沿江圩区闸站结合排涝站设计与分析

蔡冲冲

摘 要 江苏省淮河下游某圩区为粮食主产区域，耕地资源十分宝贵，可用于建设配套水利工程的土地资源有限，如果单独建设水闸与排涝泵站，将与保护耕地的政策相悖。闸站结合具有占用土地面积少、投资相对较小、运行管理集中的优点，是解决圩区内防洪排涝问题的有效措施。基于此，对闸站设计参数计算、闸站总体布置、结构型式及稳定计算开展分析与探讨，以供相关人员参考。

关键词 沿江圩区;闸站结合;排涝站;地基

中图分类号：S27 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.30.082

江苏省淮河下游某圩区水利工程用地紧张，单独建設水闸与排涝泵站会占用过多的土地资源，采取闸站结合的设计方式，可以同时发挥水闸、泵站的引水与排涝作用，且不需要占用过多的土地资源，能更好地节省投资，方便后期的集中管理，有着较大的优越性。

1 工程概况

某沿江圩区内河河网纵横多道分布，存在局部河道断面狭小、河道淤积严重的现象，降低了流域整体的防洪排涝能力;城镇的发展对防洪排涝提出了更高要求，现有配套闸站设计标准偏低，无法满足城镇发展的需求[1]。圩区通向外江现有3座水闸、2座排涝泵站，现有排涝流量13 m3·s-1。为提高区域内防洪排涝能力，使圩区的排涝标准达到规划要求，拟拆除上游河道较宽的最右侧位置水闸，重建一座闸站结合排涝站，重建后水闸规模为2孔×2.0 m，泵站设计流量5 m3·s-1。闸站采用堤身式型式、一字型布置，排涝闸布置于左岸、泵站布置于右岸。本工程工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级。闸站所在区域为冲积平原地质，局部存在低矮丘陵，主要由素填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土等构成，承载力在60～150 kPa。

2 闸站设计参数计算

2.1 排涝模数

沿江圩区排涝设计标准为10年一遇1日暴雨1日排至作物耐淹深度，应用平均排除法计算排涝模数，该方法是将相应设计标准的净雨量在规定的排涝时间内平均排除[2]。

参考所在区域的水文手册，先进行稻田产水量（R1）计算，公式如下：

R1=（P-S-E稻×T-F×T）F稻%（1）

式中P为设计暴雨量，取为200 mm;S为稻田滞蓄水深度，取为80 mm;E稻为稻田蒸发量，取为7.2 mm·d-1;F为稻田渗漏量，取为4 mm·d-1;T为排涝时间，取为2 d;F稻%为稻田率，取值为40%。经计算，R1=39.04 mm。

再进行旱地、非旱地产水量（R2）计算，公式如下：

R2=R旱×F旱%（2）

式中R旱是地径流深度，查阅水文手册，并对前期影响雨量、次降雨径流关系进行分析，R旱取为130 mm;F旱%为旱地、非耕地率，取值为55%。经计算，R2=71.5mm。

最后计算河、沟水面产水量R3，公式如下：

R3=（P-E水×T）F水面%（3）

E水为水面每天的蒸发量，取为3.5 mm·d-1;F水面%为水面率，取值为5%。经计算，R3=9.65 mm。

计算排涝模数q涝，采用以下公式：

（4）

式中R为总产水量，R=R1+R2+R3=120.19 mm;T为排水天数，取为1 d;t为每天的排水时间，取为22 h。经计算，q涝=1.52 m3·s-1·km-2。

2.2 泵站设计流量、扬程、选型

根据计算出的排涝模数，结合沿江圩区面积11.5 km2，计算出排涝设计流量为17.48 m3·s-1。圩区现有排涝流量为13 m3·s-1，还需增设4.48 m3·s-1排涝流量，考虑部分余量，新建泵站设计流量为5 m3·s-1。根据内外河设计水位，计算出泵站设计净扬程为2.5 m，考虑局部、沿程损失，泵站设计总扬程为3.24 m。根据水泵设计参数和厂家样本，选用2台900ZQ-125潜水泵，配套电机YQGN 740-12，

160 kW，单泵设计流量2.5 m3·s-1。水泵装置安装高程根据水泵不发生空蚀和振动的原则确定，轴流泵最低水位为-1.60 m，

出水管道中心高程2.50 m，厂房地面高程为3.05 m[3]。

3 闸站总体布置、结构型式及稳定计算

3.1 布置及结构型式

本工程闸站采用堤身式型式、一字型布置，排涝闸布置于左岸、泵站布置于右岸，主要由上游连接段、上游护坦、闸站厂房、发配电房、下游消力池、海漫等组成。

上游连接段长约8 m，与河道平顺连接，底高程▽-1.50 m，护底采用40 cm厚干砌块石，两侧翼墙采用C20砼灌砌石重力式结构，右侧翼墙靠近山体，基础开挖至岩基后采用C20砼换填，左侧翼墙基底采用水泥搅拌桩处理[4]。

上游护坦位于闸站上游，长8 m，水闸段护坦底高程▽-1.50 m，泵站段护坦底高程▽-1.50～-2.60 m、坡度1∶5。护坦采用40 cm厚C30钢筋砼;两侧翼墙采用C25砼灌砌石重力式结构，右侧翼墙靠近山体，基础开挖至岩基后采用C20砼换填，左侧翼墙基底采用水泥搅拌桩处理。

闸站厂房底板顺水流方向长20 m，垂直水流方向宽约21.26 m。排涝闸为2孔×2.0 m，净宽4 m，底高程▽-1.50 m，

采用钢筋砼平板闸门，排涝闸基底采用Φ80嵌岩桩处理。泵站安装2台900ZQ-125潜水泵，底高程▽-2.60 m，泵站部分座于基岩上，局部开挖至岩基后采用C20砼换填[5]。闸站上部设置厂房，3.05 m高程为闸门检修层，5.0 m高程为水泵检修层。闸站下游侧设7.5 m宽交通桥，桥面高程5.0 m。发配电房布置在主厂房左侧的空地上，与主厂房之间设置室外平台，高程▽5.0 m。

排涝闸下游消力池采用C30钢筋砼消力池，顺水流方向长10 m，消力池顶面高程为▽-2.0 m，两侧挡墙采用C25砼灌砌石重力式结构，基底采用6 m长Φ13松木桩加固。泵站出水管道采用DN1000钢管，出口设置DN1000拍门断流，出水口外平台顶部采用40 cm厚C20砼灌砌块石护砌防冲，与排涝闸消力池左侧翼墙相连接。

消力池下游设12 m长、50 cm厚C20砼灌砌块石海漫，两侧挡墙为C25砼灌砌石重力式结构，基底采用6 m

长Φ13松木桩加固。

3.2 闸站稳定计算

闸站渗流稳定采用直线比例法进行计算，防渗长度由前护坦、底板、消力池等组成，根据允许渗径系数、上下游水位差计算基底防渗长度为23.66 m，小于设计值25 m，满足规范要求。

閘站主体结构稳定计算采用偏心受压公式进行核对。计算荷载主要有自重、静水压力、扬压力、土压力地震作用及其他荷载等[6]。自重包括结构自重、填料重量及永久设备重量;静水压力为内河侧水压力;扬压力主要包括浮托力;土压力根据地基条件、回填土性质及泵房结构可能变形情况等因素，按主动土压力计算;地震作用按规范计算。经计算，闸站抗滑和基底应力比在各工况下均能够满足规范要求，天然地基承载力不能满足要求，须进行地基处理，具体计算结果见表1。

4 地基处理

闸站基础部分位于岩基，部分位于淤泥质粉质黏土层。其中，泵站大部分座于岩基，局部位于淤泥质粉质黏土层;排涝闸全部位于淤泥质粉质黏土层。经比选，本闸站结合排涝站基础采用嵌岩桩处理，另考虑水泥搅拌桩截渗，各闸站桩基布置如下。

1）排涝闸基础采用钻孔灌注桩处理，每个墩墙下布置1排桩，共4排，每排布置6根桩，共计24根桩，桩径80 cm，桩底深入持力层中风化凝灰岩2.4 m;单根灌注桩竖向最大受力N=1144 kN，桩基竖向承载力特征值为2 013 kN;单根灌注桩水平向最大受力H=167 kN，计算嵌岩深度2.23 m，考虑桩底沉渣设计取为2.40 m;满足要求。

2）上游左侧翼墙基底采用Φ60水泥搅拌桩处理，间距1.2 m，梅花形布置，桩顶高程-1.90 m，桩底深入持力层强风化凝灰岩0.5 m;处理后地基承载力为117 kN，

满足要求。

3）下游翼墙基底采用6 m长Φ13松木桩处理，间距0.6 m，梅花形布置，桩顶高程-1.80 m，处理后地基承载力为72 kN，满足要求。

5 结语

综上所述，将水闸与排涝泵站合并建设不需要单独设置上下游连接建筑物，具有结构紧凑、便于集中管理等优点;也不需要占用过多的土地资源，能同时发挥水闸、泵站的引水与排涝作用，与政府的保护耕地政策相符合[7]。此外，闸站结合建设比分开建设节约近30%的投资，具有较高的经济效益。

闸站结合布置需要将闸室加长，有利于提高闸室的防渗效果，也有利于提高闸室的竖向作用力，具有很好的抗滑、抗倾覆性能，但要求地基具备较高的承载力。闸站结合布置具有很多优点，同时也存在一定的缺点，如水泵吸水会对水闸过流形成不利影响，水泵下部结构长时间被水浸泡，易受腐蚀，给后续的维护管理带来了难度。

参考文献：

[1] 裴素祥，孙勇，吴明白.小石桥村排涝泵站工程方案论证[J].治淮，2020（6）：26-28.

[2] 武蒙，曹亮，李媛，等.马圩二号排涝站设计方案比选[J].水利技术监督，2020（1）：273-275.

[3] 袁榆梁.桐河控制工程闸站结合及双向泵站设计比选[J].人民黄河，2020，42（01）：113-116，120.

[4] 董永超.孔雀河防洪排涝泵站设计分析[J].水科学与工程技术，2019（6）：49-52.

[5] 刘昂.河道治理工程中防洪排涝站设计研究——以冷绛河为例[J].黑龙江水利科技，2019，47（7）：117-119.

[6] 姜玮.大墩闸站水利工程建筑物设计及稳定性计算分析[J].内蒙古水利，2019（12）：43-45.

[7] 陈伟，孙瀚，王铁力，等.穿堤涵洞设计对闸站结合式泵站进水流态的影响[J].中国农村水利水电，2018（3）：99-104.

（责任编辑：赵中正）