银河城排涝站设计方案分析研究

2022-02-14吕勇斌

水利科学与寒区工程 2022年1期

吕勇斌

(南昌县联圩河道堤防中心，江西南昌 330200)

1 工程基本情况

银河城排涝站地处南昌县莲塘镇南部，位于莲西河(清丰山溪排渍道)分汊口下游约2.4 km、迎宾大道莲西桥下游约40 m处的迎宾大道与银河城(小区)之间的莲西河右岸，排水区域范围(集水口断面为东导排渠与城市排水涵汇合口附近)为东至铁路线(以自然分水岭为界，少部分面积排至铁路线以东)，北至建工技术学院，南至银三角加油站自然高地(以自然分水岭为界)，西至恒大绿洲东南边界，汇水区域面积约1.99 km2。该区域位于南昌县象湖地区，属南昌小蓝经济开发区管辖，处万寿圩保护范围内[1-3]。

2 工程规模

2.1 治涝原则与标准

本区域属国家级开发区，大部分为已建城区，为防洪治涝重要保护对象，参照《治涝标准》(SL 723—2016)和南昌市城区治涝标准，银三角银河治涝区治涝标准定为20年一遇，最大1日暴雨过程1日排除。

2.2 设计排涝流量

根据水文分析，银河电排站排涝流量为11.5 m3/s。

2.3 特征水位

2.3.1 设计内水位

内水位是计算水泵扬程及确定水泵安装高程与运行方式的依据，包括最高水位、最高运行水位、设计水位、最低运行水位等。

(1)设计最高内水位。取重现期约为50年一遇的内涝水位。根据治涝区地形条件，在最高运行水位基础上，确定电排站的设计最高内水位。莲塘河东岸站址设计最高内水位为21.00 m。

(2)设计内水位。根据调蓄区蓄涝控制要求，设计内水位取调蓄区平均水位推至站前的水位，莲塘河东岸站址设计内水位为18.00 m。

(3)最高运行内水位。取调蓄区最高蓄涝水位推至站前的水位，为19.50 m。

(4)最低运行内水位。采用调蓄区起排水位推至站前值，为17.00 m。

2.3.2 设计外水位

(1)防洪水位。根据计算结果，银河电排站相应清丰山溪排涝道10年一遇标准设计洪水位为20.76 m，20年一遇设计洪水位为21.56 m，50年一遇设计洪水位为21.94 m。

电排站所在圩堤的防洪标准为20年一遇，因此，电排站的防洪水位为21.56 m。

(2)设计外水位。采用承泄区排涝期20年一遇最高1日平均水位。通过对清丰山溪排洪道上的八字脑水位站和吴石水文站年最高水位与年最高1日平均水位的关系分析，两站年最高水位与年最高1日平均水位差值的多年均值分别0.06 m和0.11 m；上述年最高洪水位与最高1日平均水位基本发生在排涝期。根据工程断面20年一遇设计洪水位(为21.56 m)，考虑莲塘河水位受下游鄱阳湖与清丰山溪排洪道的顶托影响，高洪水位变化较缓，结合两测站年最高洪水位与最高1日平均水位的差值，求得泵站设计外水位为21.49 m。

(3)最高运行水位。取20年一遇防洪水位为设计最高运行水位，为21.56 m。

(4)最低运行水位。取承泄区历年排水期最低水位的平均水位，根据八字脑站和吴石站的历年排水期最低水位的平均水位与10年一遇设计洪水位的差值综合确定，为18.20 m[4]。

3 排涝站设计方案

3.1 工程等级及标准

新建电排站总装机容量为840 kW，排涝流量为11.5 m3/s，根据《泵站设计规范》(GB/T 50265—2010)，泵站规模为中型，泵站的等别为Ⅲ等，泵房按3级建筑物设计，次要建筑物为4级。莲塘河堤防等级为4级，电排站排水箱涵属穿圩堤的建筑物，本工程穿堤箱涵及防洪闸按4级建筑物设计，防洪闸按防20年一遇洪水位加0.5 m标准设计。按《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》(SL 654—2014)治涝Ⅲ等工程合理使用年限为50 a。电排站特征水位计流量见表1。

表1 电排站的特征水位及流量

3.2 地质特性及地质参数

拟建电排站站址位于莲塘河右堤0+036桩号，迎宾大道右侧。

本次勘察结果表明，拟建沿线内无大断裂通过，勘探深度内也未见断裂构造痕迹，场地稳定性好；道路沿线和相邻区域不存在对工程安全有影响的不良地质作用[5]。

设计泵站钢筋混凝土底板板底标高为13.1 m，泵站位置原始标高为21.5 m，基坑开挖深度8.4 m，基坑底板位于细砂层上，工程力学性质较好，承载力基本容许值均为150 kPa，可作为基础持力层。

箱涵设计底标高为15.9～17.0 m，根据现状地形，箱涵预计埋深为3.2～6.0 m，基槽开挖深度约3.2～6.0 m，根据场地岩土工程条件，基槽开挖深度内主要有素填土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、细砂。粉质黏土、细砂工程力学性质较好，承载力基本容许值均为150 kPa，可作为基础持力层。素填土及淤泥质粉质黏土层，需挖出或换填处理。

4 设计计算

4.1 引水箱涵过流能力计算

进口底板高程17.5 m，出口底板高程16.4 m，箱涵尺寸3.0 m×2.5 m(宽×高)。

(1)前调蓄池水位较低时，按明渠均匀流计算，箱涵进口水位从18.5 m开始起调，为无压流涵洞，过流能力详见表2。

表2 无压流箱涵过流能力计算

(2)前调蓄池水位较高时进行流态判别。①箱涵出口水深低于箱涵孔顶18.9 m，箱涵高度D=2.5 m，出口水深hD时，箱涵流态为淹没压力流，出口水位取泵站最高运行内水位19.5 m，过流能力详见表4。

表3 非淹没压力流箱涵过流能力计算

表4 淹没压力流箱涵过流能力计算

从以上三种流态计算结果可以看出，在前蓄水池水深低于19.5 m时，仅需开启1台机抽水就能满足要求，进口水位在19.5 m～20.5 m时，开启2台机抽水，进口水位高于20.5 m时，引水箱涵过流能力大于泵站设计排涝流量11.5 m3/s，需开启3台机抽排。

(3)自排过流能力计算。前池水位最低水位17.0 m，最高水位21.0 m，自排箱涵长54 m，底板高程14.2 m，箱孔口尺寸3.0 m×2.5 m(宽×高)。外河水位遭遇不同频率水位的自排过流能力计算详见表5。

表5 自排过流能力计算(淹没压力流)

从上表可以看出，外河水位与前池水位水位差为1.0时，自排流量达23.8 m3/s。

4.2 泵房设计计算

根据规范GB 50265—2010需对泵房进行抗滑稳定、泵房基底应力以及泵房抗浮稳定计算。

根据地质资料，电排站泵房基础坐落于细砂层上，允许承载力150 kPa，混凝土与细砂层之间基底摩擦系数f为0.35，基本组合工况下抗滑稳定安全系数允许值[K]为1.25，基底应力允许值[σ]为0～150 kPa，不均匀系数允许值为2.0，抗浮稳定安全系数允许值[Kf]为1.10；特殊组合工况下抗滑稳定安全系数允许值[K]为1.10，基底应力允许值[σ]为0～150 kPa，不均匀系数允许值为2.5，抗浮稳定安全系数允许值[Kf]为1.05；泵房稳定计算成果见表6。