蔡沖沖

摘 要 江蘇省淮河下游某圩區(qū)為糧食主產(chǎn)區(qū)域，耕地資源十分寶貴，可用于建設(shè)配套水利工程的土地資源有限，如果單獨(dú)建設(shè)水閘與排澇泵站，將與保護(hù)耕地的政策相悖。閘站結(jié)合具有占用土地面積少、投資相對較小、運(yùn)行管理集中的優(yōu)點(diǎn)，是解決圩區(qū)內(nèi)防洪排澇問題的有效措施?；诖耍瑢﹂l站設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算、閘站總體布置、結(jié)構(gòu)型式及穩(wěn)定計(jì)算開展分析與探討，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞 沿江圩區(qū);閘站結(jié)合;排澇站;地基

中圖分類號：S27 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.30.082

江蘇省淮河下游某圩區(qū)水利工程用地緊張，單獨(dú)建設(shè)水閘與排澇泵站會占用過多的土地資源，采取閘站結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，可以同時發(fā)揮水閘、泵站的引水與排澇作用，且不需要占用過多的土地資源，能更好地節(jié)省投資，方便后期的集中管理，有著較大的優(yōu)越性。

1 工程概況

某沿江圩區(qū)內(nèi)河河網(wǎng)縱橫多道分布，存在局部河道斷面狹小、河道淤積嚴(yán)重的現(xiàn)象，降低了流域整體的防洪排澇能力;城鎮(zhèn)的發(fā)展對防洪排澇提出了更高要求，現(xiàn)有配套閘站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，無法滿足城鎮(zhèn)發(fā)展的需求[1]。圩區(qū)通向外江現(xiàn)有3座水閘、2座排澇泵站，現(xiàn)有排澇流量13 m3·s-1。為提高區(qū)域內(nèi)防洪排澇能力，使圩區(qū)的排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到規(guī)劃要求，擬拆除上游河道較寬的最右側(cè)位置水閘，重建一座閘站結(jié)合排澇站，重建后水閘規(guī)模為2孔×2.0 m，泵站設(shè)計(jì)流量5 m3·s-1。閘站采用堤身式型式、一字型布置，排澇閘布置于左岸、泵站布置于右岸。本工程工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級。閘站所在區(qū)域?yàn)闆_積平原地質(zhì)，局部存在低矮丘陵，主要由素填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等構(gòu)成，承載力在60～150 kPa。

2 閘站設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算

2.1 排澇模數(shù)

沿江圩區(qū)排澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇1日暴雨1日排至作物耐淹深度，應(yīng)用平均排除法計(jì)算排澇模數(shù)，該方法是將相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的凈雨量在規(guī)定的排澇時間內(nèi)平均排除[2]。

參考所在區(qū)域的水文手冊，先進(jìn)行稻田產(chǎn)水量（R1）計(jì)算，公式如下：

R1=（P-S-E稻×T-F×T）F稻%（1）

式中P為設(shè)計(jì)暴雨量，取為200 mm;S為稻田滯蓄水深度，取為80 mm;E稻為稻田蒸發(fā)量，取為7.2 mm·d-1;F為稻田滲漏量，取為4 mm·d-1;T為排澇時間，取為2 d;F稻%為稻田率，取值為40%。經(jīng)計(jì)算，R1=39.04 mm。

再進(jìn)行旱地、非旱地產(chǎn)水量（R2）計(jì)算，公式如下：

R2=R旱×F旱%（2）

式中R旱是地徑流深度，查閱水文手冊，并對前期影響雨量、次降雨徑流關(guān)系進(jìn)行分析，R旱取為130 mm;F旱%為旱地、非耕地率，取值為55%。經(jīng)計(jì)算，R2=71.5mm。

最后計(jì)算河、溝水面產(chǎn)水量R3，公式如下：

R3=（P-E水×T）F水面%（3）

E水為水面每天的蒸發(fā)量，取為3.5 mm·d-1;F水面%為水面率，取值為5%。經(jīng)計(jì)算，R3=9.65 mm。

計(jì)算排澇模數(shù)q澇，采用以下公式：

（4）

式中R為總產(chǎn)水量，R=R1+R2+R3=120.19 mm;T為排水天數(shù)，取為1 d;t為每天的排水時間，取為22 h。經(jīng)計(jì)算，q澇=1.52 m3·s-1·km-2。

2.2 泵站設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程、選型

根據(jù)計(jì)算出的排澇模數(shù)，結(jié)合沿江圩區(qū)面積11.5 km2，計(jì)算出排澇設(shè)計(jì)流量為17.48 m3·s-1。圩區(qū)現(xiàn)有排澇流量為13 m3·s-1，還需增設(shè)4.48 m3·s-1排澇流量，考慮部分余量，新建泵站設(shè)計(jì)流量為5 m3·s-1。根據(jù)內(nèi)外河設(shè)計(jì)水位，計(jì)算出泵站設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程為2.5 m，考慮局部、沿程損失，泵站設(shè)計(jì)總揚(yáng)程為3.24 m。根據(jù)水泵設(shè)計(jì)參數(shù)和廠家樣本，選用2臺900ZQ-125潛水泵，配套電機(jī)YQGN 740-12，

160 kW，單泵設(shè)計(jì)流量2.5 m3·s-1。水泵裝置安裝高程根據(jù)水泵不發(fā)生空蝕和振動的原則確定，軸流泵最低水位為-1.60 m，

出水管道中心高程2.50 m，廠房地面高程為3.05 m[3]。

3 閘站總體布置、結(jié)構(gòu)型式及穩(wěn)定計(jì)算

3.1 布置及結(jié)構(gòu)型式

本工程閘站采用堤身式型式、一字型布置，排澇閘布置于左岸、泵站布置于右岸，主要由上游連接段、上游護(hù)坦、閘站廠房、發(fā)配電房、下游消力池、海漫等組成。

上游連接段長約8 m，與河道平順連接，底高程▽-1.50 m，護(hù)底采用40 cm厚干砌塊石，兩側(cè)翼墻采用C20砼灌砌石重力式結(jié)構(gòu)，右側(cè)翼墻靠近山體，基礎(chǔ)開挖至巖基后采用C20砼換填，左側(cè)翼墻基底采用水泥攪拌樁處理[4]。

上游護(hù)坦位于閘站上游，長8 m，水閘段護(hù)坦底高程▽-1.50 m，泵站段護(hù)坦底高程▽-1.50～-2.60 m、坡度1∶5。護(hù)坦采用40 cm厚C30鋼筋砼;兩側(cè)翼墻采用C25砼灌砌石重力式結(jié)構(gòu)，右側(cè)翼墻靠近山體，基礎(chǔ)開挖至巖基后采用C20砼換填，左側(cè)翼墻基底采用水泥攪拌樁處理。

閘站廠房底板順?biāo)鞣较蜷L20 m，垂直水流方向?qū)捈s21.26 m。排澇閘為2孔×2.0 m，凈寬4 m，底高程▽-1.50 m，

采用鋼筋砼平板閘門，排澇閘基底采用Φ80嵌巖樁處理。泵站安裝2臺900ZQ-125潛水泵，底高程▽-2.60 m，泵站部分座于基巖上，局部開挖至巖基后采用C20砼換填[5]。閘站上部設(shè)置廠房，3.05 m高程為閘門檢修層，5.0 m高程為水泵檢修層。閘站下游側(cè)設(shè)7.5 m寬交通橋，橋面高程5.0 m。發(fā)配電房布置在主廠房左側(cè)的空地上，與主廠房之間設(shè)置室外平臺，高程▽5.0 m。

排澇閘下游消力池采用C30鋼筋砼消力池，順?biāo)鞣较蜷L10 m，消力池頂面高程為▽-2.0 m，兩側(cè)擋墻采用C25砼灌砌石重力式結(jié)構(gòu)，基底采用6 m長Φ13松木樁加固。泵站出水管道采用DN1000鋼管，出口設(shè)置DN1000拍門斷流，出水口外平臺頂部采用40 cm厚C20砼灌砌塊石護(hù)砌防沖，與排澇閘消力池左側(cè)翼墻相連接。

消力池下游設(shè)12 m長、50 cm厚C20砼灌砌塊石海漫，兩側(cè)擋墻為C25砼灌砌石重力式結(jié)構(gòu)，基底采用6 m

長Φ13松木樁加固。

3.2 閘站穩(wěn)定計(jì)算

閘站滲流穩(wěn)定采用直線比例法進(jìn)行計(jì)算，防滲長度由前護(hù)坦、底板、消力池等組成，根據(jù)允許滲徑系數(shù)、上下游水位差計(jì)算基底防滲長度為23.66 m，小于設(shè)計(jì)值25 m，滿足規(guī)范要求。

閘站主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算采用偏心受壓公式進(jìn)行核對。計(jì)算荷載主要有自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力地震作用及其他荷載等[6]。自重包括結(jié)構(gòu)自重、填料重量及永久設(shè)備重量;靜水壓力為內(nèi)河側(cè)水壓力;揚(yáng)壓力主要包括浮托力;土壓力根據(jù)地基條件、回填土性質(zhì)及泵房結(jié)構(gòu)可能變形情況等因素，按主動土壓力計(jì)算;地震作用按規(guī)范計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，閘站抗滑和基底應(yīng)力比在各工況下均能夠滿足規(guī)范要求，天然地基承載力不能滿足要求，須進(jìn)行地基處理，具體計(jì)算結(jié)果見表1。

4 地基處理

閘站基礎(chǔ)部分位于巖基，部分位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。其中，泵站大部分座于巖基，局部位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層;排澇閘全部位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層。經(jīng)比選，本閘站結(jié)合排澇站基礎(chǔ)采用嵌巖樁處理，另考慮水泥攪拌樁截滲，各閘站樁基布置如下。

1）排澇閘基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁處理，每個墩墻下布置1排樁，共4排，每排布置6根樁，共計(jì)24根樁，樁徑80 cm，樁底深入持力層中風(fēng)化凝灰?guī)r2.4 m;單根灌注樁豎向最大受力N=1144 kN，樁基豎向承載力特征值為2 013 kN;單根灌注樁水平向最大受力H=167 kN，計(jì)算嵌巖深度2.23 m，考慮樁底沉渣設(shè)計(jì)取為2.40 m;滿足要求。

2）上游左側(cè)翼墻基底采用Φ60水泥攪拌樁處理，間距1.2 m，梅花形布置，樁頂高程-1.90 m，樁底深入持力層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r0.5 m;處理后地基承載力為117 kN，

滿足要求。

3）下游翼墻基底采用6 m長Φ13松木樁處理，間距0.6 m，梅花形布置，樁頂高程-1.80 m，處理后地基承載力為72 kN，滿足要求。

5 結(jié)語

綜上所述，將水閘與排澇泵站合并建設(shè)不需要單獨(dú)設(shè)置上下游連接建筑物，具有結(jié)構(gòu)緊湊、便于集中管理等優(yōu)點(diǎn);也不需要占用過多的土地資源，能同時發(fā)揮水閘、泵站的引水與排澇作用，與政府的保護(hù)耕地政策相符合[7]。此外，閘站結(jié)合建設(shè)比分開建設(shè)節(jié)約近30%的投資，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

閘站結(jié)合布置需要將閘室加長，有利于提高閘室的防滲效果，也有利于提高閘室的豎向作用力，具有很好的抗滑、抗傾覆性能，但要求地基具備較高的承載力。閘站結(jié)合布置具有很多優(yōu)點(diǎn)，同時也存在一定的缺點(diǎn)，如水泵吸水會對水閘過流形成不利影響，水泵下部結(jié)構(gòu)長時間被水浸泡，易受腐蝕，給后續(xù)的維護(hù)管理帶來了難度。

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（責(zé)任編輯：趙中正）