古镇二明窦排涝泵站工程设计特点及难点

李 强

（临汾市水利勘测设计院 山西临汾041000）

1 工程概况

古镇二明窦排涝泵站工程是广东省重点防灾减灾工程之一，位于广东省中山市古镇西部中顺大围与滘沙围之间、顺成河出口海洲水道东岸，排（引）水流量27.6m3/s，是古镇滘沙围内以排涝、防洪(潮)为主，兼顾引水灌溉的水利枢纽工程。

整个泵站枢纽工程由泵站、自排防洪闸、泵排防洪闸、泵排节制闸、引水节制闸、输水渠、顺成河及二座配套排涝闸等组成。

二明窦排涝泵站工程等别为Ⅲ等，规模为中型，主要建筑物等级为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级，泵站(包括其4座水闸)的防洪标准按50年一遇设计。

二明窦排涝泵站工程的主要任务为排涝、引水及灌溉。工程建成后，主要承担顺成河两岸0.15万hm2镇区面积的排涝任务，同时通过泵站引水对古镇的内河涌进行换水，使内河涌水体变活，改善区内水环境，并兼顾受益区内700 hm2经济作物(包括生态植物园在内)灌溉要求。本工程建成后，与其他配套工程共同发挥作用，可为古镇的经济高速发展打下坚实的基础。

该工程以排涝、防洪(潮)为主，兼顾引水灌溉，是中山市唯一可排可灌的中型水利枢纽工程。

二明窦排涝泵站工程于2008年开工，2010年汛前完工，2011年12月通过竣工验收。经过两个汛期的运行，工程情况良好，其设计技术参数达到了广东省内先进水平，本工程设计已荣获山西省优秀工程设计二等奖。本文就该工程的设计特点及难点简要作一介绍。

2 工程设计特点

二明窦排涝泵站建设工程的设计工作归纳起来具有以下几方面特点：

（1）工程整体布局合理巧妙，能够使单座泵站实现泵排（自排）、泵引（自引）的双向过水功能；

（2）结构型式经济适用，在节约投资、适应软基（淤泥）及设备布置要求等方面的基础上满足机组运行要求；

（3）基础处理方式采用得当，既满足了工程的结构安全，又节约了工程投资，且充分考虑到施工的可行性及质量控制的可操作性；

（4）控制系统先进，能够实现工程运行管理全方位自动化控制；

（5）建筑风格鲜明，能够突出当地的岭南文化元素，且功能齐全，能够满足工程运行管理要求。

本工程设计达到规范规定的设计标准和预期的功能要求，在今后运行管理中将充分发挥它应有的作用，为促进古镇经济可持续发展打好坚实的基础。

3 工程设计难点及处理

3.1 工程布置设计难点处理

本工程任务具有排涝、引水的双重功能要求，一般工程设计需两座泵站才能兼顾，但工程投资有限，另外当地寸土寸金，土地资源昂贵，如何节约投资和减少占地，成为制约工程布置的最大难题。

我们在工程的整体布置方案上将泵站及与之配套的四座水闸采用“X”型布置型式，即泵站布置在枢纽中心，泵站前池左侧与建在滘沙围上的自排防洪闸相接，右侧与建在顺成河上的引水节制闸相接，泵站出水池右侧与建在滘沙围上泵排防洪闸相连，左侧与泵排节制闸相接并通过泵引输水渠与顺成河相连。这种布置形式可使整个泵站枢纽通过一座泵站与四座水闸的控制实现泵排、泵引的双向过水功能。排涝时引水节制闸及泵排防洪闸打开，而自排防洪闸和泵排节制闸关闭，引水时则将该四座水闸作相反开闭。工程总体布置见图1。

图1 古镇二明窦排涝泵站工程总布置图

通过近两年的运行，证明这种布置方式不但科学合理，而且节约投资，减少了工程占地，在运行管理中也较为灵活便捷。

3.2 工程结构设计难点及处理

本工程结构设计主要的难点可由以下几点体现：

（1）本工程地处古镇滘沙围与中顺大围之间，基础为淤泥质粉（黏）土，地基承载力低，设计中我们对各建筑物主体水下部分均采用了整体块基型结构，上部结构采用钢筋混凝土整体框架式轻型结构，避免基础反力太大。

（2）为适应沉积平原地基松软的特点，泵站主厂房与副厂房之间设置了变形缝，缝宽10 cm，不但解决了主副厂房的沉降差问题，而且解决了厂房过长混凝土的收缩问题，以保证工程后期的正常运行。

（3）本工程水泵型号为立式轴流泵，考虑到运行中机组检修多在联轴层操作，需要一定的空间，设计中我们对于水泵电机采用了梁柱支撑的结构型式，并在联轴层设置检修平台，这种结构型式可使联轴层空间大为开阔，不仅有利于机组检修，而且有利于运行管理过程中的日常巡查。

（4）由于工程区地下水位高，势必会对侧墙的稳定产生不利影响，设计中我们在侧墙立板上均设了排水孔，墙后通长设反滤体，这样可使墙后地下水位大幅降低，对于侧墙的稳定十分有利。

（5）由于机组运行过程中需要技术供水，如在泵房外设置供水池既占地又影响整体布局，设计中我们巧妙地将泵房内的集水廊道一分为二，分别作为污水池和技术供水循环水池，循环水池采用外接自来水补给。

（6）由于地基为淤泥质软基，水闸启闭机房外挂楼梯如与闸室主体为分体结构，运行几年后势必会有裂缝且不利于工程结构安全，在设计中我们采用在闸墩外侧设悬挑梁的结构支撑楼梯立柱，使外挂楼梯与闸室主体呈整体结构，这样不仅结构安全可靠，而且外观效果极佳。

（7）在工程的细部结构设计方面，在设计过程中我们也考虑得较为全面，例如各种功能的孔洞布设、进出水流道的体型、清污机的选用及位移观测点的布设等，力求做到工程运行工况良好和运行管理的便捷。

3.3 基础处理设计难点及处理

由于本工程基础为淤泥质软基，软土地基由于土颗粒细、孔隙比大、含水量大、透水性差，孔隙中的水不易排出，在这类地基上修建工程主要问题是地基强度低，加荷后变形大，建筑物极易失稳。如果对软基处理不当，不仅增加工程量，耗资过高，拖延工期，甚至可能会造成工程失败，为保证工程结构安全，对建筑物基础处理设计尤显重要，这由以下几点体现：

（1）根据地基和上部荷载特性，泵站主体基础处理采用了φ500预应力砼管桩，管桩采用PHC型AB组，壁厚为125mm，同时为增强泵站主厂房的抗渗稳定性，主厂房基础四周采用φ500水泥搅拌桩围封。

（2）根据地基和上部荷载特性，自排防洪闸、泵排防洪闸和泵排节制闸基础处理采用φ500预应力砼管桩，管桩采用PHC型AB组，壁厚为125mm，为增强其抗渗稳定性，闸室基础四周采用φ500水泥搅拌桩围封，为防止闸侧绕渗，在闸室两侧各3m设一道φ500水泥搅拌桩防渗墙，同时为了提高闸室两侧填土的承载力，在闸室两侧各设两排φ500水泥搅拌桩，桩底与围封桩底齐平，桩顶高程为一期填土高程，要求在一期填土完成后施工。

引水节制闸、顺成河上的两座排涝闸及部分侧墙基础采用300×300砼预制方桩处理，其余侧墙基础采用尾径不小于φ80松木桩处理。

（3）为了防止自排防洪闸、泵排防洪闸和泵排节制闸运行几年后闸室地基由于干缩或冲刷产生空隙，设计中在闸墩顶部预留灌浆管直至底板下部，以利运行过程中对于地基进行加固灌浆处理。

3.4 控制系统设计难点及处理

古镇二明窦排涝泵站工程集排涝、引水及灌溉于一身，其社会、经济效益是巨大的。随着计算机、电子、自动化技术领域的发展，信息化时代逐步走进人们的生活，大中型水利工程建设自动化控制系统是必然的。在设计中我们对整个系统采用自动化控制，利用计算机监控系统和视频系统实现对整个泵站运行情况的监控，实现“无人值班，少人值守”，此举不但增强了控制系统的科技含量，而且极大程度地保证了工程的安全运行，提高了工程运行管理水平，改善了管理人员的工作条件，这由以下几点体现：

（1）本泵站计算机监控系统采用分层分布式系统结构，包括集中监控层和现地监控层两层。控制权限分两级，从高到低依次为：现地监控层LCU，集中监控层操作员站。在机组LCU屏上设集中监控层／现地监控层的控制权切换开关，只有切到“远程”时，集中监控层主机才能实施控制功能。当切换开关切到“现地”时，只能通过现地LCU屏上的控制开关实施现地控制。

（2）现地级监控层LCU直接控制和监视主设备的运行，在整个系统中，既作为一个智能终端，也可以作为独立的装置单独运行。集中监控层具有监控、报警、通讯等功能，从而实现“遥信、遥测、遥控”。

（3）系统控制模式有两种，即自动控制和手动控制。在自动控制模式下，泵站可在监控系统设定的模式下自动运行。在手动控制模式下，能在现地LCU上直接控制机组开、停。手动控制与自动控制可以通过现地LCU上的转换开关进行设置。

（4）集中监控层设在泵站中控室，主要包括监控主机和操作员工作站，打印机，UPS电源和语音报警系统。

（5）本泵站共设一套公用LCU和四套现地LCU，其中三套现地LCU分别用于三台水泵机组，一套现地LCU用于闸门控制。LCU与集中监控层的网络连接采用屏蔽电缆连接。

3.5 建筑风格设计难点及处理

本工程地处南国广东省，在当地具有极为浓郁的岭南文化底蕴与氛围，根据建设单位要求，各建筑物外观要充分融入当地的文化元素，在设计中我们多次到当地学习考察，了解当地文化以及建筑特点，对建筑风格力求做到与当地文化的协调统一。在设计中我们在建筑风格上充分利用了岭南建筑简练、朴素、通透、雅淡的特点，整体布局中规中矩，南北通透，外观颜色以浅、灰色为主，大到整体布局，小到装饰线条，无不体现出形成岭南建筑自由、流畅、开敞的特点。另外在功能要求上也考虑周全，最大限度满足工程运行管理要求。

总之，无论在建筑的内部平面设计还是外部的立面处理设计，都和当地建筑文化协调统一，并结合时代的发展力求创新完美，从工程建成后的效果来看，无不蕴含着设计的细腻和大气。

4 结语

为把二明窦排涝泵站工程设计成一座经济实用，并在中山市具有唯一独特风格的优良工程，我们设计人员从一开始就对整个工程的整体布置、结构型式、基础处理、控制系统及建筑风格等方面进行了深入细致的研究及探讨，统一思想，明确目的，以做到最好的原则严格要求，并把很多先进的设计理念与思想灵活运用到本工程，此举在设计成果中收到良好的成效，可为今后类似工程借鉴。