聊城市東昌府區(qū)沙鎮(zhèn)俎店渠大常泵站工程設(shè)計分析

鐘 偉

（東昌府區(qū)水利局，山東 聊城 252000）

根據(jù)近年來水資源統(tǒng)計調(diào)查結(jié)果，聊城市東昌府區(qū)由于農(nóng)田灌溉水源保證率低，水源得不到保證，正常年份農(nóng)田無法適時灌溉，形成了“地下水超采”，糧食增產(chǎn)潛力大，且群眾對農(nóng)田水利工程建設(shè)積極性高，有能力自行解決工程遷占問題，并承擔(dān)工程建后管護(hù)責(zé)任的區(qū)域。計劃在俎店渠沙鎮(zhèn)大常新建泵站1 座，設(shè)計灌溉面積39115 畝[1]。本文針對其新建泵站設(shè)計工程進(jìn)行分析。

1 項目概況

東昌府區(qū)是聊城市市轄區(qū)，為魯西政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，重要的交通樞紐。該區(qū)位于山東省西部，地面高程31 m～38 m（黃海高程），東與經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)接壤，西接冠縣、莘縣，南與江北水城旅游度假區(qū)、陽谷縣為鄰，北和臨清市相連，總面積829.46 km2，區(qū)轄 7 個鎮(zhèn)、5 個街道辦事處、2 個園區(qū)，共 643 個行政村，現(xiàn)有人口77.1 萬人，耕地面積80.49 萬畝。

2017 年俎店渠沙鎮(zhèn)大常泵站建設(shè)項目區(qū)分布在沙鎮(zhèn)的31個行政村，以及福和種植專業(yè)合作社，涉及耕地面積39115 畝。

2 工程地質(zhì)分析

2.1 泵站岸坡穩(wěn)定評價

泵站邊坡主要由砂壤土組成，厚度較大，抗沖蝕能力差，運(yùn)行后河水容易對邊坡沖蝕破壞，因此采取對河道坡進(jìn)行防滑處理、增加臨水邊坡面防護(hù)等措施，減少對邊坡的沖蝕、滲透等不利影響[2]。

2.2 泵站天然地基分析評價

泵站邊坡主要由砂壤土組成，厚度較大，抗沖蝕能力差，河道正常運(yùn)行時邊坡容易產(chǎn)生坍塌和剝落破壞。綜合考慮場地的工程地質(zhì)條件、工期、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等方面的因素：

第1 層素填土（局部雜填土），土質(zhì)不均，物理力學(xué)性質(zhì)較差，不宜作天然地基，全部挖除。

以第2 層砂壤土作為天然地基持力層，第2 層砂壤土的承載力特征值為110 kPa。

考慮到泵站建于堤坡及泵站的震動力，采取加強(qiáng)地基基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)剛度措施，以減少不均勻沉降。對泵站邊坡進(jìn)行防滑處理，內(nèi)側(cè)采取有效措施，以便提高堤身的防沖刷能力及防滲性能，使河堤處于滲流穩(wěn)定狀態(tài)。

3 泵站工程設(shè)計

根據(jù)地形、地塊、道路、水源位置等情況，并按照控制面積最大，方便農(nóng)民灌溉使用的原則，進(jìn)行泵站位置布置。大常泵站位于沙鎮(zhèn)鎮(zhèn)大常村境內(nèi)，俎店渠右岸、大常村西南，軍屯涵閘下游側(cè)，提水入原灌排支渠。大常泵站從俎店渠提水，包括泵站進(jìn)口段、前池段、進(jìn)水池、泵房、出水管、出水池等部分。泵站進(jìn)水池水位為俎店渠設(shè)計水位，出水池水位為灌排支渠設(shè)計水位。

3.1 水泵運(yùn)行工況分析

泵站損失局部損失包括進(jìn)水流道、彎頭、異徑管、伸縮器、止回閥、出水口，沿程水頭損失主要是出水管道等。為保證水泵安全穩(wěn)定運(yùn)行，在前池最低水位運(yùn)行時，應(yīng)保證水泵的最低淹沒要求，水泵安裝高程（喇叭進(jìn)口高程）為最低水位下1.07 m。

（1）設(shè)計灌水定額

按下式計算設(shè)計灌水定額：

式中：m 為設(shè)計灌水定額，m3/hm2；γs為計劃濕潤層土壤干容重，kN/m3；h 為土壤計劃濕潤層深度，m；β1為適宜土壤含水量上限，取田間持水率的95%；β2為適宜土壤含水量下限，取田間持水率的65%。

設(shè)計灌水定額m 按單位mm 計，計劃濕潤層土壤干容重γs，按單位 g/cm3計，則上式可變?yōu)椋?/p>

式中：β 為田間持水率，取23%。

經(jīng)計算：m=0.1×1.45×0.6×23×(95-65)=60 mm，合 40 m3/畝。

（2）泵站灌區(qū)設(shè)計流量確定

根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，灌溉設(shè)計流量按下式計算確定。

式中：Q設(shè)為管道系統(tǒng)的灌溉設(shè)計流量（m3/h）；m 為設(shè)計灌水定額（m3/畝）；α 為控制性的作物種植比例，取 100%；η 為灌溉水利用系數(shù)，取0.8；t 為每天開機(jī)灌水時間，取22 h；A 為控制灌溉面積，畝；T 為每次輪灌期的天數(shù)，取10 d。

設(shè)計灌水定額m 按單位m3/畝計，控制灌溉面積按單位“畝”計，則上式可變?yōu)椋?/p>

大常泵站的設(shè)計流量為：Q設(shè)=40×33.1×1500×0.7/（0.8×10×22）=7898 m3/h，取 Q設(shè)=2.2 m3/s 作為設(shè)計流量。

3.2 進(jìn)、出水池設(shè)計

進(jìn)、水池前設(shè)引水段，泵站引水段前設(shè)5 m×15 m（長×寬）的M10 漿砌塊石護(hù)底，護(hù)坡采用30 cm 厚M10 漿砌料石；前池段喇叭口擴(kuò)散角23°，護(hù)底坡比1∶9.35，護(hù)底采用30 cm厚M10 漿砌塊石，下設(shè)10 cm 碎石，靠近進(jìn)水池設(shè)直徑5 cmPVC排水管2 排，側(cè)墻采用M10 漿砌塊石擋土墻，外露面采用30 cm 厚M10 漿砌料石鑲面；進(jìn)水池長7.85 m、凈寬2.5 m，深3.0 m，深度5.0 m，底板厚0.5 m；泵站進(jìn)水池前設(shè)攔污柵兩扇，攔污柵與水平面成70°的傾角設(shè)置。

出水池長4 m，寬6 m，高2.0 m，出水口直徑1 m，流速1.75 m/s，間距2.1 m。出水池為M10 漿砌塊石結(jié)構(gòu)，外露面采用30 cm 厚M10 漿砌料石鑲面；上游側(cè)3 m 長M10 漿砌塊石護(hù)底、平面護(hù)坡，下游側(cè)5 m 長M10 漿砌塊石護(hù)底、平面護(hù)坡，護(hù)砌長度12m。

3.3 機(jī)房

泵站機(jī)房地面高于俎店渠設(shè)計水位，故采用干室型機(jī)房。機(jī)房采用磚混結(jié)構(gòu)，平面尺寸為13 m×4.7 m，機(jī)房墻體及基礎(chǔ)采用M7.5 水泥砂漿砌筑Mu10 粘土磚，機(jī)房頂采用鋼筋混凝土蓋板，頂層用瀝青防水層。

泵站采用半地下結(jié)構(gòu)，進(jìn)水池單孔凈寬2.5m，邊墩厚頂寬40cm，底寬80 cm，中墩厚0.6 m，前墻、后墻厚40 cm，底高程30.43 m，泵房內(nèi)凈深4.2 m、開間5.6 m，地面以下采用C25 鋼筋砼結(jié)構(gòu)，地面以上采用磚混結(jié)構(gòu)，檢修間、控制室地面采用水泥砂漿地面。

3.4 泵站電氣設(shè)計

3.4.1 電氣設(shè)備選型

提水泵站總裝機(jī)容量180 kW，該泵站設(shè)軟啟啟動柜兩臺，采用VV-3×185+1×95 電纜由專用315 kVA 變壓器接出，照明和配電箱采用BV-3×6-PVC32 電纜接至機(jī)房配電箱，長度55 m；高壓線長度85 m；泵站負(fù)荷計算見表1。

表1 泵站負(fù)荷計算表

設(shè)桿上變壓器1 臺，容量為315 kVA, 桿式變壓器設(shè)計量箱。泵站異步電動機(jī)的額定電壓為380 V，水泵電動機(jī)、泵站及站用電均從水泵控制柜引接。

3.4.2 短路電流計算

泵站最大運(yùn)行方式下短路電流計算，按電力系統(tǒng)為最大運(yùn)行方式，泵站除備用機(jī)組外的其他機(jī)組全部運(yùn)行考慮。泵站最小運(yùn)行方式，泵站按2 臺機(jī)組運(yùn)行考慮。10 kV 線路因無詳細(xì)資料，阻抗按0.4 Ω/km 考慮。

變壓器變比為10+5%/0.4，10 kV 配電裝置采用高壓跌落式熔斷器、高壓隔離開關(guān)及熔斷器。低壓配電柜選用GCK 型低壓配電柜。10 kV 高壓電纜選用YJV22 型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套鎧裝電力電纜，低壓電纜選用V22-3×185+1×95,0.6/1 kV 型銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套鎧裝電力電纜。

4 結(jié)論及建議

結(jié)合聊城市東昌府區(qū)大常泵站工程地質(zhì)條件，對河道坡進(jìn)行防滑處理、增加臨水邊坡面防護(hù)，減少對邊坡的沖蝕、滲透等不利影響。提高堤身防沖刷及防滲性能，消除滲流變形破壞的隱患，使河堤處于滲流穩(wěn)定狀態(tài)，確保堤身不會產(chǎn)生滲流變形破壞。同時，考慮到泵站建于堤坡及泵站的震動力，采取加強(qiáng)地基基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)剛度措施，以減少不均勻沉降。在此基礎(chǔ)上根據(jù)計算確定。

（1）水泵安裝高程（喇叭進(jìn)口高程）為最低水位下1.07 m。設(shè)計供水定額合40 m3/畝，每天凈工作時間為22 h。設(shè)計流量為2.2 m3/s。

（2）出水池長4 m，寬6 m，高2.0 m，出水口直徑1 m，流速1.75 m/s，間距2.1 m。出水池為M10 漿砌塊石結(jié)構(gòu)，外露面采用30 cm 厚M10 漿砌料石鑲面；上游側(cè)3 m 長M10 漿砌塊石護(hù)底、平面護(hù)坡，下游側(cè)5 m 長M10 漿砌塊石護(hù)底、平面護(hù)坡，護(hù)砌長度12 m。泵站采用半地下結(jié)構(gòu)，進(jìn)水池單孔凈寬2.5 m，邊墩厚頂寬40 cm，底寬80 cm，中墩厚0.6 m，前墻、后墻厚40 cm，底高程30.43 m，泵房內(nèi)凈深4.2 m、開間5.6 m，地面以下采用C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，地面以上采用磚混結(jié)構(gòu)，檢修間、控制室地面采用水泥砂漿地面。

（3）提水泵站總裝機(jī)容量180 kW，設(shè)軟啟啟動柜兩臺，采用VV-3×185+1×95 電纜由專用315 kVA 變壓器接出，照明和配電箱采用BV-3×6-PVC32 電纜接至機(jī)房配電箱，長度55 m；高壓線長度85 m。

泵站是水利工程的重要結(jié)構(gòu)，與水利工程的質(zhì)量安全及運(yùn)行效益密切相關(guān)。在實際設(shè)計工作中，應(yīng)緊密結(jié)合水利工程區(qū)的地質(zhì)水文條件，經(jīng)過計算，確定合適的設(shè)計參數(shù)，以完成泵站設(shè)計，改善項目區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全面發(fā)展。