广州市南顺泵站建设必要性及初步布置方案分析

陈昊毅

（广州市南沙区水务工程质监站，广东 广州 511400）

沿海区泵站是增强城市防洪排涝能力、改善城市人居环境的一项重要民生工程[1]。经过多年运行，泵站多存在主要建筑物老化破损现象，排涝设施故障频发，已无法满足安全运行要求[2，3]。加快泵站排水基础设施改建、新建，高标准完善城市防洪排涝体系，是保障人民群众生命财产安全的重要途径[4]。同时，建立健全防洪排涝灾害应急管理体系，提高城市防洪排涝能力和工程调度管理能力，确保城市防洪排涝安全[5]。在现今极端不利气候频繁的背景下，更应关注泵站排水改造相关项目建设，围绕城市功能完善和防汛需求，加强城市排水管网、泵站等基础设施建设，有效解决片区防洪排涝的实际问题，全面提升城市品质和治理水平，不断增强群众幸福感、获得感[6]。

1 项目区基本情况

1.1 地理位置

广州市番禺区位于广东省中南部、珠江三角洲中部河网地带临海地区，东及北面沿珠江干流、狮子洋、虎门水道与广州市其他区、东莞市为界，西面以陈村水道、潭洲水道和洪奇沥与南海、顺德、中山市为界，南面濒临伶仃洋。南顺泵站位于番顺联围南顺排涝片东端，大岗沥和潭洲沥河口。南顺排涝区主要包括灵山镇区以东飘风涌、大滘涌、中滘涌的控制区域以及现状大岗所包括的全部区域，这也是潭洲沥和大岗沥的控制区域。该区域内除大岗镇区所在地有部分台地外，其他区域地面高程介于-0.7～0.7 m，以田、塘为主，番顺联围内地势最高和地势最低的区域都位于该控制区。该排涝片水道环绕全围，河网密集，河流水位受潮汐影响。区内一类河涌包括大岗沥、潭洲沥和中滘涌，二类河涌有江滘涌、潭洲滘涌、大隆涌、集滘涌等。由于地势的多样性和河涌汇流的特殊性，该区域成为番顺联围排涝问题最复杂的区域。

1.2 洪潮灾害

广州市番禺区位于亚热带海洋性季风气候区，同时位于珠江三角洲河网地区，既受风暴潮直接威胁，也受西、北两江洪水和本地区暴雨洪水的威胁，灾害严重且频繁。1915年7月，西江、北江下游同时遭遇200 a 一遇历史大洪水，当年番禺全县5.42 万hm2耕地、鱼塘悉遭洪潮淹没，受灾人口33.39 万人。1983年9月9日风暴潮，溃决漫顶的大小堤围共20宗，受灾农田（含鱼塘）共2.16 万hm2。1994 年6 月和1998年6月西、北江先后发生大洪水，对番禺区造成很大的威胁。其中，1998年6月的洪、潮、雨交侵，市桥河两岸地域受淹浸面积达25.5 km2。造成洪（潮）涝灾害的主要原因有：①番禺地处沿海地区，雨水充沛，气候湿润，台风活动频繁，暴雨多且强度大；②沿海区域潮水的顶托；③排涝设施不足。

2 新建泵站的必要性分析

2.1 泵站老化失修，排涝能力不足

南顺排涝片经过多年水利建设，排涝工程体系已初具规模，区内现有南顺北闸、南顺南闸、大滘水闸、中滘水闸、潭洲水闸、云生水闸和十一顷水闸等13 座水闸；其中，南顺南闸建于1968 年，闸门老化、破损严重，急需更新改造。区内现有大小泵站50余个，以二级泵站为主。大多泵站缺乏系统规划，建设年代久远，工程老化失修，排涝能力不足。目前，排涝区采用二级泵站分散排涝方式，分散各地，缺乏统一管理，导致泵站排涝方式对整个排涝系统统一调度不利，急需建设外排泵站。

2.2 建设生态城市，推动绿色发展

根据《广州城市建设总体战略概念规划纲要》和《番禺片区发展规划》，番顺联围为番禺片区的“中部都市农业发展区”，同时也是广州市总体战略规划“山、城、田、海”自然生态格局中“田”的核心部分，其发展目标为集生产、生活和生态于一体的多功能现代化农业。根据《广州市番禺区水利现代化综合发展规划报告》，南顺排涝片工程体系由水闸、泵站以及堤岸整治等工程项目组成，在南顺排涝片工程体系的联合调度下，工程区防洪标准将可达到100 a一遇。新建南顺泵站工程作为排涝区工程体系的重要组成部分，可以满足建设生态城市的要求，对于保护群众生命财产与推动地区经济的绿色健康发展是十分有必要的。

2.3 完善防洪体系，提高防灾能力

区域现状整体排涝能力偏低，仅达2～5 a一遇年最大24 h 暴雨1 d 排干不成灾。根据番禺区城市发展功能定位，工程区的整体排涝标准为10 a 一遇年最大24 h暴雨1 d排干不成灾，排涝调度控制目标是将排涝片河口最高水位控制在约1.2 m。该区域内除大岗镇区所在地有部分台地外，其他区域地面高程大都在-0.7～0.7 m。番顺联围内地势最高和地势最低的区域都位于该控制区，暴雨期间，涝水容易向低处汇集，洪水受外江潮水顶托水闸无法完全自排，造成局部低地排涝压力较大，加之地势的多样性和河涌汇流的特殊性，该区域的排涝问题更复杂。考虑到南顺水闸排涝区主要以农业发展为主，区内主要以鱼塘、水稻、甘蔗等农作物为主，现状区域内的二级泵站已经有一定的基础，多数二级泵站经过更新改造能够正常运行，提高了河涌的允许水位，完善了涝水自排的功能。结合地势、河涌实际情况，规划采用“二级排水、分散自排、集中抽排”的方案，在南顺水闸涌口设置泵站集中抽排。新建南顺泵站，配合南顺北闸等水闸群的联合排涝调度，可使流域各排涝区达到规划排涝标准。

3 南顺泵站初步布置方案

3.1 工程任务

新建南顺泵站主要任务为：①防洪（潮），南顺南闸与北闸等作为番顺联围的穿堤建筑物，抵御外江洪（潮）水位；②排涝，通过新建南顺泵站，与南顺排涝片的其他闸泵联合作用解决南顺排涝片的农田及居民的排涝问题。

3.2 布置方案

3.2.1 引水渠

为使泵站可以有效控制潭州沥及大岗沥的涝水，分别在潭州沥和大岗沥设置引水口。引水渠位于原北闸与重建南闸之间的洲头，由人工开挖形成，由于潭州沥和大岗沥位于新建泵站两侧，引水渠采用“Y”形布置方案，分别将两河来水引至泵站。其中，潭州沥侧引水渠轴线总长106 m，大岗沥侧引水渠轴线总长约108 m，渠道进口宽度均36 m，引水渠末端宽度26 m。设计渠底高程为-3.0 m，堤顶高程为泵站最高运行水位1.3 m加堤顶超高，取2.5 m。

为减少引水渠和进水前池中的泥沙淤积，并考虑到珠江水系泥沙含量相对偏低，因此，仅在渠首端设一拦砂坎，坎顶高程为-2.5 m。拦砂坎为梯形断面，顶宽0.5 m，上游为直墙，下游为1∶2.0的斜坡，采用C20 素混凝土。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扶臂式挡墙，不仅结构轻便、施工方便，而且施工质量容易保证。墙顶高程2.5 m，底板顶面高程-3.0 m。渠底采用格宾石笼砌护，厚度为0.5 m，护底下部自上而下设厚度为0.3 m 的碎石垫层、滤水网、厚度为0.5 m中粗砂垫层。

3.2 .2 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14 m，首端宽度34 m，底板顶面高程-3.0 m；末端宽度26 m，底板顶面高程-4.4 m。进水前池底板为钢筋混凝土结构，厚0.5 m，池底高程为-3.0～-4.4 m。底板下部自上而下依次铺设0.1 m 厚C15 混凝土垫层、滤水网、厚0.5 m 中粗砂垫层。底板上设置Φ65PVC-U排水孔。进水前池两侧为钢筋混凝土扶壁式挡墙，墙底板顶面高程-5.9 m，顶高程2.5 m；在进水池末端中部最低处设一个平面尺寸1.0 m×1.0m、深0.5 m的集水坑，以便泵站检修时将渗水集中后排干。

3.2.3 主泵房及副厂房

南顺泵站工程共布置5 台机组，水泵选用1600ZLQ9-3.5型立式轴流泵，配套5台630 kW 同步电动机。水泵进水流道型式为钟形进水流道、肘形进水流道和簸箕形进水流道3种。钟形进水流道的效率较高，所需开挖深度最小，可减小土建开挖工程量，进而避免泵站进水口因开挖太深而造成的淤积，同时因基坑开挖深度减小，更适合施工。副厂房布置在主泵房的左侧，结构上与泵房分离，共分4 层，单层建筑平面尺寸为16.5 m×13.0 m。泵房结构主要由底板、进出流道、机墩、排架、吊车梁等组成，其上部荷载由机墩、排架传至底板，由于底板采用块基型，其结构整体性及对变形的适应性较好。机墩采用“井”字梁式结构，机组运行过程中在振动荷载作用下可能会有一定的变形及振动影响，鉴于机组扬程不大，设计中通过一定的构造措施，机墩机构可以满足强度、刚度及变形要求。

3.2.4 出水渠

防洪闸通过出水渠与外河主河道连接，出水渠长120 m，前段15 m长采用混凝土护底，紧接长10 m厚50 cm 格宾石笼护底、长20 m 厚50 cm 抛石护底。左、右侧护岸由一级扶臂式挡墙接斜坡组成，扶臂式挡墙顶高程0.5 m，其上以1∶2.5 的斜坡接至右岸中间堤顶，斜坡采用厚0.4 m混凝土面板护坡。

3.3 泵站设计方案

3.3.1 防渗排水布置

泵站基础自上而下分布淤泥、粉细砂、下伏基岩等，底板以下换填2 m 厚中粗砂垫层。基础为淤泥质软土，渗透系数较小，渗流引起的水量损失不大，且土层具有一定的凝聚力，不易发生管涌，但下卧土层为可液化土层。为防止基土流失和可能发生“液化”破化，同时减少底板渗透压力、降低基底平均渗流坡降，在防渗排水设施布置设计时，兼顾防渗及抗液化措施，布置如下：①在出水流道底部采用钢筋混凝土底板，厚0.60 m，与防洪闸底板共同作用，以延长泵房基础防渗长度。此外，出水流道底板低水位侧（进水侧）及防洪闸底板高水位侧（出水侧）设置深0.7 m 的齿墙，以增强防渗阻滑效果。②为保证泵站基础抗渗及抗液化稳定性，在泵房及防洪闸底板下四周设置穿透粉砂层的封闭防渗墙。单桩桩径0.5 m，相邻桩间搭接100 mm。泵房底板四周桩深20.0 m，防洪闸底板四周桩深20.0 m。③清污检修桥前后各设置长5 m 钢筋混凝土护底，兼作防渗铺盖，以降低清污检修桥段渗透压力，提高其稳定性。防渗板厚0.5 m，上下游侧设深0.7 m 齿墙。同时，在清污检修桥上游侧齿墙下设置双排水泥搅拌桩防渗墙，桩径0.5 m，相邻桩间搭接100 mm，桩深15.00 m。④进水前池底板内增设排水孔，其下设反滤层，以稳定前池底板下砂层。⑤侧向防渗排水设施布置结合两岸建筑物的结构和稳定要求，同时考虑与正向防渗排水设施相适合。

3.3.2 抗渗稳定分析

本次对主泵房和清污检修桥进行抗渗稳定性验算。经分析，当泵站进水前池检修时，主泵房和清污检修桥内、外侧水位差最大，为抗渗稳定计算的最不利工况。经计算，不设防渗墙时，抗渗稳定不能满足规范要求，需进行防渗处理。结合抗液化进行防渗处理后，计算方法采用改进阻力系数法。计算结果显示，进水前池检修时，泵房水平段渗透坡降为0.06（小于允许水力比降0.10），出口段渗透坡降为0.22（小于允许水力比降0.30）；清污检修桥段水平段渗透坡降为0.08（不大于0.10），出水段渗透坡降为0.21（不大于0.30）。由此可见，泵房及清污检修桥段地基土渗透坡降均在规范允许值范围内。

3.3.3 主泵房稳定分析

（1）基本要求。泵房稳定及地基计算包括泵房沿基础底面的抗滑稳定计算、泵房基底应力计算及地基最终沉降量计算等。泵房为3 级建筑物，地基为淤泥。主泵房地基稳定应满足《泵站设计规范》（GB/T 50265-2010）抗滑稳定安全系数允许值[Kc]的要求。泵站基础基本为淤泥，地基承载力特征值为50 kPa，在地震情况下，泵房地基持力层允许承载力可适当提高。

（2）计算工况及荷载组合。将整个泵房作为计算单元进行稳定分析。作用于泵房的主要荷载有自重、静水压力、扬压力（包括浮托力、渗透压力）、土压力、风荷载、地震荷载等。各工况及荷载组合，详见表1。

表1 泵房稳定计算工况及荷载组合m

（3）计算结果。泵房在各运行工况下稳定及基底应力计算成果，详见表2。

表2 泵房稳定及基底应力计算成果

计算结果表明，泵房各工况的抗滑稳定安全系数均不能满足规范要求；基底不均匀分布系数均小于1.5，各工况下泵站基底平均应力均大于地基承载力。因此，需进行泵房基础加固处理。

4 结语

（1）南顺泵站主泵房和清污检修桥抗渗稳定不能满足规范要求，进行防渗处理后可满足。泵房各工况的抗滑稳定安全系数均不满足规范要求，且泵站基底平均应力均大于地基承载力，需进行泵房基础加固处理。

（2）广州市南顺泵站的建设能提高区域排涝能力，推动城市绿色发展，并完善防洪排涝体系，提高流域防灾减灾能力。泵站的建成将为保护群众生命财产安全与促进地区经济发展提供坚实保障，满足城市高质量发展和建设生态城市的高标准要求，同时也为区域防洪防潮和排涝减灾积累了宝贵治理经验。