銀河城排澇站設(shè)計方案分析研究

呂勇斌

(南昌縣聯(lián)圩河道堤防中心，江西 南昌 330200)

1 工程基本情況

銀河城排澇站地處南昌縣蓮塘鎮(zhèn)南部，位于蓮西河(清豐山溪排漬道)分汊口下游約2.4 km、迎賓大道蓮西橋下游約40 m處的迎賓大道與銀河城(小區(qū))之間的蓮西河右岸，排水區(qū)域范圍(集水口斷面為東導(dǎo)排渠與城市排水涵匯合口附近)為東至鐵路線(以自然分水嶺為界，少部分面積排至鐵路線以東)，北至建工技術(shù)學(xué)院，南至銀三角加油站自然高地(以自然分水嶺為界)，西至恒大綠洲東南邊界，匯水區(qū)域面積約1.99 km2。該區(qū)域位于南昌縣象湖地區(qū)，屬南昌小藍(lán)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管轄，處萬壽圩保護(hù)范圍內(nèi)[1-3]。

2 工程規(guī)模

2.1 治澇原則與標(biāo)準(zhǔn)

本區(qū)域?qū)賴壹夐_發(fā)區(qū)，大部分為已建城區(qū)，為防洪治澇重要保護(hù)對象，參照《治澇標(biāo)準(zhǔn)》(SL 723—2016)和南昌市城區(qū)治澇標(biāo)準(zhǔn)，銀三角銀河治澇區(qū)治澇標(biāo)準(zhǔn)定為20年一遇，最大1日暴雨過程1日排除。

2.2 設(shè)計排澇流量

根據(jù)水文分析，銀河電排站排澇流量為11.5 m3/s。

2.3 特征水位

2.3.1 設(shè)計內(nèi)水位

內(nèi)水位是計算水泵揚(yáng)程及確定水泵安裝高程與運(yùn)行方式的依據(jù)，包括最高水位、最高運(yùn)行水位、設(shè)計水位、最低運(yùn)行水位等。

(1)設(shè)計最高內(nèi)水位。取重現(xiàn)期約為50年一遇的內(nèi)澇水位。根據(jù)治澇區(qū)地形條件，在最高運(yùn)行水位基礎(chǔ)上，確定電排站的設(shè)計最高內(nèi)水位。蓮塘河?xùn)|岸站址設(shè)計最高內(nèi)水位為21.00 m。

(2)設(shè)計內(nèi)水位。根據(jù)調(diào)蓄區(qū)蓄澇控制要求，設(shè)計內(nèi)水位取調(diào)蓄區(qū)平均水位推至站前的水位，蓮塘河?xùn)|岸站址設(shè)計內(nèi)水位為18.00 m。

(3)最高運(yùn)行內(nèi)水位。取調(diào)蓄區(qū)最高蓄澇水位推至站前的水位，為19.50 m。

(4)最低運(yùn)行內(nèi)水位。采用調(diào)蓄區(qū)起排水位推至站前值，為17.00 m。

2.3.2 設(shè)計外水位

(1)防洪水位。根據(jù)計算結(jié)果，銀河電排站相應(yīng)清豐山溪排澇道10年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洪水位為20.76 m，20年一遇設(shè)計洪水位為21.56 m，50年一遇設(shè)計洪水位為21.94 m。

電排站所在圩堤的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，因此，電排站的防洪水位為21.56 m。

(2)設(shè)計外水位。采用承泄區(qū)排澇期20年一遇最高1日平均水位。通過對清豐山溪排洪道上的八字腦水位站和吳石水文站年最高水位與年最高1日平均水位的關(guān)系分析，兩站年最高水位與年最高1日平均水位差值的多年均值分別0.06 m和0.11 m；上述年最高洪水位與最高1日平均水位基本發(fā)生在排澇期。根據(jù)工程斷面20年一遇設(shè)計洪水位(為21.56 m)，考慮蓮塘河水位受下游鄱陽湖與清豐山溪排洪道的頂托影響，高洪水位變化較緩，結(jié)合兩測站年最高洪水位與最高1日平均水位的差值，求得泵站設(shè)計外水位為21.49 m。

(3)最高運(yùn)行水位。取20年一遇防洪水位為設(shè)計最高運(yùn)行水位，為21.56 m。

(4)最低運(yùn)行水位。取承泄區(qū)歷年排水期最低水位的平均水位，根據(jù)八字腦站和吳石站的歷年排水期最低水位的平均水位與10年一遇設(shè)計洪水位的差值綜合確定，為18.20 m[4]。

3 排澇站設(shè)計方案

3.1 工程等級及標(biāo)準(zhǔn)

新建電排站總裝機(jī)容量為840 kW，排澇流量為11.5 m3/s，根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50265—2010)，泵站規(guī)模為中型，泵站的等別為Ⅲ等，泵房按3級建筑物設(shè)計，次要建筑物為4級。蓮塘河堤防等級為4級，電排站排水箱涵屬穿圩堤的建筑物，本工程穿堤箱涵及防洪閘按4級建筑物設(shè)計，防洪閘按防20年一遇洪水位加0.5 m標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。按《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》(SL 654—2014)治澇Ⅲ等工程合理使用年限為50 a。電排站特征水位計流量見表1。

表1 電排站的特征水位及流量

3.2 地質(zhì)特性及地質(zhì)參數(shù)

擬建電排站站址位于蓮塘河右堤0+036樁號，迎賓大道右側(cè)。

本次勘察結(jié)果表明，擬建沿線內(nèi)無大斷裂通過，勘探深度內(nèi)也未見斷裂構(gòu)造痕跡，場地穩(wěn)定性好；道路沿線和相鄰區(qū)域不存在對工程安全有影響的不良地質(zhì)作用[5]。

設(shè)計泵站鋼筋混凝土底板板底標(biāo)高為13.1 m，泵站位置原始標(biāo)高為21.5 m，基坑開挖深度8.4 m，基坑底板位于細(xì)砂層上，工程力學(xué)性質(zhì)較好，承載力基本容許值均為150 kPa，可作為基礎(chǔ)持力層。

箱涵設(shè)計底標(biāo)高為15.9～17.0 m，根據(jù)現(xiàn)狀地形，箱涵預(yù)計埋深為3.2～6.0 m，基槽開挖深度約3.2～6.0 m，根據(jù)場地巖土工程條件，基槽開挖深度內(nèi)主要有素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂。粉質(zhì)黏土、細(xì)砂工程力學(xué)性質(zhì)較好，承載力基本容許值均為150 kPa，可作為基礎(chǔ)持力層。素填土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，需挖出或換填處理。

4 設(shè)計計算

4.1 引水箱涵過流能力計算

進(jìn)口底板高程17.5 m，出口底板高程16.4 m，箱涵尺寸3.0 m×2.5 m(寬×高)。

(1)前調(diào)蓄池水位較低時，按明渠均勻流計算，箱涵進(jìn)口水位從18.5 m開始起調(diào)，為無壓流涵洞，過流能力詳見表2。

表2 無壓流箱涵過流能力計算

(2)前調(diào)蓄池水位較高時進(jìn)行流態(tài)判別。①箱涵出口水深低于箱涵孔頂18.9 m，箱涵高度D=2.5 m，出口水深hD時，箱涵流態(tài)為淹沒壓力流，出口水位取泵站最高運(yùn)行內(nèi)水位19.5 m，過流能力詳見表4。

表3 非淹沒壓力流箱涵過流能力計算

表4 淹沒壓力流箱涵過流能力計算

從以上三種流態(tài)計算結(jié)果可以看出，在前蓄水池水深低于19.5 m時，僅需開啟1臺機(jī)抽水就能滿足要求，進(jìn)口水位在19.5 m～20.5 m時，開啟2臺機(jī)抽水，進(jìn)口水位高于20.5 m時，引水箱涵過流能力大于泵站設(shè)計排澇流量11.5 m3/s，需開啟3臺機(jī)抽排。

(3)自排過流能力計算。前池水位最低水位17.0 m，最高水位21.0 m，自排箱涵長54 m，底板高程14.2 m，箱孔口尺寸3.0 m×2.5 m(寬×高)。外河水位遭遇不同頻率水位的自排過流能力計算詳見表5。

表5 自排過流能力計算(淹沒壓力流)

從上表可以看出，外河水位與前池水位水位差為1.0時，自排流量達(dá)23.8 m3/s。

4.2 泵房設(shè)計計算

根據(jù)規(guī)范GB 50265—2010需對泵房進(jìn)行抗滑穩(wěn)定、泵房基底應(yīng)力以及泵房抗浮 穩(wěn)定計算。

根據(jù)地質(zhì)資料，電排站泵房基礎(chǔ)坐落于細(xì)砂層上，允許承載力150 kPa，混凝土與細(xì)砂層之間基底摩擦系數(shù)f為0.35，基本組合工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值[K]為1.25，基底應(yīng)力允許值[σ]為0～150 kPa，不均勻系數(shù)允許值為2.0，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)允許值[Kf]為1.10；特殊組合工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值[K]為1.10，基底應(yīng)力允許值[σ]為0～150 kPa，不均勻系數(shù)允許值為2.5，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)允許值[Kf]為1.05；泵房穩(wěn)定計算成果見表6。

表6 泵房穩(wěn)定應(yīng)力計算成果

計算結(jié)果表明，主泵房抗滑、抗浮和地基承載力均穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

4.3 防洪閘計算

防洪閘室穩(wěn)定計算按《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL 265—2016,7.3.6-1)計算，防洪閘抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值[K]為1.20，閘室基底應(yīng)力允許值[σ]為0～150 kPa，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)允許值[Kf]為1.10，計算結(jié)果見表7。

表7 防洪閘穩(wěn)定應(yīng)力計算成果

基礎(chǔ)坐落在細(xì)砂層上，未修正的地基允許承載力為150 kPa。

計算成果表明：抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范SL 265—2016規(guī)定的允許值；基底應(yīng)力不均勻系數(shù)也在《水閘設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。因此，閘室穩(wěn)定及地基應(yīng)力均能滿足要求。

5 結(jié) 語

通過對銀河城治澇區(qū)現(xiàn)狀分析，綜合考慮防洪和排澇等運(yùn)行工況，結(jié)合泵站、水閘功能和防洪堤等因素，確定了銀河城排澇站工程的設(shè)計方案，該設(shè)計方案較為合理，可為類似排澇工程的方案設(shè)計提供參考。