象安电排站重建工程主要建筑物方案及机组选型分析

罗志江

(佛山市樵桑联围南海区水利所，广东 佛山 528000)

稳步提升片区防洪排涝能力，有效保障人民生命财产安全，是切实推进区域经济发展的重要抓手。里水镇位于佛山市南海区东北部，随着当地城市化进程加快，导致原来为鱼塘洼地的可调节暴雨蓄洪区不断缩减，进而引起暴雨径流加大，汇流时间缩短，内涝威胁日益严重。片区内的象安电排站位于逢涌村委西部，其始建于1982年，设计流量为5.2 m3/s，实际装机流量5.6 m3/s，总装机容量310 kW。由于建设年代久远，该工程设计标准偏低，且设施陈旧，已无法满足片区排涝需求[1]。根据相关上位规划，为实现远期排涝目标，必须对现有电排站实施扩容重建。本研究结合象安电排站建设实际，对其主要建筑物设计方案及机组选型进行阐述。项目的研究可为我国沿海城市的防洪排涝积累建设经验。

1.1 气象水文条件

工程所在地属亚热带海洋性季风气候，气候温和、潮湿，雨量充沛，夏秋多受台风影响产生暴雨。南海区多年平均降雨量为1625.4mm，年降雨量分配不均，在汛期降雨量约占全年的八成。根据南海气象站1964-2009年实测最大24 h降雨资料可知，该站10 a一遇最大24 h降雨量为193.76 mm。区域多年平均气温21.9℃，最高39.2℃，最低-1.9℃。南海区平均每年受2～3次台风侵袭，多集中于7-9月，风力可达12级以上。

1.2 地质条件

拟建场地地处珠江三角洲冲积平原北部边缘地带，原始地貌属构造剥蚀丘陵地貌向三角洲海陆交互相沉积阶地过渡带，地势平坦开阔。经钻探资料揭示，拟建场地主要由人工填土层(QS)、第四系海陆交互相沉积层(Qmc)及石炭系石磴子组(C1s)风化基岩组成，工程地质综合剖面共分主层11层，依次是：(1)筑填土层、(2)粉质粘土、粉土层、(3)淤泥质土层、(4)中砂层、(5)淤泥质土层、(6)粉砂层、(7)中(粗)砂、砾砂层、(8)粉质粘土层、(9)淤泥质土层、(10)中(粗)砂层、(11)微风化岩层；
透镜状夹层分3层，依次是：(4-1)粉砂夹层、(5-1)淤泥质粉砂夹层、(7-1)粉质粘土夹层及(9-1)粉砂夹层。主要岩土层相关物理力学指标如表1。

图1 重建电排站地理位置图

2.1 工程任务

象安电排站重建工程的任务是按相关规划对其进行重建，以彻底消除原电排站存在的防洪安全隐患，并进一步提高片区排涝能力，保障围内百姓生命财产安全。工程主要建设内容为扩容重建电排站一座，包括进水渠、拦污栅闸、进水前池、泵房、出水箱涵、外江出口闸室、消力池等，同时配套建设堤顶硬化道路、堤内坡脚排水沟，并整治站区环境和提升景观绿化等。

2.2 工程规模

根据综合径流系数法计算得到的洪水过程[2]，得到象安电排站规划排水流量为13.5 m3/s，设计工况下排涝流量为14.07 m3/s。

2.3 工程设计标准

(1)防洪标准：拟重建电排站所处堤围为南花郊围逢涌村段，外江为西南涌，其防洪标准为重现期20 a一遇频率，故确定外江设计洪水位为3.96 m(P=5%)，对应内河涌洪水位为0.60 m。(2)排涝标准：根据相关上位规划，排涝标准确定为十年一遇24 h暴雨一天排干且内河涌水位控制在2.0 m以下。(3)建筑抗震设防标准 ：根据国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[3],拟建场地按地震基本烈度7度设防。根据工程设计标准确定电排站特征水位如表2。

表1 主要岩土层物理力学参数一览表

表2 象安电排站重建工程特征水位一览表

2.4 工程等别和建筑物级别

根据《防洪标准》(GB50201-2014)[4]、《水利水电工程等级等级划分及洪水标准》(SL252-2017)[5]、《泵站设计规范》(GB50265-2010)[6]等规范关于工程标准划分的规定，结合里水镇经济发展现状及城市化建设要求，确定重建工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物(如围堰等)级别为5级。

3.1 工程选址及总体布置

根据现场情况，本着因地制宜、便于管理、技术可行、经济合理的原则确定重建电排站的站址。经实地查勘，象安站原内河涌排往外江的出水口有两处，一个为现有站址位置，另一个为逢涌水闸，而逢涌水闸周边场地均为当地村民的农业用地，且需要在内外涌衔接段扩涌，会导致场地占用较大，征地拆迁困难，故选择拆除旧站并在原址重建。重建电排站的主要建筑物顺水流方向依次布置为：拦污栅闸、内涌进水渠、进水前池、泵房、出水涵、外江出口闸室、消能池等；
配套建筑物有围墙、站区混凝土地坪及景观绿化等。

3.2 主要建筑物方案

3.2.1 拦污栅闸

拦污栅闸位于内涌进水渠渠首，后接内涌进水渠，为三孔一联整体结构，每孔净宽4.10 m，垂直水流方向总宽14.10 m；
其顺水流向长5.00 m，闸底板面高程-1.00 m，侧墙顶高程2.50 m。考虑站前河涌的垃圾以水草、枝叶、菜皮等为主，结合当地其它工程管养经验，拟采用人工清污。经复核，在设计水位0.60 m时，过栅流速约为0.7 m/s，满足设计要求。拦污栅闸为钢筋砼结构，边墩及中墩厚0.45 m，底板厚0.50 m，并在闸顶下游侧设宽4.00 m的交通桥，其桥面高程为2.50 m。

3.2.2 内涌进水渠

前接拦污栅闸，内涌进水渠顺水流向长70.66 m、净宽13.20 m，为等宽矩形断面；
其底板面高程为-1.00 m，侧墙顶高程为2.50 m，与站前道路地面平齐，并采用钢筋混凝土U型槽结构形式。底板厚0.50 m；
侧墙底部厚0.50 m、上部厚0.30 m，并在墙顶设仿木栏杆。

3.2.3 进水前池

3.2.4 泵室

采用块基型堤后式泵房，下部为整体现浇结构，上部为框架结构，纵向总长20.80 m，横向宽18.30 m，其前部3.00 m用于布置检修闸门及安全栅；
中部7.00 m用于布置副厂房；
后部8.30 m用于布置主厂房及水泵安装。主要由进水室、水泵层、电缆层、电机层及副厂房组成。

泵室前部布置有检修闸门及安全栅，安全栅及检修闸门共3孔，每孔净宽4.0 m，设3组安全栅，3孔共用1扇检修闸门。闸底板面高程-2.60 m，底板厚0.80 m，中墩及边墩厚0.60 m，顶高程为2.50 m。2.50 m高程处设检修平台，检修平台上方设启闭架，并安装5 t电动葫芦1台，用于起吊检修闸门和安全栅。另在左侧边墩外设有检修闸门门库，门库尺寸长×宽=5.60×3.60 m。

泵室前部布置有主厂房及水泵安装，根据水泵进水及机组安装检修要求综合确定机组间距为4.60 m。泵室总长为14.40 m，底板厚0.80 m，中墩及边墩厚0.60 m，其中中墩顶高程为2.50 m，边墩顶高程为5.00 m。水泵安装高程为止排水位0.00 m减去机组要求的淹没深度(取1.00 m)，由此计算得到叶轮中心线高程(安装高程)为-1.00 m。

电缆层位于水泵层上，主要是为了检修联轴器、电缆以及放置水循环系统设备及满足检修交通等。联轴层宽7.60 m，底板面高程为2.50 m，距电机层面2.50 m，净空高度基本满足检修人员通行要求。电缆层共设3处上下楼梯，下至-0.16 m高程的水泵安装层，方便检修。电机层高程根据水泵和电机轴长尺寸推算，结合站区高程安排，确定其高程为5.00 m，该高程远高于内涌最高洪水位。

泵房电机层布置呈一字排开，机组间距4.60m，检修间设于泵房的左端，副厂房设在主厂房的内涌侧，高低压室、中控室设在副厂房一楼，值班室设于副厂房二楼，其中主厂房尺寸为长×宽=14.40 m×8.30 m；
副厂房尺寸为长×宽=14.40 m×7.00 m；
检修间尺寸为长×宽=6.00 m×8.30 m。泵房设10 tLDA电动单梁吊车1台用于机组安装、检修时的起吊。在副厂房最右端间设1处通往电缆层、副厂房的上下楼梯。根据机组最大部件的高度、安装高程及起吊高度要求综合确定吊车轨顶高程为12.00 m，吊车梁跨度为7.00 m。

3.2.5 出水涵

出水涵紧接泵房，横穿南花郊围逢涌村段，为整体底板钢筋砼结构，共3孔，单机单涵出水型式。出水涵分两节，单节长11.00 m，总长22.00 m，结构为方形箱涵，涵净高×宽=1.80 m×1.80 m。箱涵底板面高程由0.85 m逐渐降至出口高程0.65 m，比降约1%。箱涵采用整体底板结构，其底板、顶板、边墙均厚0.40 m。出水涵与泵室后侧、防洪闸接缝处设止水，出水涵分缝之间设砼止水环，同时设橡胶止水。出水涵出口安装单掩上翻式闸门，安装角度为倾斜10°，拍门孔口净宽×高为1.80 m×1.80 m，孔口底高程为0.65 m。拍门后胸墙内埋设φ300 mm通气管与出水涵相通。

3.2.6 外江出口闸室

为方便检修水泵拍门和出水涵，提高电排站防洪的可靠性，在压力涵出口设闸室。顺水流向闸底板长5.00 m，纵向宽度14.40 m，为三孔一联钢筋砼整体式结构。外江共布置3扇侧翻式单掩钢闸门作为防洪闸门，孔口净宽×高=1.80 m×1.80 m。防洪闸墩墙顶高程为5.00 m，底板面高程为0.15 m，边墩和底板厚0.50 m，中墩厚0.40 m。

3.2.7 消力池段

消力池段紧接外江出口闸室，为钢筋砼U型槽结构，平面布置呈喇叭口型式。消力池顺水流向长11.50 m，共分2段，靠外江出口闸室侧4.00 m长为陡坡扩散段(宽度由13.40 m扩大到16.00 m)，闸底板高程由0.15 m放坡至-0.75 m，侧墙顶高程为5.00～3.00 m；
外江段设计7.50 m长水平连接段。消力池底板和侧墙底部厚0.50 m，顶部厚0.30 m。

3.3 基础处理方案

象安电排站重建工程建基面高程多样(主要表现为进水渠、清污闸的建基面高程为-1.60 m，进水前池段为-1.60～-3.50 m；
泵房段的建基面高程为-3.50 m，出水口段为-0.60 m)，根据地质勘察资料，建筑物基础均位于淤泥质土土层，分布层厚为1.6～4.9 m，承载力特征值为60 kPa。结合泵房的稳定计算结果可知，其地基应力(92.88 kPa)大于淤泥质土承载力特征值，故需进行地基加固处理。虽然进水渠、清污闸、压力涵和出水口段的地基应力要求较低，但考虑到它们紧邻泵房，且采用止水连接，为防止与泵房之间产生过大的沉降差对止水产生不利影响，仍考虑对进水渠、清污闸、压力涵和出水口段基础进行处理。

表3 基础加固处理情况一览表

基础处理如表3。经计算，地基处理后其承载力提升至约101.78 kPa，大于上部结构的最大地基应力(92.77 KPa)要求。经计算分析，泵房基础处理后的沉降量为32.67 mm，小于150 mm，满足规范要求。

4.1 水泵

根据象安电排站的排涝要求，对3台1200ZLB-125型立式轴流泵及3台1200ZDB-125型立式潜水泵进行了经济、技术方案比选。计算结果表明，3台1200ZLB-125轴流泵方案具有装置效率相对较高、管理维护方便等优点，因此推荐选用3台1200ZLB-125立式轴流泵，设计叶片角+4度。水泵设计工作参数为：单泵流量Q=4.69 m3/s，全站设计工况下排涝流量14.07 m3/s；
总扬程H=3.45 m，水泵效率η=82.3%，轴功率N=198 kW。

4.2 配套电机

根据《泵站设计规范》(GB50265-2010)[6]相关要求，以最高扬程工况下对应的参数确定电机配套功率。结合机组选型计算成果，最高扬程工况时的轴功率为226 kW。由于电机应有5%～10%的安全备用功率，选配280 kW、490 r/mim电动机，故总装机容量为840 kW。备用安全系数取为K=1.25，有利于提高泵站运行的可靠度，在满足相关规范要求的同时且有一定余量。

4.3 附属机械设备选择

(1)供水：由于水泵推力轴承需要冷却水，供水量为每台5 L/s左右，故每台机组采用Φ20冷却水管供水。为了节约水资源和做好供水应急预案，该工程不采取自来水直接供水，而是利用自建循环水池供水。(2)排水检修泵：由于泵室内总水量要求4～6 h排干，故选用1台100QWB70-10-5型潜水泵用于泵站检修排水。(3)主泵房检修起重机：因机组最大件整体式电机重约6.5 t，故选用LDA型10 t单梁桥式吊车用于机组安装检修起吊，其跨度为7.0 m，起升高度为12 m，起升速度为8/0.8m/min。(4)电动葫芦：电动葫芦共3台，其中选用1t的手动葫芦1台用于拦污栅维护时起吊；
选用5t的电动葫芦1台用于进水池处检修闸门、安全栅安装起吊；
并选用1t的手动葫芦1台用于拍门维护时起吊。

(1)象安电排站建设年代久远，无法满足片区排涝需求。结合拟建场地建设条件，确定在原址进行扩容重建。

(2)重建电排站排涝标准为十年一遇24 h暴雨一天排干且内河涌水位控制在2.0 m以下，设计排涝流量为14.07 m3/s，主要建设内容包括进水渠、拦污栅闸、进水前池、泵房、出水箱涵、外江出口闸室、消力池等。通过进行基础处理，可满足各建(构)筑物的地基应力及沉降要求。

(3)根据机组选型方案，泵房内推荐设置3台1200ZLB-125立式轴流泵，单泵流量Q=4.69 mm3/s，总装机容量840 kW。

(4)工程实践表明，象安电排站重建后可增强象安片区排涝能力，有效减少区域暴雨内涝损失，保障了当地经济的稳步发展。工程的实施可为我国沿海城市防洪排涝积累建设经验。

猜你喜欢外江拦污栅泵房弧形拦污栅在小型水电站中的设计应用小水电(2022年5期)2022-10-17进水池波浪对泵房水流进水条件影响的数值模拟及实验河北水利(2022年4期)2022-05-17丰宁抽水蓄能电站下水库进/出水口拦污栅启闭方式设计优化水利水电工程设计(2021年4期)2022-01-05民国北方京剧科班的发展流向及与“外江派”关系论衡戏曲研究(2021年1期)2021-11-02扇形回转式自控拦污栅设计四川水力发电(2020年2期)2020-05-23瓶型取水泵房工程设计与研究重庆建筑(2019年9期)2019-09-26泵房排水工程中剩余水头的分析探讨中华建设(2019年3期)2019-07-24区间暴雨与外江洪水的遭遇分析实例广东水利水电(2016年3期)2016-12-26小型排水闸站泵房内布置方案比选分析水利科技与经济(2016年6期)2016-04-22泵站拦污栅常见问题及处理措施山东水利(2016年8期)2016-04-07