斗門電排站重建工程設(shè)計(jì)方案簡介

盛奇峰

(撫州市水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)室，江西 撫州 344000)

1 工程現(xiàn)狀

斗門電排站位于撫河中洲圩樁號(hào)K6+683 處，建于1972 年，具有排澇、自排和灌溉作用。現(xiàn)狀設(shè)有10 臺(tái)水泵，單機(jī)容量55kW，總裝機(jī)容量550kW，設(shè)計(jì)排水流量5.5m3/s。穿堤涵管結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土箱涵，共1 孔。堤外防洪閘底板高程為13.50m，采用鋼筋混凝土防洪閘門[1]。

斗門電排站由于建設(shè)年代較早，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，運(yùn)行時(shí)間長，加之經(jīng)費(fèi)的嚴(yán)重缺乏，工程失修、設(shè)備老化，超期服役或帶病運(yùn)行問題相當(dāng)嚴(yán)重。泵站故障多、能耗高、效率低，并存在諸多安全隱患，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘，泵站存在的問題如下：

1)泵主建筑物混凝土強(qiáng)度偏低，部分混凝土構(gòu)件老化剝蝕。

2)水泵主要部件，葉輪等過流部件氣蝕、磨損嚴(yán)重，泵軸間隙大，不能安全運(yùn)行。

3)電機(jī)絕緣老化嚴(yán)重，機(jī)械損壞嚴(yán)重，碳刷磨損、鐵芯松馳。

4)主開關(guān)柜、繼電保護(hù)系統(tǒng)、測(cè)量儀表等多數(shù)屬淘汰產(chǎn)品，安全性能差。

5)閘門止水損壞，銹蝕嚴(yán)重，啟閉設(shè)備失靈。

6)泵站機(jī)組設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)、主要電氣設(shè)備等性能，土建工程結(jié)構(gòu)安全均達(dá)不到要求，不能保障泵站安全運(yùn)行。

2 設(shè)計(jì)排澇流量

斗門電排站澇區(qū)設(shè)計(jì)澇水量為250.3×104m3，根據(jù)調(diào)查，陸面面積2.4km2，魚池、河溝面積0.6km2，水稻面積6.04km2。根據(jù)圩區(qū)內(nèi)地形、地勢(shì)條件，不設(shè)置專門的調(diào)蓄區(qū)，利用現(xiàn)有的排水溝渠、池塘的面積為澇水滯蓄區(qū)自然蓄澇，總蓄水量(包括田間蓄水)為66.2×104m3，按日開機(jī)22h 計(jì)，采用平均排除法計(jì)算，求得10a一遇3d暴雨3d排至農(nóng)作物耐淹水深50mm 的排澇標(biāo)準(zhǔn)下排澇站總設(shè)計(jì)電排流量為7.75 m3/s。

現(xiàn)有電排裝機(jī)排澇流量為5.5 m3/s，改造后為7.75m3/s，需增加排澇流量2.25m3/s。故建議斗門電排站拆除重建，在維持現(xiàn)有排澇布局基礎(chǔ)上，增加排水規(guī)模，使其達(dá)到設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 泵站主要參數(shù)及機(jī)組設(shè)備選型

3.1 泵站水文參數(shù)

根據(jù)水文專業(yè)提供的資料，多門電排站拆除重建后的主要水文參數(shù)，泵站水文參數(shù)表，見表1。

從表1中可以看到，泵站設(shè)計(jì)排澇流量為7.75m3/s，較原設(shè)計(jì)規(guī)模增加較多，現(xiàn)有泵站規(guī)模滿足不了排澇需要，如按原泵站選型，需增加5臺(tái)20ZLB 型水泵，現(xiàn)場(chǎng)無法安裝及布置，故擬結(jié)合本次拆除重建，對(duì)泵站機(jī)組方案進(jìn)行重新選型，以適應(yīng)新農(nóng)村水利建設(shè)需要[2]。

表1 泵站水文參數(shù)表

3.2 機(jī)組設(shè)備選型

根據(jù)電排站的揚(yáng)程、流量情況，適合的泵型主要有立式軸流泵和潛水軸流泵，立式潛水泵方案是機(jī)電一體化產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)緊湊，噪音低。但是由于電機(jī)置于流道內(nèi)，出水管垂直于井筒，由此產(chǎn)生的水力損失較大，長期運(yùn)行必將增加運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)潛水泵現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)困難，相反立式軸流泵現(xiàn)場(chǎng)檢修、維護(hù)簡單。考慮到泵站地處農(nóng)村，為了方便管理和維護(hù)，電排站基本選定立式軸流泵。泵站各方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表，見表2。

表2 泵站各方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表

續(xù)表2 泵站各方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表

從表2 可以看到方案1是采用現(xiàn)有泵型進(jìn)行選型方案，由于單機(jī)流量小，如采用原機(jī)型，泵站需安裝12臺(tái)500ZLB水泵機(jī)組，其設(shè)備投資和土建工程量均有所增加，且臺(tái)數(shù)太多，也增加了運(yùn)行維護(hù)的管理難度和工作強(qiáng)度，所以本階段不考慮采用方案1的原機(jī)組機(jī)型。

以下對(duì)700ZLB、900ZLB 兩種泵型從技術(shù)經(jīng)濟(jì)、工程現(xiàn)狀適應(yīng)性等方面進(jìn)行機(jī)型和臺(tái)數(shù)比較，具體比較如下：

1)方案2采用700ZLB-125A 泵型，裝機(jī)臺(tái)數(shù)5 臺(tái)，比方案3900ZLB-85水泵多1臺(tái)機(jī)組，由于方案3水泵葉輪直徑和電機(jī)功率較大，設(shè)備重量較方案3增加，造成設(shè)備投資增加；在土建投資方面，由于方案3泵房寬度、高度及開挖深度都比方案3增加，雖然長度略有減少，但總體工程量還是有所增加，所以方案3土建投資較方案2增加17.5 萬元，綜合造價(jià)增加35.5 萬元。

2)在機(jī)組臺(tái)數(shù)上，2個(gè)方案分別為5臺(tái)和4臺(tái)，從工程現(xiàn)狀看，缺少具有調(diào)蓄容積的水塘等設(shè)施，裝機(jī)臺(tái)數(shù)不宜太少，方案2能更好的適合現(xiàn)狀排澇運(yùn)行要求。綜上所述，本階段選定采用5 臺(tái)700ZLB-125A 水泵方案，配套電機(jī)功率132kW[3]。

4 電排站重建工程布置

斗門電排站主要由進(jìn)水渠、攔污檢修進(jìn)水閘、前池、提灌站、泵房、壓力水箱、控制閘、穿堤箱涵、防洪閘、消力池及出水渠等部分組成[4]。

本次僅拆除泵房和控制閘，增設(shè)攔污檢修進(jìn)水閘。

進(jìn)水渠渠底高程31.90m，底寬5.50-8.20m，兩側(cè)現(xiàn)澆C20 混凝土擋土墻，采用干砌石400mm 厚護(hù)底。

攔污檢修進(jìn)水閘采用開敞式鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，閘室段長6.0m，閘底高程31.90m，共設(shè)2 孔，每孔凈寬3.50m，邊墩厚0.8m，中墩厚1.10m，閘墩頂高程36.00m。檢修閘檢修閘門、攔污柵各一道。閘墩上部設(shè)電動(dòng)葫蘆及啟閉機(jī)房。

前池采用正向進(jìn)水方式，為兩側(cè)混凝土擋土墻和C25 鋼筋混凝土底板分離式結(jié)構(gòu)。底板高程31.90-30.90m，凈寬8.20-15.00m，長20.00m。前池底板設(shè)有排水孔，排水孔采用梅花形布置，間距2.0×2.0m，排水孔下設(shè)土工布和反濾層。

前池右岸設(shè)置一提灌站，站房尺寸為5.0m(長)×5.0m(寬)。當(dāng)夏季內(nèi)灌溉用水不滿足要求時(shí)，從外撫河通過自排箱涵倒灌進(jìn)入泵站前池，通過提灌站，進(jìn)入灌溉渠道。

泵房為堤后式地面廠房，橫水流方向?qū)挾纫酁?5.90m，順?biāo)鞣较蜷L7.58。泵房邊墩厚0.6m，底板厚度為0.8m。內(nèi)裝有裝機(jī)5 臺(tái)，機(jī)組為700ZLB-125A 型立式軸流泵，配套5 臺(tái)單機(jī)容量132kw 的YX3-355ML-8 型異步電動(dòng)機(jī)。5 臺(tái)機(jī)組一字并排布置，機(jī)組間距3.0m。機(jī)組中心線距上游排架柱內(nèi)邊線4.0m，距下游排架柱內(nèi)邊線2.30m。

水泵層高程為33.00m，電機(jī)層高程為36.00m。泵房底板頂面高程為30.50m，水輪機(jī)葉輪中心線高程為32.18m。立式軸流泵采用喇叭口進(jìn)水方式，水泵出口接壓力水箱經(jīng)出水涵管排至外河。

為了方便機(jī)組安裝、檢修設(shè)備，設(shè)一長度為5.0m 的安裝間，寬度與泵房相同為7.5m[5]。

泵房后設(shè)2.0m 長連接段與壓力水箱連接，壓力水箱為梯形，順?biāo)较蜷L14.00m，底板高程為31.00m。進(jìn)、出口凈寬分別為15.0m、2.50m。

壓力水箱后接控制閘，閘低高程為31.00m。控制閘出口的孔口尺寸為2.50m×2.50m(寬×高)，后接原穿堤箱涵。因原箱涵尺寸為2.60m×2.60m(寬×高)，采用漸變段銜接，拆除原箱涵長1.0m，箱涵底板頂面高程31.00m。

鑒于原箱涵表面被水流空蝕或沖刷出較多的蜂窩麻面，頂板局部存在鋼筋外漏的情況，因此本次進(jìn)行側(cè)墻及頂板處理。處理方法采用環(huán)氧砂漿，具體施工如下：首先人工開鑿深約2cm 的平底槽，然后使用鋼絲刷處理掉槽內(nèi)的松動(dòng)顆粒，并用空壓機(jī)吹去灰塵，最后用水清洗干凈。在槽內(nèi)涂刷環(huán)氧基液，回填環(huán)氧砂漿并使用環(huán)形模板壓實(shí)，使之與原涵洞齊平。噴水養(yǎng)護(hù)1 個(gè)月待環(huán)氧砂漿固化后即可拆膜，之后再用環(huán)氧基液黏貼上3 層寬20cm、厚0.25mm 的無堿平紋布，用環(huán)形模板加壓支撐3d 后即可拆模。環(huán)氧砂漿的調(diào)制應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)確定。

5 設(shè)計(jì)計(jì)算

5.1 進(jìn)水閘過水能力計(jì)算

進(jìn)水閘按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265-2016)規(guī)定公式計(jì)算，考慮過閘前后水位差及現(xiàn)狀進(jìn)水污物情況，計(jì)算閘孔過流，滿足規(guī)范要求。進(jìn)水閘過水能力計(jì)算成果表，見表3。

表3 進(jìn)水閘過水能力計(jì)算成果表

5.2 泵房穩(wěn)定分析

根據(jù)地勘資料，泵房基礎(chǔ)座落在礫質(zhì)土層上，基礎(chǔ)底面與礫質(zhì)土地基之間的摩擦角 φ0=22.5°，黏結(jié)力C0=4.6kPa，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值為180kPa。電排站泵房穩(wěn)定計(jì)算成果表，見表4。

表4 電排站泵房穩(wěn)定計(jì)算成果表

電排站泵房持力層為礫質(zhì)黏土層，允許承載力標(biāo)準(zhǔn)值為180kPa。經(jīng)計(jì)算，穩(wěn)定應(yīng)力均滿足要求。

6 結(jié) 語

根據(jù)斗門電排站的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)僅對(duì)泵房和控制閘進(jìn)行拆除重建，并增設(shè)攔污檢修進(jìn)水閘；電排站重建后，提高了排澇標(biāo)準(zhǔn)，改變了汛情嚴(yán)重時(shí)農(nóng)田被淹的現(xiàn)狀，說明斗門電排站設(shè)計(jì)方案是合理的，切實(shí)可行的。