何家排涝闸站设计方案分析

付 鹏

(江西省宜春市水利水电工程监理有限公司，江西 宜春 336000)

1 工程概况

拟新建的何家排涝闸站位于袁河南联圩(珠珊鹏湖段)，新建袁河南联圩(珠珊鹏湖段)后，当外河水位高，自排涵闸关闸防洪时涝水无法自排，从而将导致严重的内涝损失。

根据实际情况，新建的何家排涝站布置在袁河南联圩桩号15+475处，主要建筑物包括进水闸、泵房、压力水箱、穿堤箱涵、防洪闸、泄槽段、消力池及出口海漫。采用闸站分开建设，自排闸位于泵站下游，枯水期通过自排闸自流排水，洪水期外河水位比内河水位高时，关闭自排防洪闸，启动泵站抽排内河水至外河。

2 机电设备选型

2.1 泵站设计参数

何家排涝站主要设计参数见表1。

表1 何家排涝站主要设计参数

2.2 水泵机组选型

根据泵站的扬程、流量情况，适合采用的泵型有立式轴流泵、潜水轴流泵和潜水贯流泵。考虑本地区周边泵站机型，同时为了方便管理和维护，泵站选定采用立式轴流泵方案。

2.3 方案比选

何家排涝站年利用小时数较低，故不设备用机组。根据泵站流量情况并结合轴流泵厂家样本，排涝站分别对装机2 台机组、3 台机组两个方案进行比较[1]，各方案主要技术经济指标详见表2。

从表2中可看出：方案二机组台数增加1 台，机电设备投资增加10 万元，且增加了运维工作量；方案二尽管机组尺寸较小，但受地形限制，泵房开挖高程与方案一一样，仅回填略少，土建投资仍增加25 万元；方案二总投资比方案一增加35 万元。可见方案一的综合技术经济指标更为优越，因此，本阶段何家排涝站推荐采用方案一。何家排涝站机组选型情况详见表3。

表2 何家排涝站不同台数机组技术经济比较

表3 何家排涝站机组选型

3 排涝闸站布置

3.1 排涝站布置

何家排涝站包括进水闸、泵房、压力水箱、穿堤箱涵、防洪闸、泄槽段、消力池及出口海漫等组成[2]。

进水闸共2孔，平面尺寸为7.20 m ×6.15 m(宽×长)，分别设置2套拦污栅和1套检修闸门，拦污栅和检修闸门之间设检修平台，检修平台高程43.40 m。拦污栅栅高设计为4.8 m，拦污栅的运行方式为静水启闭，启闭设备为电动葫芦，型号为MD-50-9D，容量50 kN，共1台，2孔共用。为便于泵组检修，拦污栅后设检修闸门，检修闸门高度为4.5 m，闸门共设1扇，闸门运行方式为静水启闭，启门时采用节间充水，动水提起上节，待充水平压后再整节启门。检修闸门上方设置一台10 t移动式电动葫芦作为检修闸门起吊设备，型号为MD-2×50-9D，双吊点，共1套，2孔共用。

泵房布置有2台水泵，单机容量110 kW，为温室型墩墙结构。主泵房平面尺寸为7.20 m×7.70 m(宽×长)，进水闸与泵房基础合建。主泵房内一列式布置2台700ZLB-125型轴流泵，配套电机型号为YX3-315L2-8型异步电动机，单机容量110 kW，机组中心距为3.0 m。水泵层高程为39.60 m，电机层高程为43.40 m，每台水轮泵之间均采用钢筋混凝土墙体隔开，相互独立。泵站设有地面泵房，泵房排架柱内净宽为6.5 m，2台机并排布置，机组中心距上游侧排架柱内侧净距为4.0 m，距下游排架柱净距2.5 m，下游侧为主通道。为了方便机组安装、检修，设一宽度为5.0 m的安装场，与电机层同高、同宽。轴流泵采用喇叭口进水方式，拍门出口接压力水箱经出水箱涵排至外河。泵房总宽度为12.2 m(含5 m的安装场)，机组中心距3.0 m。1台欧式箱变放置于泵房一侧，5面低压柜布置于主泵房内。

压力水箱为梯形结构，顺水方向长9.0 m，分为两部分结构。其中，前段紧接泵房，平面尺寸为7.2 m×3.0 m(宽×长)，与泵房基础合建，下部为空箱结构，下部底板高程37.37 m，上部为箱涵结构，上部底板高程39.60 m，2孔，内部尺寸为2.8 m×2.0 m(宽×高)，中墩厚度0.4 m；后段为压力水箱渐变段，长6 m，净宽由6 m渐变至2 m，底板高程39.60 m，位于中间顶部，设有进人孔，孔口净尺寸为1.4 m×0.8 m(长×宽)，进人孔顶部设置密封的阀盖。

压力水箱后接穿堤箱涵，1孔，箱涵的孔口尺寸为2.0 m×2.0 m(宽×高)，壁厚0.4 m，箱涵底板高程39.60～39.30 m，箱涵纵向底坡i=1.25%，箱涵共3节，每节长8 m，共24 m。

穿堤箱涵后为防洪闸，长4.00 m，底板高程为39.30 m，闸墩顶高程42.60 m。防洪闸的外江侧设1 扇2.0 m×2.0 m(宽×高)的平面滑动钢闸门作为防洪兼事故检修闸门。启闭平台高程为46.22 m，上设启闭闸房。设有工作桥从启闭平台通向堤顶。

防洪闸出口设置泄槽段，水平长度7.6 m，采用“U”型钢筋混凝土整体结构，底板高程39.30～36.00 m，净宽由2.0 m渐变至3.0 m，泄槽段底坡为1∶2，两边翼墙净高1 m，翼墙厚0.5 m。

泄槽段后接消力池，为“U”型钢筋混凝土整体结构，底板高程36.00 m。消力池长5 m，净宽3.0 m，池深0.5 m，两边翼墙净高1 m，翼墙厚0.5 m。消力池外设出口海漫段，顶部平台外延3 m，平台高程36.00 m，水下采用抛石固脚结构，坡比1∶2。

3.2 自排涵闸布置

何家自排涵闸由进水口、穿堤箱涵、防洪闸、消力池及出口海漫等部分组成[3]。

进水口采用正向进水方式，底板高程36.30 m，长7.0 m，底板采用0.4 m厚C20混凝土衬护，下设0.10 m厚C20混凝土垫层。边墙采用C20混凝土重力式挡墙结构，墙顶宽0.5 m，背水侧坡比1∶0.5，迎水侧竖直，墙净高2.0 m。墙顶以上采用联锁式生态护坡，表面播撒草籽，坡比1∶1.75，下设5 cm厚的砂卵石垫层找平和一层土工布(300 g/m2)，岸顶与现状地面线齐平。

进水口后接穿堤箱涵，1孔,箱涵孔口尺寸为2.5 m×2.5 m(宽×高)，壁厚0.55 m，箱涵底板高程36.30～36.00 m，箱涵纵向底坡i=0.5%，箱涵共6 节，1 节长7.1 m，5节长9.0 m，共计长52.1 m。

箱涵出口堤外坡设防洪闸，长4.00 m，底板高程为36.00 m，闸墩顶高程40.40 m。防洪闸的外江侧设1 扇2.5 m×2.5 m(宽×高)的平面滑动钢闸门作为防洪兼事故检修闸门，闸门放在胸墙外江侧，上设启闭室，启闭设备为25T手电两用螺杆启闭机，型号为QL-250SD。闸门启闭平台高程为46.22 m，上设启闭闸房。设有工作桥从启闭平台通向堤顶。

防洪闸后接消力池，为“U”型钢筋混凝土整体结构，底板高程35.50 m。消力池长6 m，净宽由2.5 m 渐变至4.0 m，池深0.5 m，两边翼墙净高由2.5 m渐变至1.0 m，翼墙厚0.5 m。消力池外设出口海漫段，顶部平台外延3 m，平台高程36.00 m，水下采用抛石固脚结构，坡比1∶2。

4 设计计算

4.1 水力计算

4.1.1 进水闸过流能力计算

何家排涝站进水闸底板采用抬高式设计，底板高程比上游河床高出1.1～2.0 m，进水闸堰型属无底坎宽顶堰，按高淹没深度计算，何家排涝站进水闸闸底板高程37.37 m。过流能力采用平底水闸堰流公式进行计算，计算结果见表4。

表4 进水闸过闸流量计算结果

经计算，进水闸过闸流量大于排涝站设计流量，在最低运行水位时水泵全开情况下，过闸流速0.21～0.22 m/s，进水闸设置满足泵站运行要求。

4.1.2 压力穿堤箱涵过流能力计算

何家排涝站泵房出口接压力水箱，在设计排涝流量下，穿堤箱涵为明渠流，未形成有压流。因此，本次穿堤箱涵的过流采用明渠恒定均匀流计算箱涵的过流能力。经计算，在各泵站设计排涝流量情况下，穿堤箱涵均为无压明渠均匀流，何家排涝站对应的排涝流量为3.11 m3/s，此时，箱涵内水深为0.45 m。因此，本次设计的压力穿堤箱涵过流能力满足设计要求。

4.1.3 自排涵洞过流能力计算

何家自排涵洞采用明渠恒定均匀流计算过流能力。经计算，为使自排涵洞为无压明渠均匀流，预留0.5 m的净空高，计算水深为2.0 m时，何家自排涵洞最大过流流量为19.79 m3/s，大于设计排水流量(3.11 m3/s)。因此，本次设计的自排涵洞过流能力满足设计要求。

4.1.4 防洪闸过流能力计算

何家自排涵闸的出口防洪闸底板与箱涵底齐平，防洪闸堰型属无底坎宽顶堰，按高淹没深度计算，防洪闸闸底板高程36.00 m。过流能力采用平底水闸堰流公式进行计算。经计算，防洪闸过流能力为8.45 m3/s，大于设计流量，防洪闸的设计满足涝区内排水流量排水要求。

4.2 泵房抗滑稳定计算

何家排涝站采用进水闸及泵房基础合建，基础总长16.85 m，宽7.2 m，底板厚1.0 m，采用C25钢筋混凝土整体浇筑，本次抗滑稳定采用基础底板上部整体计算抗滑稳定。

(1)荷载组合。泵房稳定计算工况基本组合分别考虑完建期和设计水位2种工况；特殊组合分别考虑最高水位和检修工况2种工况[4]，荷载组合详见表5。

表5 荷载组合

根据本工程实际情况，泵房基底抗滑稳定应力计算工况如下：

基本组合：正常运行时，检修闸门始终开启，何家排涝站设计洪水位H设=41.50 m；

特殊组合：检修工况(H上=41.50 m，H下=37.37 m)；最高水位工况(Hmax=43.10)；

(2)计算结果。根据地质资料，何家排涝站泵房(闸室)基础主要坐落于圆砾层上，上部采用碎石基础换填，地质条件较好，允许承载力240 kPa，浇筑混凝土之前需要进行清基处理。混凝土与圆砾层之间基底摩擦系数f为0.5。何家排涝站泵房(闸室)稳定计算成果见表6。

表6 泵房(闸室)基础稳定应力计算成果表

计算结果表明，何家排涝站的泵房(闸室)抗滑、抗浮稳定和地基承载力均满足规范要求。

5 结 语

本文结合何家排涝闸站工程，对其设计方案进行分析研究。从经济、技术方面进行泵站机组选型，确定泵站选择2台700ZLB-125型立式轴流泵；并经过计算，确定排涝站采用湿室型墩墙结构，结合进水闸、压力穿堤箱涵、防洪闸以及排涝站下游另建自排涵闸的工程总体布局满足防洪、排涝安全要求。