建工程布置于老泵站原址，仍采用堤后式泵站。泵房采用濕室結(jié)構(gòu)建設(shè)，順?biāo)鏖L(zhǎng)6.0 m，垂直水流總寬18 m，底板頂高程15.50 m，電機(jī)層高程20.80 m，水泵安裝高程17.10 m。

泵房由進(jìn)水層、水泵層和電機(jī)層三部分組成。進(jìn)水層高程為15.50～17.10 m，主要布置進(jìn)水喇叭管和水泵葉輪。水泵層高程為17.10～20.80 m，主要設(shè)有機(jī)泵彎管、伸縮器、翻板閥、異徑管、拍門、水泵轉(zhuǎn)軸等零部件。電機(jī)層高程位于20.80 m以上，主要設(shè)備為電機(jī)，共3 臺(tái)機(jī)組，間距3.6 m。泵房采用70 cm 厚C25 鋼筋混凝土底板，水泵層（梁柱）、電機(jī)層（梁板）、泵房排架和圈梁及樓（屋）面梁板等均采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。具體布置，如圖2所示。

圖2 排澇泵站廠房正向立視

5.5 出水鋼管

本次設(shè)計(jì)擬對(duì)現(xiàn)狀出水鋼管進(jìn)行拆除重建，鋼管高程根據(jù)出水口排澇期最大3 d平均水位22.38 m確定，經(jīng)計(jì)算得出水鋼管出口管中心線高程為22.38 m。出水鋼管為內(nèi)徑80 cm壓力鋼管，長(zhǎng)27.0 m。

5.6 出口消能段

出水鋼管后接陡槽段，陡槽段長(zhǎng)13.0 m、寬9.4 m，采用30 cm 厚C25 鋼筋混凝土底板，底板下設(shè)10 cm厚C10混凝土墊層。消力池底板長(zhǎng)6 m，高程16.88 m，尾坎高程17.68 m，均采用50 cm 厚C25 鋼筋混凝土底板，底板下設(shè)10 cm 厚C10 混凝土墊層。陡槽段、消力池段兩側(cè)設(shè)C20 混凝土重力式邊墻，邊墻與底板間分沉降縫，縫內(nèi)設(shè)瀝青杉板。出水渠段長(zhǎng)10 m，采用40 cm 厚M7.5 漿砌石底板，底板下設(shè)10 cm 厚碎石墊層，邊墻采用M10 仰斜式邊墻，兩側(cè)邊墻內(nèi)設(shè)75 mmPVC管排水孔，間距2 m，呈梅花型分布，排水孔后設(shè)排水反濾。

隨著長(zhǎng)溪排澇泵站改擴(kuò)建工程的逐步實(shí)施，社會(huì)效益和環(huán)境效益將會(huì)逐步得到充分體現(xiàn)，社會(huì)環(huán)境將會(huì)得到進(jìn)一步改善，從而對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)穩(wěn)定和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康發(fā)展起到重要作用。