南沙区某河涌泵站工程设计方案的分析

南沙区某河涌泵站工程设计方案的分析
◎ 陈平 广州市水务规划勘测设计研究院有限公司
摘 要：随着万顷沙围不断开发建设，区域水安全要求越来越高。

目前，万顷沙围防洪（潮）排涝体系建设标准偏低，且地势较低，容易内涝，区域防洪（潮）排涝方面存在安全隐患。

因此需要通过达标加固堤防、重建水闸、新建泵站等措施，提升万顷沙围区域防洪（潮）排涝能力。

结合万顷沙（围）某河涌泵站工程，分析其工程建设条件，论述其工程设计方案，并对其主泵室结构进行稳定性分析，旨在为南沙区的防洪（潮）排涝工程提供实际参考。

关键词：万顷沙；防洪（潮）排涝；泵站工程；稳定性分析
1.工程区位
某河涌泵站工程项目位于南沙区
万顷沙围某河涌侧出口，现状河道西
侧出口设有水闸，河道左岸堤内为红
湖村、堤外为广州文船重工有限公司，
右岸为东方国际集装箱（广州）有限公
司，外江为洪奇沥水道。

某河涌泵站工
程区位图，见图1。

2.工程建设任务
新建的某河涌泵站均位于万顷沙
中部排涝片，其主要功能为：排除涝水，当有风暴潮预警或发生暴雨时，若外江水位高于内河涌水位时，打开泵站进行预排或除涝，保护对象为万顷沙镇区，涉及工业用地、商业金融用地、居住用地等。

3.工程建设条件
3.1水文条件
场地属亚热带海洋性季风气候区，温暖潮湿，雨量充沛。

工程场地及周围地表水系发育。

场地及周边发育的地表水系主要为场地五涌及蕉门水道，蕉门水道水深大于5.00m，水质一般，水流量较大，水流较急，河水受蕉门水道及大气降水补给。

河水对堤岸及水工建筑有冲刷、淘蚀等破坏作用，对两岸的堤基土亦有软化作用影响。

某河涌泵站陆地钻孔初见水位
埋深为0.00～3.33m，水位标高为
0.00～1.27m；施工完成24小时后，测
得地下稳定水位埋深为0.00～3.75m，
水位标高为0.00～0.67m，地下水变化
幅度为0.29～0.60m。

3.2地质条件
本工程区地震活动相对较弱，活
动频度稍高，建筑场地抗震设防烈
度为7度，设计基本地震加速度值为
0.125g，设计地震分组为第一组，反应
谱特征周期为0.45s。

工程区地层从上
而下分别是：（1）素填土，类别为松土；
（2-1）、（2-5）淤泥质土，呈流塑状，承
载力极低，属高压缩性软土层；（2-4）
层粉质黏土夹层，以可塑为主，局部
软塑；（2-6）中砂，呈饱和、中密状。

（4-1）全风化岩，承载力稍高，类别为
普通土；（4-2）强风化岩，承载力稍高，
类别为硬土。

各土层参数见表1。

4.工程设计方案
4.1工程等别、建筑物级别和设计标准
新建某河涌泵站、设计流量分别
为20m3/s，总装机功率均为1120kW；
根据《水利水电工程等级划分及洪水
标准》（SL252-2017），规模为中型，
建筑物级别为3级，又因新建泵站位
于万顷沙围海堤上，防洪（潮）标准为
200年一遇，堤防建筑物级别为1级，
相应确定防洪闸（穿堤建筑物）水工
建筑物级别为1级，主泵室进水建筑
物、导墙等位于堤内，主要水工建筑物
级别为3级，临时建筑物级别为4级。

某河涌泵站排涝标准为20年一遇最大
且24小时暴雨不成灾；工程合理使用
图1 某河涌泵站工程区位图
年限为50年。

4.2泵站主要建筑物轴线选择
根据泵站的功能、特点和运用要
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，经技术经济比较后选定。

某河涌泵站
泵址比选见图2。

4.2.1泵站选址方案[1]
1）选址一：现状某河涌闸左岸
泵址一选定在现状某河涌闸左
岸，该处现状为某河涌闸与左岸连接段堤防，宽度约为10m，河道宽度在该处变宽。

现状左岸为红湖村，水闸上游约30m处河涌边有4层村屋建筑。

拟建泵站主体结构在河涌管理范围内，泵站建设需拆除现状水闸管理
房及7栋村屋。

2）选址二：现状某河涌闸右岸泵址二选定在现状某河涌闸右
岸，该处现状为某河涌闸与右岸连
接段堤防，宽度约为20m ，河道顺直。

现状河道右岸为东方国际集装
箱公司，厂区围墙距堤岸边距离为
13m～19.6m。

拟建泵站主体结构在河涌管理范围内，重建防汛路及检修通道需占用集装箱公司厂区用地。

4.2.2泵站选址方案比较
本文对地形、地质、水流、施工条件、征地拆迁、运行管理等因素各个方面，进行如下比选。

选址对比见表2。

通过上述比对可知，选址一（某
河涌水闸左岸）更适合建设某河涌泵站。

4.3建筑物型式4.3.1泵站建筑选型[1]
某河涌工程泵站设计流量为
20m³/s。

对泵站的泵型进行两个方案的比选，具体对比见表3。

通过上述对比分析，选用叶轮内置式潜水贯流泵型。

4.3.2防洪闸建筑选型
防洪闸采用潜孔式结构型式，防
洪闸单孔净宽4m，共两孔。

对闸门进行了三个方案比选，具体见表4。

土层编 号土层名称挡土墙与土的摩擦系数压缩模量
Es/变形模量E0重度剪切指标渗透系数(结合经验值)直剪试验（q）
kN/m 3
Ck(kPa)Φk(°)k （cm/s)
(1)黏性素填土
0.20 3.7817.9
17.0 5.5 1.18E-03
砂性素填土 4.76
18.90.020.0 1.56E-05（2-1）
淤泥、淤泥质土0.20
2.5916.77.3
5.1
2.53E-06（2-4）粉质粘土0.25
3.90
19.510.9 5.5 1.28E-05（2-5）淤泥质土0.20 2.6717.17.3
5.1
8.07E-07
（2-6）中砂0.4510.1120.20.034.0 1.33E-03（4-1）全风化岩0.45E0=70
20.025207.63E-05（4-2）强风化岩0.50E0=100
21.03025 4.30E-04表1 某河涌泵站岩土参数建议值
图2 某河涌泵站泵址比选位置图
表2 某河涌泵站选址对比表
位置现状某河涌闸左岸现状某河涌右岸推荐情况
河道宽度30m～50m
30m～50m
两方案相当地形
靠近水闸处河道突然拓宽靠近水闸处河道稍有拓宽
方案一稍优
地质地质条件较差，淤泥层相对较厚地质条件相对较差，淤泥层相
对较厚
两方案相当
水流状态
河道突然拓宽，水流较差
前池处有折角，水流条件不良方案一稍优施工条件
离现状村屋较近，需先进行房屋征拆后方可施工，距未征拆
房屋最近处约16m距离，施工
条件较好
施工需拆除集装箱公司围墙
并占用厂区内部用地，基坑支护边位于厂区内部，地面堆载大，支护要求高，施工难度大
方案一优
征地拆迁
需进行永久征地，需征拆现状
村屋，红湖村已纳入南沙区旧改方案中，本次拆迁工作可以结合旧改项目实施
需进行永久征地及临时征地，
集装箱厂区征地难度大
方案一优
运行管理管理房位置距新建泵站较近，检修机械及日常维管理较方便管理房位置距新建泵站较
远，检修机械及日常维管理存在一定不便两方案相当
对外交通左岸为红湖村，现状道路已满
足检修车辆进出宽度及坡度
要求
右岸为集装箱公司，该处内涌
防汛路较窄，需对集装箱厂进
行征地方，能满足厂区对外交
通及检修要求方案一优工程造价
土建费用约5310.43万元，造
价较低
土建费用约6283.46万元，造
价较高
方案一优
推荐情况
推荐
——
经综合比选后认为平板顶升式钢闸门总体布置紧凑，建设安装简单，管理运行方便、投资较省，其兼容性较强。

4.4泵站总体布置
[1]
4.4.1方案一（推荐方案）
主泵室位于堤后，通过穿堤箱涵进行引水抽排，泵站采用两台机组。

此方案整体布置长度为138.80m，
主要建设项目包括：进口防冲槽段15m、交通桥段10m、前池及进水
池段36m、主泵室段28.8m、箱涵段
12m、穿堤涵闸段12m、出口消力池段10m、出口海漫段10m、出口防冲槽段5m。

主泵室进、出水口底板高程
-4.80m，泵室顶高程为3.00m 。

主泵室布置为一字并排式，采用2台1800GZBW潜水贯流泵，泵组安装高程为-3.55m。

主泵室顺水流方向长度为28.80m，宽度为13.70m，上部
铺设预应力空心板。

4.4.2方案二（比选方案）
主泵室位于堤身，泵站采用两台
机组。

此方案整体布置长度为149.80m，
建筑物总宽63.46m，主要建设项目包括：进口防冲槽段15m、交通桥段10m、前池及进水池段36m、主泵室
段34.8m、箱涵段12m、穿堤涵闸段12m、出口消力池段10m、出口海漫段10m、出口防冲槽段10m。

主泵室进、出水口底板高程-4.80m，泵室顶高程为4.50m 。

主泵室布置为一字并排式，采用2台1800GZBW潜水贯流泵，泵组安装
高程为-3.55m。

主泵室顺水流方向长度为34.80m，宽度为13.7m，主泵室为穿堤建筑物，泵室段上部为外江
堤防。

4.4.3泵站总体布置比选
从布置方案、水流条件、结构布
置、施工条件及对外交通、围堰条件、用地条件、运行管理及工程造价等方面进行比选，具体见表5。

通过水流条件、结构布置、地形
条件、施工条件、建设用地、运行管
理、投资等各个方面的优选比较后，方案一（主泵室位于堤内）结构型式简单，整体投资小，占地征地面积小，采用方案一。

5.主泵室稳定计算[2]
1）土基上泵房沿基础底面的抗滑
稳定安全系数按下式计算：
C f G
K H
=∑∑2）泵房抗浮稳定安全系数应按下
式计算：
f V
K U
=
∑∑3）泵房基础底面应力应根据泵
房结构布置和受力情况等因素计算确定：
W
M
A
G ∑∑±=
max
min P 4）主泵室稳定计算：各工况下泵
站水位组合详见表6；各工况下的计算
表3 某河涌泵站泵型方案比选表
表4 防洪闸方案比选
项目方案一（潜水贯流泵）
方案二（潜水轴流泵）
推荐情况泵组两台（20m³/s）
三台（20m³/s）
——
泵型特点
进出水流道顺直，流道总水力损失，可实现整体调头安装及双向抽水。

单泵流量较大，占地空间相对较小，施工时基坑边缘距现状民房距离较远，对周边影响较小。

操作简单，运行方便，附属设备少，方便管理，单泵流量较小，相同流量情况下需布置多一台泵，横向占地空间相对较大，施工时基坑边缘距现状民房距离较近，对周边影响较大。

方案一优
检修结构长度较长，检修需用大型吊车起吊
结构简单，土建布置相对紧凑，布置需多一台泵
两方案相当施工因素可整体吊装，安装方便可整体吊装，安装方便两方案相当经济因素
729.47万元（2台）
836.85万元（3台）
方案一优
环境因素泵组位于水下，岸上噪声相
对较小噪音较小两方案相当推荐情况推荐
——
项目
平板顶升式钢闸门（推荐方案）
底轴驱动下卧式钢闸门（比较方案一）
上翻式拱形钢闸门(比较
方案二)
水闸布
置形式平板顶升式钢闸门
底轴驱动式
拱形上翻式
孔口性质露顶
露顶露顶启闭机
类型液压启闭机液压启闭机
液压启闭机
优点
闸室平顺，水流流态较好，运行稳定可靠；闸墩较薄，结构较为简单；启闭机容量较小，管理维护方便，经济实
惠；结构简单
闸门启闭时均无外露设备，且能闸顶过流，视野通透，景观效果较好
闸门门型简洁，造型美观，闸门开启及关闭时，均能与周边环境形成较好的景
观效果
缺点启闭设备会露出地面，本次设计采用潜孔式闸门，已避免启闭设备露出地面
需较厚的闸墩结构，闸墩结构复杂；启闭机容量大，设备单价较高；需设置地下廊道，运行管理较复杂
闸门结构复杂，对安装制造要求较高；启闭机容量大，设备单价较高；闸室结
构较长
综合比选结论
经综合比选后认为平板顶升式钢闸门总体布置紧凑，建设安装简单，管理运行
方便、投资较省，其兼容性较强，因此做为推荐方案。

表5 泵站布置方案比选表
表6 各工况下泵站水位组合表
表7 主泵室稳定及基础应力成果表
[1]中华50265-2022[S].北京:中国计划出版社,2022.[2]江苏省水利勘测设计研究院有限公司.水闸设计规范:SL 265-2016[S].北京:中国水利水电出版社,2016.
成果见表7。

计算结果表明：各工况下抗浮稳
定安全系数Kf＞[Kf]，抗滑稳定安全系数Kc＞[Kc]，不均匀系数η＜[η]，抗浮、抗滑稳定安全系数及不均匀系数均满足规范要求。

6.结语
1）通过河道宽度、地形、地质、水
流状态、施工条件、征地拆迁、运行管理、对外交通、工程造价及周边环境等各因素的对比，选址一现状某河涌闸
左岸，既满足建构筑物布置要求及用
地限制条件，又满足工程经济合理，且进、出水流状态良好，因此，选址一更为适合建设某河涌泵站。

2）根据泵站站址用地实际情况
（平行水流方向尺寸短、垂直水流方
向空间位置有限），综合考虑施工安装简便、运行期管理简单、泵站整体布置合理性、土建结构简单等因素，结合水泵运行安全性、可靠性和水泵
性能优等特点，兼顾工程造价经济性，选用叶轮内置式潜水贯流泵型。

3）经综合比选后认为平板顶升
式钢闸门总体布置紧凑，建设安装简单，管理运行方便、投资较省，其兼容性较强。

4）通过水流条件、结构布置、地
形条件、施工条件、建设用地、运行管理、投资等各个方面的优选比较后，采用方案一（主泵室位于堤内结构型式简单，整体投资小，占地征地面积小）。

5）经计算，泵站抗浮、抗滑稳定
安全系数及不均匀系数均满足规范
要求。

内容
方案一
方案二
推荐情况
布置方案水闸布置在堤后，泵站采用2台机组
主泵室位于堤身，泵站采用2台机组
两方案相当水流条件出口防冲潮较长，占用更多原河道，水流流态一般因主泵室布置在堤身，主泵室长度较长，进水前池可以布置的更
长，水流流态较好
方案二优结构布置主泵室顶高程3.0m，节约投资，其余结构布置类似主泵室顶高程4.5m，泵房挡水水位较高，泵房工程量大，大堤防渗
投资也较大，其余结构布置类似方案一优施工条件及对外交通
本工程区位于万顷沙岛，施工交通方便本工程区位于万顷沙岛，施工交通方便两方案相当围堰条件堤外建筑物少，开挖距离围堰较远，对围堰安全有保证堤外建筑物较多，开挖距离围堰
较近，围堰稳定易受建筑物开挖
影响方案一优用地条件
永久用地为11.90亩
永久用地为12.99亩
方案一优
运行管理泵站型式一致运行管理模式一致泵站型式一致运行管理模式一致两方案相当
工程造价土建部分造价7748万元
土建部分造价8431万元
方案一优
推荐情况推荐——
荷载组合计算工况上游水位（内涌侧）下游水位（外江侧）
基本组合
完建工况————设计工况
0.00
1.99
特殊组合I 施工工况————校核工况-0.65 3.46检修工况-0.65
0.00特殊组合II
地震工况0.00
1.99荷载组合计算工况
基底应力（kPa）应力比η
抗滑稳定安全系数
抗浮稳定安全系
数
P max
P min
计算值容许值计算值容许值计算值容许值基本组合
完建工况133.31132.77 1.00 1.5—— 1.35—— 1.10设计工况87.5970.85 1.24 1.5 3.5 1.35 2.10 1.10特殊组合Ⅰ
施工工况133.31132.77 1.00 2.0—— 1.20—— 1.05校核工况77.6277.22 1.00 2.0 1.86 1.20 2.01 1.05检修工况88.1375.93 1.16 2.013.01 1.20 2.25 1.05特殊
组合II
地震工况87.5970.86 1.23
2.0
1.63
1.20
2.09
1.05。