广州西海咀泵站扩建工程站址选择与工程布置设计

2012-04-14牛勇,暨柳华,程淑艳

水利水电快报 2012年8期

西海咀泵站扩建工程位于广州市番禺区钟村镇，主要任务是与原西海咀站、原西海咀闸一起，通过采用将内河涌(屏山河)的水抽排到外江(陈村水道)的方法解决钟村排涝区，特别是广州南站区域内的排涝问题，并兼有改善水环境的利用效益。

原西海咀泵站设计流量5 m3/s，扩建泵站工程布置4 台立式轴流泵，装机4 ×630 kW，设计流量35 m3/s，主泵房尺寸31.50 m×17.00 m×22.55 m(长×宽×高)。泵站等别Ⅲ等，规模为中型，主要建筑物为3 级建筑物，次要建筑物为4 级建筑物，泵站出水建筑物及防洪闸防洪标准不应低于堤围防洪标准，采用100 a 一遇标准设计，根据《水闸设计规范》(SL265－2001)，其级别采用防洪堤的级别，为1 级建筑物。泵站设计扬程2.63 m，最高扬程4.76 m。扩建泵站站址选择以及工程布置设计思路和一般原则如下:

(1)满足工程功能、特点和运用要求;

(2)保证结构可靠、运行安全，并尽可能做到施工方便、占地拆迁少、节约工程投资、管理灵活;

(3)施工期不能影响原泵站及水闸的防洪排涝功能;

(4)充分利用原有施工条件和施工场地;

(5)建筑物布置应结合城市远景规划布局，兼顾近期各方面需求。

1 站址选择

西海咀泵站扩建工程的任务是与原西海咀泵站、原西海咀水闸共同作用，将内河涌(屏山河)的水抽排到外江(陈村水道)，解决区域内防洪排涝问题。为满足西海咀泵站扩建工程任务要求，及时排净涝水，将扩建工程布置在原泵站站址附近，紧靠外江(承泄区)，这样的布置经济、有利。

原西海咀水闸及西海咀泵站自西向东依次布置在屏山河与陈村水道交汇口，水闸及泵站出水口均垂直陈村水道水流向。水闸西侧为林地、园地等，地势平坦、开阔;原泵站东侧布置有变电所。

根据该部位地形、地质条件及现有建筑物布置情况，西海咀泵站扩建工程可供选择位置有:原泵站部位(原站址)和水闸西侧园、林地部位(西站址)。

1.1 原站址方案

若采用原站址方案，只有将扩建的泵站布置在原泵站出水口下游堤外侧。该方案主要优点有:对防洪堤影响较小，征地移民费用较低。主要缺点有:①泵站主泵房布置在堤外侧临近外江，防洪(潮)及地基要求较高，土建及基础处理工程量较大。②泵站扩建施工期影响原泵站及水闸的正常运行。③对原泵站及水闸出水建筑物影响较大，需增加原有建筑物的安全稳定措施。

1.2 西站址方案

西海咀水闸西侧为林地、园地等，地势平坦、开阔，有利于扩建后的泵站布置。站址选择在该部位具有以下优点:

(1)总体布置协调、运行管理方便。

(2)可合理布置施工围堰和施工场地。

(3)扩建泵站建设期间原水闸及泵站可以保持正常运行，防潮排涝均不受影响。

(4)泵站正向进水，水流条件好，有利于机组平稳运行。

不利条件是征地费用相对较高。

综合考虑两方案总体布置、地质条件、水流条件、工程量、施工及运行条件等方面因素，推荐西站址方案。

2 工程布置设计

由于泵站机组扬程较低，单机流量较大，进水管道、机组的尺寸较大，机组对泵房基础的整体性和稳定性要求较高，故采用抗浮、抗滑和结构整体性、对地基条件适应性均较好的块基型泵房。

采用的堤后式泵房方案具有如下优点:

(1)工程站址地段内，堤顶宽度小，且堤顶有交通要求，采用堤后式泵站可不改变原有大堤的交通布置，泵站厂区交通与堤顶交通分离，有利改善泵站的运行及管理环境;

(2)主泵房不直接挡水，可在汛前完成主要建筑物的混凝土浇筑及堤身碾压回填，不需设置外江高水围堰，施工费用相对较低。

(3)堤后式泵房较堤身式泵房更远离主河道，淤泥层深度相对较浅，基础处理工程量相对较小。

(4)建筑物的地下轮廓线设计条件较好，有利于地基的渗流稳定，提高泵站及堤身的安全度。

根据选定的站址、泵站布置型式及机组台数等确定具体布置如下:西海咀泵站扩建工程装机4 台630 kW 机组，共装机2 520 kW。工程布置在原西海咀水闸西侧，屏山河左岸，采用堤后式泵房布置型式，主要建筑物由引水渠、清污检修桥、进水前池、泵房及副厂房、出水箱涵、防洪闸等组成。

2.1 引水渠

引水渠位于横埂河与泵站前池之间，轴线长99.00 m，渠道进口宽度78.60 m，渠道末端宽度25.00 m。设计渠底高程为－1.50 m。堤顶高程为2.50 m。为使引水渠中水流尽量平顺地进入前池，并尽量减少引水渠的工程量，设计渠道轴线采用R150 m 和R50 m 的两段圆弧与前池平顺连接，并在引水渠末端设置5.00 m长的直线连接段。为使水流平顺和结构美观，引水渠横断面采用矩形结构，挡水墙采用钢筋混凝土悬臂式挡墙。墙顶高程2.50 m，底板顶面高程－1.50 m。渠底采用M7.5浆砌石砌护，引水渠末端5 m 护底采用C25 混凝土结构，兼作检修进水池时的铺盖。护底与清污检修桥底板及两侧挡墙底板之间设置止水紫铜片防渗。

2.2 清污检修桥

清污检修桥为钢筋混凝土整体式结构，顺水流方向总长12.00 m，总宽26.60 m，共分5 孔，单孔净宽4.16 m，总净宽20.80 m，中墩厚1.00 m，边墩厚0.80 m，墩顶高程2.70 m;底板厚0.80 m，底板顶面高程－1.50 m。桥板为简支实心板，板宽6.00 m。桥板上游侧布置清污机，共5 台，选用GH－4100 型回转式格栅除污机，并配备PD800 型皮带输送机，泵站运行时清污机捞上的垃圾直接落到皮带机上，然后输送到一端的垃圾箱后集中运走。在桥板下游侧设检修门槽，用以检修进水前池和进水流道。

2.3 进水前池

进水前池连接引水渠与进水流道，以改善水流流态和调蓄水体。进水前池顺水流方向长15 m，首端宽度25 m，底板顶面高程－1.50 m;末端宽度23 m，底板顶面高程－4.00 m。进水前池底板为钢筋混凝土结构，厚0.50 m，池底高程－1.50～－4.00 m。进水前池两侧为钢筋混凝土扶壁式挡墙，墙底板面高程为－1.50～－4.00 m，顶高程2.50 m。

2.4 主泵房及副厂房

2.4.1 进水流道

西海咀泵站扩建工程共布置4 台机组，水泵选用1600ZLQ9－3.3 型立式轴流泵，配套电机为TL630－24/1730 型同步电动机。考虑到本泵站为排涝泵站，年利用小时数低，经比较，此次设计采用钟形进水流道。根据地形地基条件、选定的水泵机组特性及进水池最低运行水位并考虑一定的汽蚀裕量，确定水泵安装基准面高程为－2.00 m。

设计进水流道净宽为5.00 m，进口上缘高程为－1.60 m，底板为平底板，高程为－4.00 m，在进水喇叭口下设导水锥。在每孔进水流道上游侧均布置有拦污栅槽及检修闸门槽，单孔净宽5 m，并设4 扇拦污栅和一扇检修闸门(水泵检修时用)。

2.4.2 主泵房

主泵房结构型式采用块基型结构，主泵房由机组段和安装检修段组成。泵房至下而上分别由进水流道层、水泵层、联轴层和电机层组成。主泵房长31.50 m，2.5 m高程以下泵房宽17.00 m;2.5 m高程以上泵房宽13.00 m。在内河侧2.5 m高程处设检修闸工作平台，宽4.00 m。电机层以上的厂房平面尺寸为31.50 m×13.00 m，总建筑面积409.5 m2。

进水流道层底板顶面高程为－4.00 m，底板厚1.00 m，流道净宽5.00 m，共设4 个进水流道，流道之间中墩厚1.00 m，边墩厚1.00 m。在进水流道的首端设一道拦污栅，拦污栅后设检修闸门槽。进水流道层的下游侧设有集水廊道，机组检修时的排水及渗漏水均可汇集到集水廊道，通过集水廊道排至集水井，由排水泵定时排走。

水泵层底板顶面高程－1.00 m，安装4 台1600ZLQ9－3.3型水泵，另布置有水系统等主机辅助设备。为便于检修人员进出集水廊道，在该层两端地面分别设有0.80 m×0.80 m的进人孔。

联轴层地面高程2.00 m，水泵和电机的转轴通过联轴器在该层连接。联轴层设有工作桥，作为工作人员巡视检修水泵的通道。

电机层楼面高程6.30 m，屋顶高程17.70 m。该层安装有4 台TL630－24/1730 型电机，楼面布置有电气柜等，电机层上空设有LDA－10t 型电动单梁吊车，轨顶高程15.30 m。为便于设备的垂直运输，在电机层楼板上设有一个1.50 m ×3.00 m的吊物孔直达水泵层。从电机层可直接通到副厂房二层的中控室和安装检修场。水泵层、联轴层、电机层通过设置在泵房西端上游侧及安装场的楼梯相连通。

安装检修场位于机组段西侧，分3 层。底层底板高程－4.00 m，与集水廊道联成一体;中间层地面高程－1.00 m，主要用于布置检修排水泵及检修闸门;上层为安装检修场，地面高程6.30 m，在面向外河侧布置进厂大门，与堤顶公路相通，是设备进出泵房的主要通道。安装检修场与机组段为整体结构，不分缝。

2.4.3 副厂房

副厂房布置在主泵房的东侧，结构上与泵房分离，共分3 层，单层建筑平面尺寸为16.50 m ×13.00 m。底层为高低压配电室，主要布置有高压室、低压室和变压器室，地面高程2.80 m;中间层主要布置中控室，地面高程7.50 m，通过中控室可直接监控机组运行情况，并通过隔音透明玻璃窗可直视电机层，在面向外河侧布置有进出副厂房的大门，直通堤顶公路;上层为泵站运行管理层，楼面高程12.60 m，设有会议室、值班室和卫生间等。由于副厂房外地面标高为2.50～5.20 m，为保证厂内防渗防潮，对地面以下的副厂房内墙采用水泥防渗结晶材料进行处理，外墙采用改性沥青防水卷材进行处理。

2.5 出水箱涵

水泵出水方式一般有直管式出水和虹吸式出水。直管式出水流道的设计、施工比较简单，且运行简单、可靠，投资较省。虹吸式出水流道的技术要求较高，设计、施工比较复杂，该工程选择直管式出水流道，管线布置为下降式。

出水流道进口设5.00 m 长渐变段，由直径1.8 m的圆形断面变为长方形断面，渐变段以后流道宽5.00 m，高1.80 m。流道底高程由1.65 m下降为－1.30 m，出口上缘高程为0.50 m。流道底板和顶板厚度均为0.50 m，4 条流道为一整体钢筋混凝土结构，为4 孔箱涵，中墩厚1.00 m，边墙厚0.50 m，整个箱涵宽24.00 m。

2.6 防洪闸

在出水流道的外河侧设防洪闸和断流拍门，防洪闸顺水流方向长7.00 m，单孔净宽5.00 m，共4孔，防洪闸总宽为25.00 m，闸底板高程为－1.30 m，闸顶高程为5.20 m，与大堤防浪墙顶同高。闸顶以上设启闭机刚架，上设启闭机房，启闭机房平面尺寸为25.00 m ×4.60 m，建筑面积115 m2。启闭机工作平台高程9.70 m。为减小拍门宽度，在防洪闸外侧每孔中部设隔墩，拍门孔口尺寸2.25 m×1.80 m，共8 扇，泵站出水流道出口处平均流速为1.08 m/s，小于1.50 m/s。

2.7 出水渠

防洪闸通过出水渠与外河主河道连接，出水渠长25.00 m，前段为扩散段，长15.00 m，梯形断面，渠底宽度由23.00 m扩散到30.00 m，出水渠以外疏浚即可。因泵站出水为淹没出流，且出口速度不大，其下游水深可满足淹没水跃的要求，无需另设消能工。但由于泵站尾水渠位于淤泥质粉砂基础上，抗冲刷能力较差，因此在出水口后仍设置一定长度的护坦、海漫及护岸保护:扩散段采取0.50 m厚混凝土结构护底，其下游长10.00 m范围内采用0.80 m厚钢丝石笼护底。出水渠两岸15.00 m长扩散段采用0.50 m厚浆砌石护坡，以外采用抛石护坡。