曾維杰

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510170)

城市內(nèi)河涌整治過程中往往會修建配套排澇泵站，此類型泵站往往規(guī)模不大，但對片區(qū)防洪排澇起到關(guān)鍵性作用，配套城中村魚塘起到一個蓄水排澇的重要作用。

1 工程概況

廣州市細陂河下游左岸榕村東聯(lián)學校附近的小泵站重建設(shè)計屬于廣州市黃埔區(qū)細陂河綜合整治工程?，F(xiàn)狀小泵站位于魚塘上，設(shè)計流量為0.25 m3/s。由于泵站的設(shè)計流量偏小，近幾年經(jīng)常遇到泵站無法快速排出澇水，導致魚塘的澇水漫過附近的道路或者倒灌進村民房子里的情況，并且，目前水泵老化嚴重，常出現(xiàn)運行故障，泵房破舊。因此需要重建細陂河泵站，并重新計算泵站的規(guī)模。

按《廣東省防洪(潮)標準和治澇標準(試行)》(粵水電總字[1995]4號)[1]及廣東省人民政府《關(guān)于廣州市防洪(潮)規(guī)劃的批復》(粵府函[1998]51號)[2]確定，東聯(lián)學校附近的小泵站的排澇標準為20年一遇24小時暴雨不成災。

2 泵站選址

泵站選址方案一：因為旱期和魚塘水放干之后，需要從細陂河引水至魚塘，所以保留該閘，并且為了避免重建泵站出水管和水閘出水口的交錯布置，泵站的重建位置位于在舊泵房西側(cè)，泵房擋土墻與現(xiàn)狀水閘連接。

泵站選址方案二：拆除舊泵站，在舊址上重建泵房。

泵站選址方案三：工程實際開工后，由于原河岸兩側(cè)有部分堤岸進行房屋加建，若按照方案一、方案二選址，排水鋼管將曲折繞行房屋，經(jīng)參建單位與當?shù)卮逦M行相關(guān)協(xié)調(diào)，將泵站選址于魚塘西南角，該選址可便于排水鋼管鋪設(shè)，沿途無需經(jīng)過民屋，與細陂河直線距離最短，可直線連通至細陂河，且施工作業(yè)場地寬闊，地質(zhì)復探符合要求。

故最終以方案三作為最終選址。

3 泵站流量、特征水位、運行方式的設(shè)計

3.1 泵站設(shè)計流量

根據(jù)1∶500地形圖，泵站的排澇面積為0.0513 km2，其中魚塘水面0.0111 km2，草地0.0066 km2，建筑道路0.0336 km2。

泵站排澇流量計算公式：

式中：Q為設(shè)計排水流量，m3/s；F1為水田面積，取值為0 km2；F2為旱地面積，0.0402 km2；F3為河湖面積，0.0111 km2；h1、h2為水田、河湖調(diào)蓄深度，h1取值為0 mm，h2取值2500 mm；P為設(shè)計暴雨，取值286 mm；Φ為旱地暴雨徑流系數(shù)0.59；T、N為抽排時間，T取值24 h、N取值1 d。

根據(jù)泵站排澇流量公式計算，計算泵站的流量為0.54 m3/s，本次設(shè)計泵站的設(shè)計流量取0.6 m3/s。

3.2 泵站特征水位

(1)進水池水位

設(shè)計水位：以排水區(qū)內(nèi)部90%以上的地面不受澇的高程作為設(shè)計水位，經(jīng)分析采用2.0 m。

最高運行水位：取按排水區(qū)允許最高澇水位的要求推算到站前的水位，經(jīng)分析采用2.5 m。

最低運行水位：最低地面高程減去淹沒深度(0.5 m)，取1.5 m。

(2)出水池水位

防洪水位：取細陂河20年一遇洪水位，即采用4.36 m。

設(shè)計水位：若無實測資料，可取用5年一遇的水位作為設(shè)計水位，采用細陂河5年一遇洪水位3.44 m。

最高運行水位：據(jù)泵站設(shè)計規(guī)范(GB/T 50265-97)[3]，從偏于安全考慮，排水泵站進水池最高運行水位采用細陂河10年一遇的水位3.88 m。

最低運行水位：取細陂河歷年排水期最低水位的平均值，本工程可取泵站出水溝渠的渠底高程，即2.2 m。

泵站的設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 泵站設(shè)計參數(shù)列表

3.3 泵站運行方式

本片的泵站承擔著周邊0.0513 km2范圍內(nèi)的排澇任務(wù)。由于周邊地區(qū)地勢低洼，匯水速度快，洪水有峰值大、匯流持續(xù)時間短的特點，所以在設(shè)計排澇工況下，當魚塘的水位接近2.0 m時立即開泵排水，雖然及時開泵排水但是魚塘的水位還是會上升至2.5 m左右，之后水位降至2.0 m時關(guān)泵。

在枯水季節(jié)，維持魚塘水位在2.0 m左右；在汛期，魚塘的水位可適當降低0.2 m左右，為了本區(qū)的排澇更安全，可以結(jié)合天氣預報，在大暴雨到來之間，可以提前開泵預排，使魚塘水位降至1.5 m～1.6 m，騰空魚塘的容積來調(diào)蓄洪水，可以有效減少本區(qū)的排澇壓力。

4 泵站抗滑及地基應力計算

根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》，設(shè)計荷載組合分為正常情況和非正常情況兩類。泵房基底應力計算分為以下三種情況考慮：①工況一，完建期(無水)；②工況二，設(shè)計工況(魚塘側(cè)水位2.0 m，河涌水位3.44 m)；③工況三，校核工況(魚塘側(cè)水位2.5 m，河涌水位3.88 m)。

計算成果見表2。

表2 泵房抗滑及基礎(chǔ)應力成果表

從上述計算可知：泵站的抗滑穩(wěn)定和抗浮穩(wěn)定滿足要求。

泵房地基允許承載力按照下列公式進行計算：

[R1/4]=NBγBB+NDγDD+NCC

式中：[R1/4]為限制塑性區(qū)開展深度，為泵房基礎(chǔ)底面寬度的1/4時的地基允許承載力，kPa；B為泵房基礎(chǔ)底面寬度，按基礎(chǔ)短邊計，本工程取值為4.6 m；D為泵房基礎(chǔ)埋置深度，m，本工程取值為0；C為地基土粘結(jié)力，kPa，本工程取值為140；γB為泵房基礎(chǔ)底面以下土的重力密度，kN/m3，地下水位以下取有效重力密度，本工程取值為1.65；γD為泵房基礎(chǔ)底面以下土的加權(quán)平均重力密度，kN/m3，地下水位以下取有效重力密度，本工程取值1.6；NB、ND、NC為承載力系數(shù)，本工程取值分別為0.014、1.056、3.229。

根據(jù)計算結(jié)果，[R1/4]為452.16。

泵站地基處理擬采用400 mm×400 mm砼預制方樁，樁長14 m，間距1 m，平行布置。復合地基承載力2350 kPa≥4[R1/4]=1808.64。滿足設(shè)計要求。

5 水泵機組的選擇

5.1 泵站揚程初步計算

根據(jù)泵站初步布置，初步計算泵站揚程見表3。

表3 泵站揚程初步計算表

泵站出水口最低運行水位低于泵站進水口最高運行水位，故泵站最低凈化揚程為0。

5.2 泵型選擇

根據(jù)細陂河排澇泵站上述設(shè)計參數(shù)(流量、揚程特點：流量相對較大，而揚程較低)和工程周邊環(huán)境，泵型應選用軸流泵，泵型宜采用立式安裝或潛水泵立式安裝，不宜采用臥式安裝或貫流泵。考慮到防止水泵被雜物堵塞，水泵口徑宜大不宜小，因此細陂河排澇泵站采用2臺機組，選用2臺350QZB-125立式潛水軸流泵。

5.3 水泵型號校核

重新計算水力損失、揚程校核后，細陂河排澇泵站泵型特性見表4。350QZB-125泵型性能曲線圖見圖1(圖中標示工況點同表4相對應)。

▲——設(shè)計工況，■——最高揚程工況

表4 細陂河排澇泵站泵型特性表

最高校核揚程工況下功率校核：細陂河排澇泵站單泵軸功率N泵=ρQHg/η=1×0.296×5.3×9.81÷0.76≈20.2 kW。

細陂河排澇泵站單泵需配用電機功率N機=N泵/η機×K安=20.2÷0.87×1.10≈25.5 kW。

其中η機=0.87，K安=1.10。

按照電機的功率系列，細陂河排澇泵站配用電機功率為30 kW，泵站總裝機功率60 kW。

6 泵站的布置

6.1 安裝高程

細陂河排澇泵站內(nèi)涌進水側(cè)最低運行水位為1.5 m，350QZB-125泵型進水口淹沒深度要求0.8 m，考慮到進水坡降和安全裕量約0.30 m，故確定細陂河排澇泵站水泵進水口高程1.5-0.8-0.30=0.4 m。

6.2 進出水流道

350QZB-125泵型進水口懸空高度為0.35 m，則進水流道底板高程為0.4-0.35=0.05 m；根據(jù)進水流速確定機組進水流道寬度為1.50 m。

由于細陂河排澇泵站附近地面高程在3 m左右，出水管高程不宜太高，否則將抬高泵站頂?shù)母叱?，影響周邊景觀，出水管高程還應考慮井筒內(nèi)電機的高度對水泵出水的影響，推薦出水管中心線高程為2.50 m。

細陂河排澇泵站出水拍門推薦采用DN400 mm的復合材料拍門。

6.3 機組布置

地面高程3.0 m。為節(jié)約投資和協(xié)調(diào)周邊景觀，泵站無地上廠房部分。為便于工作人員安裝檢修水泵設(shè)備，在進水池水泵頂部須設(shè)置一個安裝檢修孔，根據(jù)機組結(jié)構(gòu)尺寸確定孔寬1.5 m，孔長3.4 m，安裝檢修孔須設(shè)置蓋板。

6.4 輔助設(shè)備

泵站進水流道設(shè)攔污柵，出水斷流采用拍門。水泵啟動時，直接啟動水泵即可；關(guān)閉水泵時，也是直接關(guān)閉水泵即可。

泵組檢修時，擰下機組連接穿墻管部位螺栓和地腳螺栓螺母，整體起吊機組即可(具體操作要求按照供貨廠家檢修要求進行)。

機修設(shè)備的配置應滿足水泵的安全運行和日常檢修、裝拆(檢查葉片汽蝕情況、電機絕緣情況、軸承磨損情況等)，配置包括千斤頂、手拉葫蘆、臺鉗、小五金工具等。泵組大修時考慮聯(lián)系附近檢修廠或泵組供貨廠家進行檢修。

350QZB-125型潛水軸流泵為電機與水泵共軸整體安裝的機組，機組檢修時需要整體吊裝，最大起重量約0.8 t。機組檢修時，打開安裝檢修孔蓋板，汽車起重機在地面檢修通道從檢修孔中起吊機組，考慮到起重臂伸長距離，汽車起重機最大起重量應不低于10 t。

7 結(jié)論

本文通過對一個中小排澇泵站進行泵站選址、流量及水位計算、地基承載力計算、水泵選型等方面的探討，為城市治水中，尤其這種穿插在城中村中的中小類型的泵站的設(shè)計提供一定的借鑒經(jīng)驗。