广州市天河区深涌水闸泵站方案研究

李焯然

（广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 510635）

广州市天河区现状防洪（潮）体系主要由涌口水闸及珠江堤防组成，排涝体系以河涌、水闸为骨干，辅以涵闸、渠涌、水库山塘和排涝泵站等建筑物。深涌位于天河区和黄埔区分界处，流经两区，出口流入珠江前航道，水系呈树形网状。流域内下游两岸区域内涝情况较为严重，主要问题有：①局部地区（广九铁路以南黄村区域、珠村区域）地势低洼，地形较为平坦，排水速度小，路径长，易积水为涝；
②受广九铁路建设影响，深涌下游存在多个桥涵卡口，造成上游洪水下泄受阻；
③深涌上游大部分人工湖和山塘尚未建有连通及控泄设施，未充分发挥其调蓄功能；
④深涌水闸建于1986 年，运行时间久远，设备老旧且现状闸顶高程3.10 m，不满足潮位上升后的防洪潮标准要求。为保障深涌流域防洪安全，闭合防洪体系，提升流域排涝能力，解决下游河段两岸地势低洼水浸问题，本建设方案拟改建深涌水闸并新建排涝泵站。

根据《水利工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）[1]及《防洪标准》（GB50201-2014）[2]，水闸与排涝泵站的防洪标准为200 年一遇；
水闸及泵站排涝标准为50 年一遇最大24 小时暴雨不成灾，水闸排涝流量Q=165.3 m3/s（P=2%），泵站排涝流量Q=70 m3/s。其永久性主要建筑物级别为1级，次要性永久建筑物级别为3 级，临时工程建筑物级别为4 级。

2.1 水闸规模

（1）设计流量及水位。根据设计洪水及设计潮位计算成果，结合挡潮、排涝、日常运行工况及水闸消能防冲、稳定复核、施工围堰等需要，本方案提出重建深涌水闸，相关设计流量及水位参数参见表1。

表1 深涌水闸工程流量和水位参数

（2）闸宽和底板高程。综合考虑防洪潮、排涝及通航要求，并参考工程区其他水闸的规模，确定各水闸的闸门净宽，并结合实际地形及原水闸底板高程等，确定闸底板高程。根据《水闸设计规范》（SL265-2016）附录A 堰流公式[3]计算本次建设方案可得：深涌水闸净宽25 m，闸底板高程-2.8 m，闸上下水位差0.1 m，泄流能力177 m3/s。

2.2 排涝站规模

（1）设计流量。深涌排涝站设计流量为70 m3/s，装机容量5 600 kW。

（2）特征水位。根据《泵站设计规范》（GB50265-2010）[4]相关规定以及设计洪水和设计潮位计算成果，本方案提出新建深涌泵站，相关特征水位参数参见表2。

表2 深涌泵站流量及特征水位

拟建深涌闸站位于深涌与珠江交界附近，地貌上属于珠江三角洲冲积平原，涌边为城区民房和道路，地势平坦，地面高程为2.60～3.25 m，涌底高程为-2.00～-2.72 m。根据勘探成果，闸站选址处地基主要分布淤泥层、粉砂层、粉土层及砂砾岩层，各土层物理指标参数建议值参见表3。

表3 深涌闸站地基土层物理指标参数

根据防洪排涝规划，本阶段规划重建深涌水闸，排涝流量165.3 m3/s；
新建深涌排涝站，排涝流量70 m3/s，工程建设占地较大。根据水闸以及排涝泵站的功能、特点、运行要求，综合考虑地形、地质、水流、潮汐、泥沙、施工、管理、周边环境等因素。本阶段主要拟定两个闸址方案及两个站址方案进行比选。方案选址参见图1。

图1 深涌水闸泵站选址方案示意

4.1 水闸选址

上闸址方案：即旧闸址重建，闸址位于距离外江交汇口上游约375 m 处，在临江大道北侧、黄埔大道南侧。下闸址方案：位于距离外江交汇口上游约102 m 处，在临江大道北侧。

两个方案均布置于河涌内，闸室内外侧均有一段河涌，排涝时出闸水流不易受外江洪水干扰，水流均匀扩散，流态较好。闸门和闸室结构受引渠掩护，不易受外江急流和风浪的正面袭击。施工期间围堰位于内涌，基本不影响外江行洪安全。两个方案优缺点对比参见表4。

由表4 可知：从技术上看，两个方案各有利弊，均可行。但从现场情况、规划用地、内涌排涝、工程管理及投资考虑，下闸址方案更贴合实际需求。因此，新建水闸闸址推荐下闸址方案。

表4 深涌水闸选址方案对比

4.2 排涝站选址

闸站分建方案：于深涌出口右岸绿地处新建排涝站，在水闸（距离外江交汇口上游约102 m处）上游右岸新建进水箱涵下穿临江大道连接排涝站。闸站合建方案：选址于外江交汇口约180 m处，采用上下层结构，泵站与水闸合建于河道上。

两个方案优缺点对比见表5。从表中可看出：从后期管理运行角度看，闸站分建方案为常规闸站布置形式，水机设备成熟可靠，运行管理方便[7]，后期维护费用小，但前期投资高；
闸站合建方案工程占地较小，总体布置清晰简洁，但闸站合建布置整体结构较大，开挖基坑深，基础处理措施费用高，施工困难且后期运行会对一河两岸的环境造成隐患，管养难度大，运营管养费用高。综上所述，新建水闸闸址推荐闸站分建方案。深涌闸站分建平面布置见图2。

表5 深涌泵站选址方案对比

图2 深涌水闸泵站平面布置

5.1 水闸型式比选

目前常用的水闸型式有直升闸、气盾闸、液压翻板闸等。这几种水闸优缺点对比见表6。

表6 水闸型式优缺点对比

本工程水闸设计流量为165.3 m3/s，河道宽约30 m，根据水力计算，水闸闸孔尺寸拟定为4 孔6.25 m×7 m（宽×高），总净宽25 m。闸孔净高7 m，若采用直升闸，则需高度较高的启闭机房，本工程位于城区，景观要求较高，不宜采用直升闸；
汛期水闸挡水高度会达6～7 m，一般气盾闸挡水高度不大于5 m，故也不宜采用气盾闸。

综上所述，本项目的水闸拟采用液压上翻式平面钢闸门，平时上翻于桥底，挡潮时下立，不布置地面启闭房。闸门结构见图3。

图3 上翻式闸门结构

5.2 排涝站型式比选

排涝站形式多样，常见的有固定式、竖井式、缆车式、浮船式等。由于机组类型、水源与地下水的条件、地址条件、建筑材料及枢纽布置的不同，需要根据设计要求和客观条件选择合适的形式。

由表2 可知本工程进水池水位最大变幅为3.93 m。根据《泵站设计规范》（GB 50265-2010）“当水源水位变化幅度在10 m 以上时，可采用竖井式泵站、缆车式泵站、浮船式泵站、潜没式泵站等其他形式泵站”，并结合其条文说明中上述泵站的水位变幅、水位涨落速度、水流速度等应用条件及国内应用情况，故本工程不宜采用以上型式泵站。因此，根据泵站选址并结合客观条件选用固定式排涝站堤身式布置作为本工程的排涝站型式。排涝站进水流道采用钢筋砼棱台型渐变流道；
机组采用立式轴流泵组。

固定式泵房结构型式主要有分基型、干室型、湿室型和块基型四种[10]。其中，分基型、干室型及湿室型结构较小，一般适用于小型泵站；
而块基型自重较大、抗滑和抗浮稳定性较好[11]，常用于大中型泵站。本工程泵站设计流量70 m3/s，泵站规模为大（二）型[4]，故采用固定式块基型泵房。泵房结构见图4。

图4 堤身式块基型泵房结构

水闸、泵站、进水箱涵等建筑物结构较大且上部均有车辆通行，竖向荷载较大，而建筑物基面所在位置有较厚的淤泥层以及粉土层，地层承载力较低，为满足沉降控制要求，本工程对闸站建筑物基础均设置地基处理措施。

本工程地基砂层下无软弱夹层，预制管桩以及灌注桩均适用，故需进行经济比较后确定。经计算，若采用φ1 000 mm 灌注桩，桩底进入砂砾岩层不小于1 m，平均桩长25 m，桩间距4.0 m×4.0 m；
若采用φ500 mm 预制管桩，桩底进入砂砾岩层不小于1 m，平均桩长25 m，桩间距2.0 m×2.0 m。两种基础处理方案造价对比见表7。

表7 地基处理方式投资对比

根据比选可知，预制管桩方案较为经济，故本阶段水闸、进水箱涵及泵站地基处理方案采用该方案。考虑到水闸泵站均采用了刚性桩的地基处理方案，桩体的压缩特性与地基淤泥土的压缩特性不同，存在桩基上部闸室及泵室沉降与地基淤泥土固结沉降不一致的可能，将会使闸室底板与地基土体出现脱空现象，形成沿基础结构下轮廓的渗漏通道，因此本工程拟在闸室和泵室底板四周打密排水泥搅拌桩防渗墙，桩径600 mm，桩间距400 mm，密扣200 mm，平均桩长15 m。

本文对天河区深涌水闸以及排涝站设计方案展开讨论，明确了深涌闸站的布置方式以及建筑物选型，并采用预制管桩对建筑物基础进行地基处理，保障建筑物后期的安全稳定运行。工程竣工后将极大提升深涌流域防洪排涝能力，改善深涌两岸人民生活。

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