孔雀河防洪排澇泵站設(shè)計分析

董永超

（和田鼎晟工程試驗檢測有限公司，新疆 和田848000）

防洪排澇站是一項重要的防洪排澇、 水系連通的水利工程建筑。 楊怡青等結(jié)合實際工程，為城市泵站建設(shè)過程中特征水位取值提出建議［1-3］；泵站建設(shè)更新，除了電氣電纜設(shè)計、 水泵泵型較為重要外，泵站結(jié)構(gòu)和水力設(shè)計也是重要的設(shè)計環(huán)節(jié)［4-6］。結(jié)合不同的工程，有較多人對泵站結(jié)構(gòu)設(shè)計進行研究［7-10］。 在前人研究基礎(chǔ)上，本文結(jié)合孔雀河治理工程對防洪排澇站設(shè)計進行分析。

1 排澇站選址

防洪排澇站位置位于孔雀河上游，共有兩種選址方案。

1.1 老閘位置原址拆建（方案1）

工程位置處河口寬21～31m，河底高程0～0.5m。優(yōu)點是基礎(chǔ)持力層土質(zhì)好，無需基礎(chǔ)處理，內(nèi)、外河連接段也較短，施工土方開挖回填少，侵占水面少。缺點是需對外河進行護岸整治，同時進場道路較短。

1.2 老閘西移兩百米至交界處（方案2）

工程位置處河口寬度48～64m，河底高程-1.0～0m。 優(yōu)點是無需護岸整治，進場道路也較短。 缺點是需進行基礎(chǔ)處理，內(nèi)、外河連接段也較長。

綜合兩個方案的優(yōu)缺點，從工程實施難度及工程投資等方面考慮，選擇老閘位原址重建新排澇站。

2 排澇站設(shè)計參數(shù)

2.1 排澇流量計算

2.1.1 設(shè)計雨量

根據(jù)規(guī)范和規(guī)劃要求，設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為3年，雨量公式采用規(guī)劃中短歷時暴雨強度公式，如式（1）：

式中 i為降雨強度（mm/min）；T為重現(xiàn)期（a），本次計算取值3a；t為降雨歷時（min），取60min。

將上述參數(shù)代入計算得：i=1.14mm/min。

2.1.2 設(shè)計流量

采用小流域面積計算設(shè)計流量如式（2）：

式中 q為降雨強度（mm/min）；φ為徑流系數(shù)，村莊部分徑流系數(shù)取0.85，農(nóng)田徑流系數(shù)取0.45，綜合徑流系數(shù)取0.60；F為匯水面積（km2），取1.727km2。

經(jīng)計算Qm=19.436m3/s。

2.1.3 河道調(diào)蓄可折扣的排澇流量

可折扣的排澇流量計算如式（3）：

式中 S為可調(diào)蓄水面積0.098km2，其中可調(diào)蓄水面積率5.71%；h為設(shè)計調(diào)蓄水深（mm），取500mm；t為排水歷時（min），取60min。

計算得M折=7.93m3/s·km2。

2.1.4 本區(qū)總的排澇流量

總排澇流量計算如式（4）：

計算得排澇流量5.82m3/s，從安全角度考慮，取6.0m3/s。

2.2 排澇站運行特征水位

設(shè)計水位：外河5.00m，內(nèi)河2.20m；校核水位：外河5.50m，內(nèi)河2.70m；泵站運行水位：控制內(nèi)河常水位2.70m，最低運行水位2.20m。

2.3 水泵選型

為保障泵站運行效率，排澇站設(shè)3臺32ZLB-125軸流泵，每臺配用功率115kW，轉(zhuǎn)速580r/min，葉片角度+2°，設(shè)計流量2.0m3/s。 排澇站電器參數(shù)如表1。

表1 排澇站電氣設(shè)計參數(shù)

2.4 引水閘

為溝通冷洚河，結(jié)合排澇站建設(shè)，設(shè)置一孔引水閘（1.5m×1.5m），非汛期開啟閘門引錫溧運河水入冷絳河。

2.4.1 引水閘運行特征水位

設(shè)計水位：外河3.40m（常水位），內(nèi)河2.70m（控制水位）。

2.4.2 設(shè)計引水流量

工程區(qū)調(diào)水時間4～6d，取5d，冷絳河及其支浜水體總量5.8萬m3，故河道設(shè)計引水流量3.22m3/s。

2.4.3 閘孔寬度復(fù)核

當為堰流時，過閘流量如式（5）：

式中 B0為閘門寬帶（m）；σ為淹沒系數(shù)，一般分別按薄壁堰、 實用斷面堰和寬頂堰由實驗求出σ與墹/H0的關(guān)系，當σ為自由堰流時，σ=1；ε為側(cè)收縮系數(shù)，與引水渠及堰的尺寸有關(guān)，亦由實驗求得，當無側(cè)收縮時，ε=1；m為堰流流量系數(shù)，與堰的進口尺寸和δ/H有關(guān)，一般分別按薄壁堰、實用斷面堰和寬頂堰通過實驗求得經(jīng)驗公式或數(shù)據(jù)；g為重力加速度：H0水頭高度（m）。

在設(shè)計工況下，計算得Q=3.52m3/s＞3.22m3/s，滿足設(shè)計要求。

3 泵站結(jié)構(gòu)

泵站布置為河床式，其主要結(jié)構(gòu)由泵站主體、橋涵、內(nèi)河翼墻、內(nèi)河連接段、外河翼墻共5部分組成?？紤]到非汛期引水的要求，該排澇泵站內(nèi)設(shè)1.5m×1.5m引水閘。

3.1 泵站主體

站身采用C30鋼筋混凝土濕室結(jié)構(gòu)，順水流方向長13.0m，垂直水流方向?qū)?3.9m，每臺泵設(shè)單獨泵室，凈寬2.85m，墩墻均厚0.5m；泵站底板采用厚0.7m的C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板頂面高程0.00m，進水口設(shè)1道攔污柵槽，兼做檢修門槽，水泵電機層5.20m。引排口閘室凈寬2.85m，采用MB1.5m×1.5m鑄鐵鑲銅閘門，配5t手電兩用螺桿式啟閉機。

3.2 橋涵

橋涵設(shè)4 孔，每孔凈寬2.65m，順水流方向長13.0m，垂直水流方向長13.9m；底板厚0.6m；底板面高程0.0m；橋板厚0.35m；板面高程4.00m。

3.3 外河翼墻

采用鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)，墻身厚0.5m，墻頂高程6.50m，底板厚0.6m，底板面高程0.00m，扶壁肋板厚0.3m，間距2.7m。

3.4 內(nèi)河翼墻

采用鋼筋混凝土懸臂式結(jié)構(gòu)，墻身厚0.4m，墻頂高程4.00m，底板厚0.5m，底板面高程0.00m。

3.5 內(nèi)河連接段

連接段擋墻為C30鋼筋混凝土懸臂式結(jié)構(gòu)，墻頂高程4.00m，擋墻底板頂面高程1.50m，采用1∶2素混凝土護坡接河底，墻頂均設(shè)欄桿，內(nèi)河護底采用現(xiàn)澆素混凝土護底的形式，長5.0m，結(jié)構(gòu)自上而下為：0.20m厚素混凝土護底、0.15m厚瓜子片、0.15m厚中粗砂墊層。

本排澇站泵房為單層建筑，管理房面積合計175m2。 布置有泵室、控制室及值班室等工作區(qū)間，滿足需求、管理、控制的要求。

4 排澇站防滲計算

4.1 滲徑長度計算

防滲長度計算如式（6）：

式中 C為允許滲徑系數(shù)；ΔH為內(nèi)外河最大水位差（m）；L實為實際防滲長度（m）。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，本工程底板持力層為（2）層重粉質(zhì)壤土，根據(jù)SL265—2016《水閘設(shè)計規(guī)范》，滲徑系數(shù)C取3～5。

根據(jù)排澇站的運行條件，在設(shè)計期工況下的上下游水位差，ΔH=2.30m，取L=5×2.3=11.5m；在校核期工況下的上下游水位差，ΔH=2.67m，L=5×2.67=13.35m。

L實=24.15m，即：實際防滲長度＞計算防滲長度。

由以上計算可知，在各運行工況條件下，實際防滲長度大于所需防滲長度，故初步計算可知該排澇站防滲長度在各個工況下皆能滿足防滲要求。

4.2 滲透坡降驗算

水平段和出口段的滲流坡降必須分別小于允許的水平段和出水口的滲流坡降值。

基礎(chǔ)持力層地基（第（2）層重粉質(zhì)壤土）的允許滲透坡降值為，水平段［Jx］=0.25～0.35，出口段［J0］=0.50～0.60，由于滲流出口設(shè)有濾層，故數(shù)值可加大30%，故水平段［Jx］=0.325～0.455，出口段［J0］=0.650～0.780。

經(jīng)計算：J水平段=0.097＜［Jx］，J出口段=0.205＜［J0］，滿足安全要求。

5 穩(wěn)定性分析

5.1 排澇站穩(wěn)定性

閘站穩(wěn)定計算結(jié)果如表2。

表2 泵室穩(wěn)定復(fù)核計算結(jié)果

參照工程地質(zhì)勘查成果可知，泵室持力層為重粉質(zhì)壤土，泵室持力層為重粉質(zhì)壤土，承載力180kPa，可滿足安全規(guī)范要求。

5.2 外河翼墻穩(wěn)定性分析

分完建期、常水位3.40m、設(shè)計洪水位5.0m工況進行計算，其中，常水位擋墻墻后水位3.90m，設(shè)計洪水位擋墻墻后水位5.20m（填土高程）。 經(jīng)計算得穩(wěn)定結(jié)果如表3。

表3 外河翼墻穩(wěn)定復(fù)核計算結(jié)果

參照工程地質(zhì)勘查成果可知，外河側(cè)翼墻持力層為重粉質(zhì)壤土，承載力180kPa，可滿足安全規(guī)范要求。

6 結(jié)語

結(jié)合孔雀河治理工程，對防洪排澇站設(shè)計進行研究。 從經(jīng)濟、技術(shù)方面考慮站址選擇為原址重建；在獲取泵站設(shè)計基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，選擇了水泵泵型（32ZLB-125軸流泵），并對電氣參數(shù)進行設(shè)計；通過穩(wěn)定性驗算和防滲設(shè)計使用C30鋼筋混凝土濕室結(jié)構(gòu)的泵站可以滿足工程安全要求。