古鎮(zhèn)二明竇排澇泵站工程設(shè)計特點及難點

李 強

（臨汾市水利勘測設(shè)計院 山西臨汾041000）

1 工程概況

古鎮(zhèn)二明竇排澇泵站工程是廣東省重點防災(zāi)減災(zāi)工程之一，位于廣東省中山市古鎮(zhèn)西部中順大圍與滘沙圍之間、順成河出口海洲水道東岸，排（引）水流量27.6m3/s，是古鎮(zhèn)滘沙圍內(nèi)以排澇、防洪(潮)為主，兼顧引水灌溉的水利樞紐工程。

整個泵站樞紐工程由泵站、自排防洪閘、泵排防洪閘、泵排節(jié)制閘、引水節(jié)制閘、輸水渠、順成河及二座配套排澇閘等組成。

二明竇排澇泵站工程等別為Ⅲ等，規(guī)模為中型，主要建筑物等級為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級，泵站(包括其4座水閘)的防洪標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇設(shè)計。

二明竇排澇泵站工程的主要任務(wù)為排澇、引水及灌溉。工程建成后，主要承擔(dān)順成河兩岸0.15萬hm2鎮(zhèn)區(qū)面積的排澇任務(wù)，同時通過泵站引水對古鎮(zhèn)的內(nèi)河涌進行換水，使內(nèi)河涌水體變活，改善區(qū)內(nèi)水環(huán)境，并兼顧受益區(qū)內(nèi)700 hm2經(jīng)濟作物(包括生態(tài)植物園在內(nèi))灌溉要求。本工程建成后，與其他配套工程共同發(fā)揮作用，可為古鎮(zhèn)的經(jīng)濟高速發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

該工程以排澇、防洪(潮)為主，兼顧引水灌溉，是中山市唯一可排可灌的中型水利樞紐工程。

二明竇排澇泵站工程于2008年開工，2010年汛前完工，2011年12月通過竣工驗收。經(jīng)過兩個汛期的運行，工程情況良好，其設(shè)計技術(shù)參數(shù)達到了廣東省內(nèi)先進水平，本工程設(shè)計已榮獲山西省優(yōu)秀工程設(shè)計二等獎。本文就該工程的設(shè)計特點及難點簡要作一介紹。

2 工程設(shè)計特點

二明竇排澇泵站建設(shè)工程的設(shè)計工作歸納起來具有以下幾方面特點：

（1）工程整體布局合理巧妙，能夠使單座泵站實現(xiàn)泵排（自排）、泵引（自引）的雙向過水功能；

（2）結(jié)構(gòu)型式經(jīng)濟適用，在節(jié)約投資、適應(yīng)軟基（淤泥）及設(shè)備布置要求等方面的基礎(chǔ)上滿足機組運行要求；

（3）基礎(chǔ)處理方式采用得當(dāng)，既滿足了工程的結(jié)構(gòu)安全，又節(jié)約了工程投資，且充分考慮到施工的可行性及質(zhì)量控制的可操作性；

（4）控制系統(tǒng)先進，能夠?qū)崿F(xiàn)工程運行管理全方位自動化控制；

（5）建筑風(fēng)格鮮明，能夠突出當(dāng)?shù)氐膸X南文化元素，且功能齊全，能夠滿足工程運行管理要求。

本工程設(shè)計達到規(guī)范規(guī)定的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)期的功能要求，在今后運行管理中將充分發(fā)揮它應(yīng)有的作用，為促進古鎮(zhèn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展打好堅實的基礎(chǔ)。

3 工程設(shè)計難點及處理

3.1 工程布置設(shè)計難點處理

本工程任務(wù)具有排澇、引水的雙重功能要求，一般工程設(shè)計需兩座泵站才能兼顧，但工程投資有限，另外當(dāng)?shù)卮缤链缃?，土地資源昂貴，如何節(jié)約投資和減少占地，成為制約工程布置的最大難題。

我們在工程的整體布置方案上將泵站及與之配套的四座水閘采用“X”型布置型式，即泵站布置在樞紐中心，泵站前池左側(cè)與建在滘沙圍上的自排防洪閘相接，右側(cè)與建在順成河上的引水節(jié)制閘相接，泵站出水池右側(cè)與建在滘沙圍上泵排防洪閘相連，左側(cè)與泵排節(jié)制閘相接并通過泵引輸水渠與順成河相連。這種布置形式可使整個泵站樞紐通過一座泵站與四座水閘的控制實現(xiàn)泵排、泵引的雙向過水功能。排澇時引水節(jié)制閘及泵排防洪閘打開，而自排防洪閘和泵排節(jié)制閘關(guān)閉，引水時則將該四座水閘作相反開閉。工程總體布置見圖1。

圖1 古鎮(zhèn)二明竇排澇泵站工程總布置圖

通過近兩年的運行，證明這種布置方式不但科學(xué)合理，而且節(jié)約投資，減少了工程占地，在運行管理中也較為靈活便捷。

3.2 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計難點及處理

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計主要的難點可由以下幾點體現(xiàn)：

（1）本工程地處古鎮(zhèn)滘沙圍與中順大圍之間，基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)粉（黏）土，地基承載力低，設(shè)計中我們對各建筑物主體水下部分均采用了整體塊基型結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土整體框架式輕型結(jié)構(gòu)，避免基礎(chǔ)反力太大。

（2）為適應(yīng)沉積平原地基松軟的特點，泵站主廠房與副廠房之間設(shè)置了變形縫，縫寬10 cm，不但解決了主副廠房的沉降差問題，而且解決了廠房過長混凝土的收縮問題，以保證工程后期的正常運行。

（3）本工程水泵型號為立式軸流泵，考慮到運行中機組檢修多在聯(lián)軸層操作，需要一定的空間，設(shè)計中我們對于水泵電機采用了梁柱支撐的結(jié)構(gòu)型式，并在聯(lián)軸層設(shè)置檢修平臺，這種結(jié)構(gòu)型式可使聯(lián)軸層空間大為開闊，不僅有利于機組檢修，而且有利于運行管理過程中的日常巡查。

（4）由于工程區(qū)地下水位高，勢必會對側(cè)墻的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，設(shè)計中我們在側(cè)墻立板上均設(shè)了排水孔，墻后通長設(shè)反濾體，這樣可使墻后地下水位大幅降低，對于側(cè)墻的穩(wěn)定十分有利。

（5）由于機組運行過程中需要技術(shù)供水，如在泵房外設(shè)置供水池既占地又影響整體布局，設(shè)計中我們巧妙地將泵房內(nèi)的集水廊道一分為二，分別作為污水池和技術(shù)供水循環(huán)水池，循環(huán)水池采用外接自來水補給。

（6）由于地基為淤泥質(zhì)軟基，水閘啟閉機房外掛樓梯如與閘室主體為分體結(jié)構(gòu)，運行幾年后勢必會有裂縫且不利于工程結(jié)構(gòu)安全，在設(shè)計中我們采用在閘墩外側(cè)設(shè)懸挑梁的結(jié)構(gòu)支撐樓梯立柱，使外掛樓梯與閘室主體呈整體結(jié)構(gòu)，這樣不僅結(jié)構(gòu)安全可靠，而且外觀效果極佳。

（7）在工程的細部結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，在設(shè)計過程中我們也考慮得較為全面，例如各種功能的孔洞布設(shè)、進出水流道的體型、清污機的選用及位移觀測點的布設(shè)等，力求做到工程運行工況良好和運行管理的便捷。

3.3 基礎(chǔ)處理設(shè)計難點及處理

由于本工程基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)軟基，軟土地基由于土顆粒細、孔隙比大、含水量大、透水性差，孔隙中的水不易排出，在這類地基上修建工程主要問題是地基強度低，加荷后變形大，建筑物極易失穩(wěn)。如果對軟基處理不當(dāng)，不僅增加工程量，耗資過高，拖延工期，甚至可能會造成工程失敗，為保證工程結(jié)構(gòu)安全，對建筑物基礎(chǔ)處理設(shè)計尤顯重要，這由以下幾點體現(xiàn)：

（1）根據(jù)地基和上部荷載特性，泵站主體基礎(chǔ)處理采用了φ500預(yù)應(yīng)力砼管樁，管樁采用PHC型AB組，壁厚為125mm，同時為增強泵站主廠房的抗?jié)B穩(wěn)定性，主廠房基礎(chǔ)四周采用φ500水泥攪拌樁圍封。

（2）根據(jù)地基和上部荷載特性，自排防洪閘、泵排防洪閘和泵排節(jié)制閘基礎(chǔ)處理采用φ500預(yù)應(yīng)力砼管樁，管樁采用PHC型AB組，壁厚為125mm，為增強其抗?jié)B穩(wěn)定性，閘室基礎(chǔ)四周采用φ500水泥攪拌樁圍封，為防止閘側(cè)繞滲，在閘室兩側(cè)各3m設(shè)一道φ500水泥攪拌樁防滲墻，同時為了提高閘室兩側(cè)填土的承載力，在閘室兩側(cè)各設(shè)兩排φ500水泥攪拌樁，樁底與圍封樁底齊平，樁頂高程為一期填土高程，要求在一期填土完成后施工。

引水節(jié)制閘、順成河上的兩座排澇閘及部分側(cè)墻基礎(chǔ)采用300×300砼預(yù)制方樁處理，其余側(cè)墻基礎(chǔ)采用尾徑不小于φ80松木樁處理。

（3）為了防止自排防洪閘、泵排防洪閘和泵排節(jié)制閘運行幾年后閘室地基由于干縮或沖刷產(chǎn)生空隙，設(shè)計中在閘墩頂部預(yù)留灌漿管直至底板下部，以利運行過程中對于地基進行加固灌漿處理。

3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計難點及處理

古鎮(zhèn)二明竇排澇泵站工程集排澇、引水及灌溉于一身，其社會、經(jīng)濟效益是巨大的。隨著計算機、電子、自動化技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，信息化時代逐步走進人們的生活，大中型水利工程建設(shè)自動化控制系統(tǒng)是必然的。在設(shè)計中我們對整個系統(tǒng)采用自動化控制，利用計算機監(jiān)控系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)實現(xiàn)對整個泵站運行情況的監(jiān)控，實現(xiàn)“無人值班，少人值守”，此舉不但增強了控制系統(tǒng)的科技含量，而且極大程度地保證了工程的安全運行，提高了工程運行管理水平，改善了管理人員的工作條件，這由以下幾點體現(xiàn)：

（1）本泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括集中監(jiān)控層和現(xiàn)地監(jiān)控層兩層?？刂茩?quán)限分兩級，從高到低依次為：現(xiàn)地監(jiān)控層LCU，集中監(jiān)控層操作員站。在機組LCU屏上設(shè)集中監(jiān)控層／現(xiàn)地監(jiān)控層的控制權(quán)切換開關(guān)，只有切到“遠程”時，集中監(jiān)控層主機才能實施控制功能。當(dāng)切換開關(guān)切到“現(xiàn)地”時，只能通過現(xiàn)地LCU屏上的控制開關(guān)實施現(xiàn)地控制。

（2）現(xiàn)地級監(jiān)控層LCU直接控制和監(jiān)視主設(shè)備的運行，在整個系統(tǒng)中，既作為一個智能終端，也可以作為獨立的裝置單獨運行。集中監(jiān)控層具有監(jiān)控、報警、通訊等功能，從而實現(xiàn)“遙信、遙測、遙控”。

（3）系統(tǒng)控制模式有兩種，即自動控制和手動控制。在自動控制模式下，泵站可在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定的模式下自動運行。在手動控制模式下，能在現(xiàn)地LCU上直接控制機組開、停。手動控制與自動控制可以通過現(xiàn)地LCU上的轉(zhuǎn)換開關(guān)進行設(shè)置。

（4）集中監(jiān)控層設(shè)在泵站中控室，主要包括監(jiān)控主機和操作員工作站，打印機，UPS電源和語音報警系統(tǒng)。

（5）本泵站共設(shè)一套公用LCU和四套現(xiàn)地LCU，其中三套現(xiàn)地LCU分別用于三臺水泵機組，一套現(xiàn)地LCU用于閘門控制。LCU與集中監(jiān)控層的網(wǎng)絡(luò)連接采用屏蔽電纜連接。

3.5 建筑風(fēng)格設(shè)計難點及處理

本工程地處南國廣東省，在當(dāng)?shù)鼐哂袠O為濃郁的嶺南文化底蘊與氛圍，根據(jù)建設(shè)單位要求，各建筑物外觀要充分融入當(dāng)?shù)氐奈幕?，在設(shè)計中我們多次到當(dāng)?shù)貙W(xué)習(xí)考察，了解當(dāng)?shù)匚幕约敖ㄖ攸c，對建筑風(fēng)格力求做到與當(dāng)?shù)匚幕膮f(xié)調(diào)統(tǒng)一。在設(shè)計中我們在建筑風(fēng)格上充分利用了嶺南建筑簡練、樸素、通透、雅淡的特點，整體布局中規(guī)中矩，南北通透，外觀顏色以淺、灰色為主，大到整體布局，小到裝飾線條，無不體現(xiàn)出形成嶺南建筑自由、流暢、開敞的特點。另外在功能要求上也考慮周全，最大限度滿足工程運行管理要求。

總之，無論在建筑的內(nèi)部平面設(shè)計還是外部的立面處理設(shè)計，都和當(dāng)?shù)亟ㄖ幕瘏f(xié)調(diào)統(tǒng)一，并結(jié)合時代的發(fā)展力求創(chuàng)新完美，從工程建成后的效果來看，無不蘊含著設(shè)計的細膩和大氣。

4 結(jié)語

為把二明竇排澇泵站工程設(shè)計成一座經(jīng)濟實用，并在中山市具有唯一獨特風(fēng)格的優(yōu)良工程，我們設(shè)計人員從一開始就對整個工程的整體布置、結(jié)構(gòu)型式、基礎(chǔ)處理、控制系統(tǒng)及建筑風(fēng)格等方面進行了深入細致的研究及探討，統(tǒng)一思想，明確目的，以做到最好的原則嚴(yán)格要求，并把很多先進的設(shè)計理念與思想靈活運用到本工程，此舉在設(shè)計成果中收到良好的成效，可為今后類似工程借鑒。